Сети связи и системы коммутации

ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ИСПОЛНЕНИЯ НАКАЗАНИЙ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ КАЗЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ 

ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ 

ВОРОНЕЖСКИЙ ИНСТИТУТ ФСИН РОССИИ

СЕТИ СВЯЗИ И СИСТЕМЫ КОММУТАЦИИ

Учебное пособие

Рекомендовано УМО по образованию в области инфокоммуникационных 

технологий и систем связи в качестве учебного пособия для студентов высших 

учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки

11.05.04 – Инфокоммуникационные технологии и системы специальной связи

квалификации «инженер»

Воронеж

2016

УДК 621.394/395
ББК 32.88

С33

Утверждено методическим советом Воронежского института ФСИН России 20

октября 2015 г., протокол № 2.

Р е ц е н з е н т ы

декан факультета прикладной математики, информатики и механики Воронежского 
государственного университета, доктор технических наук, профессор А. И. Шашкин;
начальник кафедры инфокоммуникационных систем и технологий Воронежского института МВД России, доктор технических наук, профессор О. И. Бокова.

Сети связи и системы коммутации : учебное пособие / [А. В. Паринов, 

С. В. Ролдугин, В. А. Мельник, А. В. Душкин, Д. Г. Зыбин] ; ФКОУ ВО Воронежский институт ФСИН России. – Воронеж : Издательско-полиграфический 
центр «Научная книга», 2016. – 178 с.

ISBN 978-5-4446-0906-4
Данное учебное пособие было разработано с целью формирования теорети
ческих знаний, практических умений и навыков в области электросвязи. Рассматриваются вопросы, связанные с классификацией систем электросвязи РФ, ее подсистемами и службами; назначением, составом и классификацией сетей связи; 
коммутацией каналов, сообщений и пакетов; принципами построения систем 
коммутации каналов и пакетов; принципами построения коммутируемых систем 
электросвязи; эволюцией цифровых интегральных сетей связи; цифровыми сетями с интеграцией служб; интеллектуальными сетями; принципами построения сетей подвижной связи; системами нумерации, сигнализации и синхронизации на 
сетях связи; интерфейсами и протоколами различных уровней; управлением на 
сетях.

Учебное пособие адресовано курсантам и слушателям, обучающимся по 

специальностям: «Инфокоммуникационные технологии и системы специальной связи», «Специальные радиотехнические системы», «Информационная 
безопасность телекоммуникационных систем», а также студентам, обучающимся по направлению подготовки: «Инфокоммуникационные технологии и 
системы связи».

УДК 621.394/395
ББК 32.88

Издано в авторской редакции
ISBN 978-5-4446-0906-4

© ФКОУ ВО Воронежский институт 
ФСИН России, 2016
© Состваление. Паринов А. В., Ролдугин С. В., Мельник В. А., Душкин
А. В., Зыбин Д. Г., 2016
© Оформление. Издательскополиграфический центр «Научная 
книга», 2016

С33

СОДЕРЖАНИЕ

Введение
4

1 Построение и перспективы развития Единой сети электросвязи РФ
5

2 Общие принципы построения телефонных сетей 
8

2.1 Общегосударственная система автоматической телефонной связи
8

2.2 Построение городских телефонных сетей 
9

2.3 Перспективы развития ГТС
13

2.4 Построение сельских телефонных сетей (СТС)
15

2.5 Внутризоновые телефонные сети
16

2.6 Организация междугородной сети
18

3 Абонентский доступ 
20

3.1 Способы аналогового абонентского доступа
20

3.2 Способы цифрового абонентского доступа
22

3.3 Построение абонентских сетей                                                                      24
3.4 Малоканальная аппаратура уплотнения по технологии DSL
26

3.5 Технологии XDSL
28

4 Основы автоматической коммутации
30

4.1 Структура системы коммутации
30

4.2 Элементная база систем коммутации
31

4.3 Коммутационные поля
35

5 Аналоговые системы коммутации
44

5.1 Координатные АТС
44

5.2 Квазиэлектронные АТС
47

6 Цифровые системы коммутации
51

6.1 Функциональная архитектура ЦСК
51

6.2 Структура ЦСК
54

6.3 Оборудование доступа к ЦСК
56

6.4 Системы управления в ЦСК
59

6.5 Коммутационные поля ЦСК
66

6.6 Программное обеспечение ЦСК
70

6.7 Современные ЦСК
75

7 Сети и стандарты мобильной связи
88

7.1 Общие сведения
88

7.2 Основные проблемы мобильной связи                                                       
92

7.3 Сети мобильной связи стандарта GSM
101

7.4 Сети мобильной связи стандарта UMTS
131

7.5 Сети мобильной связи стандарта LTE
136

8 Тенденции развития телекоммуникационных сетей
144

8.1 Цифровая сеть с интеграцией обслуживания
144

8.2 Интеллектуальная сеть
149

8.3 Конвергенция сетей
153

8.4 Концепция сетей связи следующего поколения
154

8.5 Управление телекоммуникационными сетями
161

Заключение
168

Литература
169

Список сокращений
171

Приложение
174

ВВЕДЕНИЕ

Технологической основой информационного общества является Глобаль
ная Информационная Инфраструктура (ГИИ). Для органичного вхождения России в ГИИ необходимо развитие собственной информационной инфраструктуры, что требует наличия в отрасли связи большого количества высококвалифицированных специалистов. Одно из главных мест среди них занимают выпускники вузов связи, получившие высшее образование по специальностям «Инфокоммуникационные технологии и системы специальной связи», «Информационная безопасность телекоммуникационных систем» и «Специальные радиотехнические системы», которые будут непосредственно осуществлять эксплуатацию и управление сетевым оборудованием. 

При написании учебного пособия авторы преследовали цель ознакомить 

обучающихся с теоретическими основами, а также практическими принципами 
технической организации, функционирования и управления сетями связи и системами коммутации. 

Кроме того, представленный материал, может использоваться обучаю
щимися по направлению подготовки: «Инфокоммуникационные технологии и 
системы связи» при изучении дисциплин «Системы и сети связи», «Средства 
коммутации систем связи».

Учебное пособие написано на основе сведений множества источников со
временной отечественной и зарубежной технической литературы, а также материалов лекций преподавателей ведущих вузов связи России. Содержит 8 глав и 
приложение. В состав каждой главы входит блок вопросов для самоконтроля. В 
первой главе излагаются основы построения телекоммуникационных сетей, 
этапы их развития и классификация, основные варианты построения и методы 
коммутации. Во второй главе рассматриваются способы построения телефонных сетей различных уровней: городских, сельских, внутризоновых, междугородных. В третьей главе рассматриваются вопросы организации сети абонентского доступа. В четвертой, пятой и шестой главах представлены основы автоматической коммутации, принципы построения аналоговых и современных 
цифровых систем коммутации. Седьмая глава посвящена принципам построения сетей сотовой связи. В восьмой главе рассмотрены основные тенденции 
развития телекоммуникационных сетей, а также вопросы управления сетями. 

В приложении к учебному пособию даны термины и определения обще
технических понятий в области телекоммуникаций, перечень основных видов 
служб телекоммуникационных сетей, а также список сокращений.

1 ПОСТРОЕНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЕДИНОЙ СЕТИ 

ЭЛЕКТРОСВЯЗИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Основой электросвязи Российской Федерации является Единая сеть элек
тросвязи (ЕСЭ) РФ, обеспечивающая предоставление услуг электросвязи пользователям на территории России.

ЕСЭ РФ – сеть электросвязи, состоящая из расположенных на территории 

Российской Федерации сетей связи следующих категорий: сетей общего пользования (ОП), выделенных сетей, технологических сетей, сетей связи специального назначения и других сетей передачи информации при помощи электромагнитных систем. До 2003 года использовался термин Взаимоувязанная сеть 
связи Российской Федерации (ВСС РФ).

ЕСЭ РФ базируется на принципе организационно-технического единства, 

заключающемся в проведении единой технической политики, применении единого комплекса максимально унифицированных технических средств, единой 
номенклатуры типовых каналов и сетевых трактов. По функциональному принципу сети ЕСЭ разделяются на транспортные сети и сети доступа.

Транспортной является та часть сети связи, которая выполняет функции 

переноса (транспортирования) потоков сообщений от их источников из одной 
сети доступа получателям сообщений другой сети доступа.

Сетью доступа сети связи является та ее часть, которая связывает источ
ник (приемник) сообщений с узлом доступа, являющимся граничным между сетью доступа и транспортной сетью. По способам организации каналов в сети 
ЕСЭ разделяются на первичные и вторичные.

Первичные сети ЕСЭ РФ предназначены для организации и предоставле
ния во вторичные сети типовых сетевых трактов, типовых каналов передачи и 
типовых физических цепей.

На основе типовых трактов, типовых каналов передачи и типовых физи
ческих цепей первичных сетей ЕСЭ РФ с помощью узлов и станций коммутации организуются различные вторичные сети для транспортировки, коммутации и распределения сигналов в службах электросвязи.

На базе вторичных сетей организуются системы электросвязи представ
ляющие собой комплекс технических средств, осуществляющих электросвязь 
определенного вида и включающие в себя соответствующую вторичную сеть и 
подсистемы нумерации, сигнализации, учета стоимости и расчетов с абонентами, технического обслуживания и управления. Система электросвязи может 
включать в себя одну или несколько служб электросвязи и одну или несколько 
сетей электросвязи. Служба электросвязи представляет собой организационнотехническую структуру на базе сети связи (или совокупности сетей электросвязи), обеспечивающую обслуживание связью пользователей с целью удовлетворения их в определенном наборе услуг электросвязи.

Все сети и службы ЕСЭ РФ управляются соответствующими системами 

управления, обеспечивающими выполнение службами и системами связи определенных требований в части их устойчивого функционирования.

По территориальному делению сети ЕСЭ РФ разделяются на междуна
родные, междугородные, зоновые и местные (городские и сельские).

Международные сети связи – сети электросвязи технологически сопря
женные с сетями связи других государств.

Междугородные (магистральные) сети связи – технологически сопря
женные сети электросвязи, образуемые между центром Российской Федерации 
и центрами субъектов Федерации, а также центрами субъектов Федерации 
между собой.

Зоновые (региональные) сети связи – технологически сопряженные сети 

электросвязи, образуемые в пределах территории одного субъекта Федерации.

Местные сети связи – технологически сопряженные сети электросвязи, 

образуемые в пределах административной или определенной по иному принципу территории, не относящиеся к региональным сетям связи.

Междугородняя, зоновые и часть местных цифровых наложенных пер
вичных сетей являются основой транспортной цифровой сети связи России. 
Местные первичные сети на участке «местный узел - оконечное устройство» в 
соответствии с новой терминологией являются сетью доступа.

В структуру ЕСЭ РФ входят следующие системы электросвязи ОП: теле
фонной связи, телеграфной связи, факсимильной связи, передачи газет, передачи данных, распределения программ звукового вещания, распределения программ телевизионного вещания. По мере развития средств связи структура систем связи ЕСЭ РФ может претерпевать изменения за счет интеграции ряда систем и образования их новых видов. Сообщения, передаваемые в ЕСЭ РФ в реальном масштабе времени, в зависимости от степени важности содержащейся в 
них информации, подразделяются на три класса. Класс важности сообщения 
требует определенной степени надежности соединения при передаче этого сообщения. Для передачи сообщений I класса должна обеспечиваться организация трех независимых путей между сетевыми узлами (узлами привязки), к которым подключается арендатор каналов. Для передачи сообщений II класса 
необходимо иметь два независимых пути между узлами привязки либо один 
путь с использованием системы резервирования. Для передачи сообщений 
III класса достаточно одного пути между узлами привязки. Сообщения, передаваемые по коммутируемым сетям ОП, относятся к III классу. На современном 
этапе развития совершенствование средств электросвязи и сети в целом идет по 
трем направлениям: цифровизация, оптиковизация и компьютеризация. Преимущества ДСП по сравнению с АСП и принципы их технической реализации 
были известны несколько десятков лет назад. Однако по-настоящему цифровизация сетей стала возможной с появлением новой техники проводной связи –
ВОСП. И сегодня, на современном этапе развития, процесс цифровизации – это 
не только постоянное увеличение числа действующих на сети ЦСП по сравне-
нию с ACП (в канало-километрах), но и постоянное совершенствование методов передачи и обработки сообщений на основе цифровых трактов и каналов 
(появление новых технологий СЦИ и APП, гибкого мультиплексирования, ор

ганизация сетевой тактовой синхронизации), что создает предпосылки в недалеком будущем к переустройству всей сети связи на качественно новом уровне.

Основные преимущества ВОСП, во многом предопределившие процесс 

развития цифровизации, также хорошо известны – это увеличение пропускной 
способности и сокращение числа промежуточных пунктов волоконнооптической линии передачи. И сегодня, на современном этапе развития, процесс оптиковизации – это не только постоянное совершенствование средств волоконной оптики и оптоэлектронных устройств, это не только массовое внедрение ВОСП на соединительных линиях первичной сети общего пользования, а 
в будущем и создания оптической транспортной сети, но и реальная возможность оптиковизации сетей доступа и малоканальной сельской первичной сети, 
что создает предпосылки к созданию широкополосной цифровой сети с интеграцией служб. Наряду с развитием процессов цифровизации и оптиковизации 
на сети постоянно совершенствуются полупроводниковая элементная база, 
микропроцессорная (МП) техника и программное обеспечение операционных 
систем, что явилось основой и для компьютеризации средств связи. И сегодня, 
на современном этапе развития, компьютеризация – это не только широкое 
применение МП – средств и ПТК в устройствах эксплуатационного контроля 
аппаратуры, телеконтроля и управления, диспетчерских пунктах контроля и 
управления сетью на различных уровнях иерархии системы технической эксплуатации, это не только применение МП и ЛТК в составе измерительной техники и при математическом моделировании на этапах разработки и проектирования, но и применение непосредственно для автоматизации и совершенствования основных функций передачи и обработки передаваемой информации при 
установлении соединения, что создает предпосылки для совершенствования 
концепции технической эксплуатации и управления средств электросвязи и 
всей сети связи в целом на новом качественном уровне. На современном этапе 
развития сети электросвязи все три направления совершенствования средств 
электросвязи органически связаны друг с другом. Новая техника связи – это, 
как правило, высокоскоростные ЦСП па оптическом кабеле с высоким уровнем 
программного обеспечения.

Вопросы для самоконтроля

1. Что такое телекоммуникационная система?
2. Что такое телекоммуникационная сеть?
3. Как называются устройства, обеспечивающие преобразование сообще
ний в электрические сигналы?

4. Каковы основные этапы развития сетей связи в России?
5. Какие виды сетей входят в состав ЕСЭ РФ?
6. По каким признакам классифицируются сети ЕСЭ РФ?
7. Каковы основные способы построения телекоммуникационных сетей?

2 ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ТЕЛЕФОННЫХ СЕТЕЙ

2.1 Общегосударственная система автоматической телефонной связи

Общегосударственная система автоматизированной телефонной связи 

(ОГСТфС) предназначена для удовлетворения населения и предприятий в передаче сообщений пользователей как в пределах страны, так и выход на международную телефонную сеть 26. Схема построения ОГСТфС показана на рисунке 
2.1 1.

УАК1
УАК1

УАК2
УАК2

АМТС
АМТС

УАК1
УАК1

УВС

ГТС

РАТС
РАТС

УВС

ГТС

РАТС
РАТС

СТС

ОС
ОС

ЦС

СТС

ОС
ОС

ЦС

Зона 1

Зона n

Рис. 2.1. Структурная схема ОГСТфС:

УАК – узел автоматической коммутации; УВС – узел входящих сообщений; 

ЦС – центральная станция; ОС – оконечная станция

ОГСТфС предоставляет два вида услуг:
1) услуги доставки (передачи) информации – передача речевых, факси
мильных сообщений, электронной почты, передача данных;

2) специальные услуги – информационно-справочные, заказные, допол
нительные. 

Специальные услуги предоставляют службы сервиса автоматически или с 

помощью оператора. К службам сервиса относятся:

справочная местной телефонной сети;
справочная точного времени;
заказная междугородной телефонной сети (принимает заказы на между
городные и международные разговоры);

справочная междугородной и международной сети;
заказная ремонта местной телефонной сети.
Дополнительные услуги (дополнительные виды обслуживания ДВО)  мо
гут предоставляться общесетевыми службами или коммутационной системой, 
куда подключена линия абонента. К ДВО относятся следующие услуги:

сокращенный набор номера;
переадресация входящего вызова на другой аппарат;
возможность получить справку во время разговора с одним из пользова
телей с возможностью возврата к прежнему собеседнику без повторного набора 
номера;

конференц-связь.

2.2 Построение городских телефонных сетей (ГТС)

2.2.1 Нерайонированная ГТС

Простейшей ГТС является нерайонированная ГТС. На такой сети уста
навливается одна телефонная станция, куда включаются абонентские линии 
(рис. 2.2).

АТС

аб. л.

аб. л.
аб. л.

аб. л.

Рис. 2.2. Схема нерайонированной ГТС

Нерайонированные ГТС используются в городах с небольшой емкостью и 

обслуживаемой территорией. 

Нумерация на сети может быть:
Четырехзначная (если емкость АТС не превышает 10000 номеров): 

Т С Д Е,
номер АЛ

Т – номер тысячной абонентской группы,
С – номер сотенной абонентской группы,
ДЕ – номер линии внутри сотенной группы

В этом случае максимальная емкость сети 8000 номеров, т. к.  в качестве 

первой цифры номера нельзя использовать цифры 0 и 8 (0, в дальнейшем 1 –
выход на узел спецслужб; 8, в дальнейшем 0 – выход на АМТС);

Пятизначная: 

ДТ Т С Д Е,

номер АЛ

ДТ –номер десятитысячной абонентской группы,
Т – номер тысячной абонентской группы,
С – номер сотенной абонентской группы,
ДЕ – номер линии внутри сотенной группы

В этом случае в городских районах с высокой плотностью абонентов 

устанавливаются концентраторы, которые содержат часть коммутационного 
оборудования цифровой АТС.

Максимальная емкость сети 80000 номеров.

2.2.2 Районированная ГТС

При увеличении абонентской емкости и размеров обслуживаемой терри
тории для уменьшения затрат на линейные сооружения целесообразно строить 
ГТС по принципу районирования. В этом случае территория города разбивается 
на районы. 

В каждом из районов размещается районная АТС (РАТС), в которую, как 

правило, включаются 10000 абонентов этого района. РАТС соединяются между 
собой по принципу «каждая с каждой» (рис. 2.3)

Максимальная емкость сети 80000 номеров, т. к. в качестве первой цифры 

номера нельзя использовать цифры 0 (в дальнейшем 1) и 8 (в дальнейшем 0). 
Экономически выгодная емкость 50–60 тыс. номеров.

При таком построении ГТС капитальные затраты на линейные сооруже
ния сокращаются за счет существенного уменьшения протяженности абонентских линий, имеющих низкий коэффициент использования и введения соединительных линий с высоким коэффициентом использования.

РАТС 1

РАТС 3

РАТС 2
с.л.

с.л.
с.л.

Рис. 2.3. Схема районированной ГТС

2.2.3 ГТС с узлами входящих сообщений (УВС)

При большом числе районных АТС организация межстанционной связи 

по принципу «каждая с каждой» приводит к увеличению числа пучков соединительных линий, в которых понижается пропускная способность линий. Одним из наиболее эффективных способов повышения использования межстанционных линий является применение на ГТС коммутационных узлов для концентрации нагрузки. При увеличении емкости свыше 50–60 тысяч номеров на 
ГТС используются узлы входящих сообщений (УВС). 

При таком построении сети территория города делится на узловые райо
ны. Внутри узлового района РАТС связываются по принципу «каждая с каждой». Связь между РАТС разных узловых районов осуществляется через УВС 
(рис. 2.4).

Нумерация на сети шестизначная:

И1
И2

код 100-тысячной гр. 
(код УВС)

код 10-тысячной гр. 
(номер РАТС в УВС)

код РАТС на сети 
(код 10-тысячной абонентской группы)

    Т С Д Е

       номер АЛ