Телекоммуникационные технологии в автоматизированных информационных системах

СОДЕРЖАНИЕ 
 

ВВЕДЕНИЕ 
 

      В истории развития цивилизации произошло несколько информационных революций – преобразований общественных отношений из-за кардинальных изменений в сфере обработки информации. Следствием подобных преобразований являлось приобретение человеческим обществом нового качества.

     Первая  революция связана с изобретением письменности, что привело к гигантскому качественному и количественному скачку. Появилась возможность передачи знаний от поколения к поколениям.

     Вторая (середина XVI в.) вызвана изобретением книгопечатания, которое радикально изменило индустриальное общество, культуру, организацию деятельности.

     Третья (конец XIX в.) обусловлена изобретением электричества, благодаря которому появились телеграф, телефон, радио, позволяющие оперативно передавать и накапливать информацию в любом объеме.

     Четвертая (70-е гг. XX в.) связана с изобретением микропроцессорной технологии и появлением персонального компьютера. На микропроцессорах и интегральных схемах создаются компьютеры, компьютерные сети, системы передачи данных (информационные коммуникации). Этот период характеризуют три фундаментальные инновации:

•       переход от механических и электрических  средств преобразования информации к электронным;

•       миниатюризация всех узлов, устройств, приборов, машин;

•      создание программно-управляемых устройств и процессов.

     Последняя информационная революция выдвигает  на первый план новую отрасль – информационную индустрию, связанную с производством технических средств, методов, технологий для производства новых знаний. Важнейшими составляющими информационной индустрии становятся все виды информационных технологий, особенно телекоммуникации. Современная информационная технология опирается на достижения в области компьютерной техники и средств связи.

     Информационная  технология (ИТ) – процесс, использующий совокупность средств и методов сбора, обработки и передачи данных (первичной информации) для получения информации нового качества о состоянии объекта, процесса или явления.

     Телекоммуникации – дистанционная передача данных на базе компьютерных сетей и современных технических средств связи.

     Усложнение  индустриального производства, социальной, экономической и политической жизни, изменение динамики процессов во всех сферах деятельности человека привели, с одной стороны, к росту потребностей в знаниях, а с другой – к созданию новых средств и способов удовлетворения этих потребностей.

     Бурное  развитие компьютерной техники и  информационных технологий послужило  толчком к развитию общества, построенного на использовании различной информации и получившего название информационного общества. [6, с.14] 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

         1 ОБЩАЯ СТРУКТУРА ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННОЙ СЕТИ 
 

     Несмотря  на то, что различия между компьютерными, телефонными, телевизионными и первичными сетями, безусловно, существенны, все эти сети на достаточно высоком уровне абстракции имеют подобные структуры. Телекоммуникационная сеть в общем случае состоит из следующих компонентов:

~ сети  доступа (access network);

~ магистральной  сети, или магистрали (core network, или backbone);

~ информационных  центров, или центров управления  сервисами (data centers, или services control point).

      Как сеть доступа, так и магистральная  сеть строятся на основе коммутаторов. Каждый коммутатор оснащен некоторым количеством портов, которые соединяются с портами других коммутаторов каналами связи. Сеть доступа составляет нижний уровень иерархии телекоммуникационной сети. К этой сети подключаются конечные (терминальные) узлы – оборудование, установленное у пользователей (абонентов, клиентов) сети. В случае компьютерной сети конечными узлами являются компьютеры, телефонной – телефонные аппараты, а телевизионной или радиосети – соответствующие теле- и радиоприемники.

      Основное  назначение сети доступа – концентрация информационных потоков, поступающих по многочисленным каналам связи от оборудования пользователей, в сравнительно небольшом количестве узлов магистральной сети. Сеть доступа, как и телекоммуникационная сеть в целом, может состоять из нескольких уровней. Коммутаторы, установленные в узлах нижнего уровня, мультиплексируют информацию, поступающую по многочисленным абонентским каналам, называемыми часто абонентскими окончаниями (local loop), и передают ее коммутаторам верхнего уровня, чтобы те, в свою очередь, передали ее коммутаторам магистрали.

      Количество  уровней сети доступа зависит  от ее размера, небольшая сеть доступа  может состоять из одного уровня, а  крупная – из двух-трех. Следующие уровни осуществляют дальнейшую концентрацию трафика, собирая его и мультиплексируя в более скоростные каналы.

     Магистральная сеть объединяет отдельные сети доступа, выполняя функции транзита трафика между ними по высокоскоростным каналам. Коммутаторы магистрали могут оперировать не только с информационными соединениями между отдельными пользователями, но и с агрегированными информационными потоками, переносящими данные большого количества пользовательских соединений. В результате информация с помощью магистрали попадает в сеть доступа получателей, демультиплексируется там и коммутируется таким образом, что на входной порт оборудования пользователя поступает только та информация, которая ему адресована.

     В том случае, когда абонент-получатель подключен к тому же коммутатору доступа, что и абонент-отправитель (непосредственно или через подчиненные по иерархии связей коммутаторы), последний самостоятельно выполняет необходимую операцию коммутации.

     Информационные  центры, или центры управления сервисами, - это собственные информационные ресурсы сети, на основе которых осуществляется обслуживание пользователей. В таких центрах может храниться информация двух типов:

− пользовательская информация, то есть та, которая непосредственно интересует конечных пользователей сети;

− вспомогательная служебная информация, помогающая предоставлять некоторые услуги пользователям.

     Примером  информационных ресурсов первого типа могут служить web-порталы, на которых расположена разнообразная справочная и новостная информация, информация электронных магазинов и т. п. В телефонных сетях такими центрами являются службы экстренного вызова (например, милиции, скорой помощи) и справочные службы различных организаций и предприятий – вокзалов, аэропортов, магазинов и т. п. В телевизионных сетях такими центрами являются телестудии, поставляющие «живую» картинку или же воспроизводящие ранее записанные сюжеты или фильмы.

     Ресурсами второго типа являются, например, различные  системы аутентификации и авторизации пользователей, с помощью которых организация, владеющая сетью, проверяет права пользователей на получение тех или иных услуг; системы биллинга, которые в коммерческих сетях подсчитывают плату за полученные услуги; базы данных учетной информации пользователей, хранящие имена и пароли, а также перечни услуг, на которые подписан каждый пользователь. В телефонных сетях существуют централизованные центры управления сервисами (Services Control Point, SCP), в которых установлены компьютеры, хранящие программы нестандартной обработки телефонных вызовов пользователей, например вызовов к бесплатным справочным службам коммерческих предприятий (так называемые службы 800) или вызовов при проведении телеголосования. Еще одним из распространенных видов вспомогательного информационного центра является централизованная система управления сетью, которая представляет собой программное обеспечение, работающее на одном или нескольких компьютерах.

     Естественно, у сетей каждого конкретного  типа имеется много особенностей, тем не менее, их структура в целом соответствует описанной выше. В то же время, в зависимости от назначения и размера сети, в ней могут отсутствовать или же иметь несущественное значение некоторые составляющие обобщенной структуры. Например, в небольшой локальной компьютерной сети нет ярко выраженных сетей доступа и магистрали – они сливаются в общую и достаточно простую структуру. В корпоративной сети, как правило, отсутствует система биллинга, так как услуги сотрудником предприятия оказываются не на коммерческой основе. В некоторых телефонных сетях могут отсутствовать информационные центры, а в телевизионных – сеть доступа приобретает вид распределительной сети, так как информация в ней распространяется только в одном направлении – из сети к абонентам. [3, с.102] 

         2 ОПЕРАТОРЫ СВЯЗИ И КЛИЕНТЫ 
 

     Существуют  сети, которые создаются специально для оказания общедоступных, или публичных (public), телекоммуникационных услуг. Примерами таких сетей являются городские, региональные, национальные и международные телефонные сети. Их услугами пользуются многочисленные клиенты – владельцы домашних и мобильных телефонов, а также предприятия (корпоративные пользователи). Еще одной традиционной телекоммуникационной услугой является предоставление в аренду каналов связи. У первичных сетей PDH/SDH, создаваемых телекоммуникационным предприятием для объединения своих АТС, обычно остается неиспользованная для внутренних нужд канальная емкость, которую логично сдавать в аренду. Типичными потребителями этой услуги являются крупные предприятия, которые создают с помощью арендованных каналов собственные сети – телефонные или компьютерные.

     По  мере роста популярности компьютерной обработки данных к набору телекоммуникационных услуг добавляется услуга объединения локальных сетей предприятий с помощью общедоступной территориальной сети передачи данных, например, сети технологии Х.25, frame relay, ATM или IP. Интернет-революция 90-х годов породила такую распространенную общедоступную услугу, как доступ к Интернету для обмена сообщениями электронной почты и использования ресурсов многочисленных web-сайтов. Вскоре Интернет стал использоваться предприятиями не только для доступа к «чужим» информационным ресурсам, но и для объединения своих собственных, то есть как типичная сеть передачи данных, оказывающая транспортные услуги. На стыке телефонных и компьютерных сетей начали появляться новые типы общедоступных услуг, опирающиеся на возможности комплексного использования различных технологий.

     Специализированное  предприятие, которое создает телекоммуникационную сеть для оказания общедоступных услуг, владеет этой сетью и поддерживает ее работу, традиционно называется оператором связи (telecommunication earner). Операторы связи осуществляют свою деятельность на коммерческой основе, заключая договоры с потребителями услуг. Операторы связи отличаются друг от друга:

− набором предоставляемых услуг;

− территорией, в пределах которой предоставляются услуги;

− типом клиентов, на которых ориентируются их услуги;

− имеющейся во владении оператора инфраструктурой – линиями связи, коммутационным оборудованием, информационными серверами и т. п.

     Особенностью  современных операторов связи является то, что они, как правило, оказывают услуги нескольких типов, например услуги телефонии и доступа в Интернет. Поэтому при классификации полезно рассматривать всех операторов связи, а не только тех, которые оказывают услуги компьютерных сетей. [5, с.105] 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      3 КОНВЕРГЕНЦИЯ КОМПЬЮТЕРНЫХ И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОН-

      НЫХ СЕТЕЙ                 
 

      КОНВЕРГЕНЦИЯ (от лат. Convergens – сходящийся) – сближение различных экономических систем, стирание различий между ними, обусловленное общностью социально-экономических проблем и наличием единых объективных закономерностей развития.

     Ярко  выраженная в последнее время  тенденция сближения различных  типов сетей характерна не только для локальных и глобальных компьютерных сетей, но и для телекоммуникационных сетей других типов. К телекоммуникационным сетям, кроме компьютерных, относятся, телефонные сети, радиосети и телевизионные сети. Во всех них в качестве ресурса, предоставляемого клиентам, выступает информация.

     Телефонные  сети оказывают интерактивные услуги (interactive services), так как два абонента, участвующие в разговоре (или несколько абонентов, если это конференция), попеременно проявляют активность.

     Радиосети и телевизионные сети оказывают широковещательные услуги (broadcast services), при этом информация распространяется только в одну сторону – из сети к абонентам, по схеме «один-ко-многим» (point-to-multipoint). Конвергенция телекоммуникационных сетей идет по многим направлениям.

     Прежде  всего, наблюдается сближение видов услуг, предоставляемых клиентам. Компьютерные сети изначально разрабатывались для передачи алфавитно-цифровой информации, которую часто называют просто данными (data), в результате у компьютерных сетей имеется и другое название – сети передачи данных (data networks). Телефонные сети и радиосети созданы для передачи только голосовой информации, а телевизионные сети передают голос и изображение.

     Первая  попытка создания универсальной, так  называемой мулътисервисной сети, способной оказывать различные услуги, в том числе услуги телефонии и передачи данных, привела к появлению технологии цифровых сетей с интегральными услугами – ISDN. Однако разработчики этой технологии ориентировались на уровень требований по передаче данных, свойственный глобальным компьютерным сетям в 80-х годов. Сегодня же скорость в 2 Мбит/с, на которой происходит подключение к сети крупных абонентов в сети ISDN, уже не может считаться удовлетворительной. Широкомасштабное построение широкополосной (то есть высокоскоростной) сети с интегральными услугами B-ISDN (Broadband ISDN) планировалось осуществить в 90-е годы на базе технологии ATM, обладающей широким диапазоном скоростей, однако по ряду причин сети ATM стали качественной основой только сетей передачи данных, а телефонные услуги и широковещательные услуги радио и телевидения не получили в них большого распространения.

     Сегодня на роль глобальной мультисервисной  сети нового поколения, часто называемой в англоязычной литературе Next Generation Network (NGN), или New Public Network (NPN), претендует Интернет, но, естественно, не в его нынешнем виде. IP-технологиям, составляющим базис Интернета, еще предстоит пройти значительный путь, чтобы с одинаковым успехом поддерживать услуги WWW и телефонии, архивов данных и видео по требованию, аудио- и видеоновостей, мультимедийной почты. Особую привлекательность представляют собой новые виды комбинированных услуг, в которых сочетаются несколько традиционных услуг, например, услуга универсальной службы сообщений (Unified Messaging), объединяющей электронную почту, телефонию, факсимильную службу и пейджинговую связь. Наибольших успехов на практическом поприще достигла IP-телефония, услугами которой прямо или косвенно сегодня пользуются миллионы людей.

     Технологическое сближение сетей происходит сегодня на основе цифровой передачи информации различного типа, метода коммутации пакетов и программирования услуг. Телефония уже давно сделала ряд шагов навстречу компьютерным сетям. Прежде всего, за счет представления голоса в цифровой форме, что делает принципиально возможным передачу телефонного и компьютерного трафика по одним и тем же цифровым каналам (телевидение также может сегодня передавать изображение в цифровой форме). Телефонные сети широко используют комбинацию методов коммутации каналов и пакетов. Так, для передачи служебных сообщений (называемых сообщениями сигнализации) применяются протоколы коммутации пакетов, аналогичные протоколам компьютерных сетей, а для передачи собственно голоса между абонентами коммутируется традиционный составной канал.

     Дополнительные  услуги телефонных сетей, такие как  переадресация вызова, конференцсвязь, телеголосование и др., могут создаваться с помощью, так называемой интеллектуальной сети (Intelligent Network, IN), по своей сути являющейся компьютерной сетью с серверами, на которых программируется логика услуг.

     Сегодня пакетные методы коммутации постепенно теснят традиционные для телефонных сетей методы коммутации каналов даже при передаче голоса. У этой тенденции есть достаточно очевидная причина – на основе метода коммутации пакетов можно более эффективно использовать пропускную способность каналов связи и коммутационного оборудования. Например, паузы в телефонном разговоре могут составлять до 40 % общего времени соединения, однако только пакетная коммутация позволяет «вырезать» паузы и использовать высвободившуюся пропускную способность канала для передачи трафика других абонентов. Другой веской причиной перехода к коммутации пакетов является популярность сети Интернет, построенной на основе данной технологии. Использование коммутации пакетов для одновременной передачи через пакетные сети разнородного трафика – голоса, видео и текста – сделало актуальным разработку новых методов обеспечения требуемого качества обслуживания (Quality of Service, QpS). Методы QoS призваны минимизировать уровень задержек для чувствительного к ним трафика, например, голосового, и одновременно гарантировать среднюю скорость и динамичную передачу пульсаций для трафика данных. Поставленная задача осложняется тем, что изначально метод коммутации пакетов был рассчитан на слабо чувствительный к задержкам трафик, которому не очень мешали случайные задержки, возникающие при временном размещении пакетов в буфере промежуточного устройства сети. Тем не менее, методы поддержки QoS в пакетных сетях вообще и сетях IP в частности уже существуют, причем они сохраняют сравнительно невысокую стоимость инфраструктуры сетевых магистралей. Это очень важно, так как по данному показателю компьютерные сети всегда были предпочтительней телефонных, и сохранение этого соотношения является еще одной причиной построения мультисервисной сети нового поколения на основе пакетных сетей.

     Однако  неверно было бы говорить, что методы коммутации каналов морально устарели и у них нет будущего. На новом витке спирали развития они находят свое применение, но только в других формах. Так, их используют сверхскоростные магистрали DWDM, где коммутация происходит на уровне спектральных каналов. В сетях IP сегодня начали активно применять технологию виртуальных каналов (в форме многопротокольной коммутации меток MPLS) – технологию, которая сочетает пакетную коммутацию с устойчивостью путей следования трафика сетей с коммутацией каналов.

     Компьютерные  сети также многое позаимствовали у телефонных и телевизионных сетей. Глобальные компьютерные сети строятся по такому же иерархическому принципу, что и телефонные, в соответствии с которым сети городов и районов объединяются в региональные сети, а те, в свою очередь, - в национальные и международные сети. Компьютерные сети берут на вооружение методы обеспечения отказоустойчивости телефонных сетей, за счет которых последние демонстрируют высокую степень надежности, так недостающую порой Интернету и корпоративным сетям.

     Компьютерные сети успешно используют транспортную инфраструктуру, созданную в рамках тех или иных телекоммуникационных сетей: распределительные сети кабельного телевидения (с помощью кабельных модемов), телефонные абонентские окончания (с помощью оборудования xDSL), телевизионные сети абонентского доступа MMDS и LMDS, а также опорные сети SDH и DWDM. Методы широковещания на основе групповой адресации, эмулирующие широковещание телевизионных и радиосетей, медленно, но верно приживаются в Интернете и других сетях передачи данных.

     Сегодня становится все более очевидным, что мультисервисная сеть нового поколения не может быть создана в результате «победы» какой-нибудь одной технологии или подхода. Ее может породить только процесс конвергенции, когда от каждой технологии будет взято все самое лучшее и соединено в некоторый новый сплав, который и даст требуемое качество для поддержки существующих и создания новых услуг. Появился новый термин – инфокоммуникационная сеть, который прямо говорит о двух составляющих современной сети – информационной (компьютерной) и телекоммуникационной. [4, с.38] 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 
 

      Чем дальше в будущее мы хотим заглянуть, тем меньше у нас шансов обнаружить в этом будущем компьютерные сети в традиционном смысле этого термина, то есть сети, передающие только, текст и числа. Главная тенденция для всех типов сетей – телефонных, компьютерных, телевизионных – конвергенция, поэтому уже сегодня компьютерные сети передают несвойственные им изначально типы трафика. Это, прежде всего, звук в разных видах: в форме интерактивного взаимодействия двух участников телефонного разговора; в форме вещания по запросу – передача песен или заранее записанных выступлений или интервью через Интернет; в форме голосовой почты. Передача изображения требует существенно более высокой пропускной способности и поэтому пока применяется, гораздо в более скромных масштабах, однако даже при скорости доступа 64-128 кбит/с можно просмотреть в реальном времени телепередачу в небольшом прямоугольном окошке на экране ПК.

     Таким образом, телекоммуникационные сети будущего – это сети, одинаково хорошо передающие и пульсирующий трафик данных, и потоковый трафик звука и видео. Сети будущего унаследуют лучшие черты своих прародителей – телефонных и компьютерных сетей, а также сетей радио и телевещания, но с использованием общей транспортной технологии, которая должна обеспечить передачу каждого типа трафика с требуемым для него качеством обслуживания (QoS). Такая технология должна, по общему мнению специалистов, основываться на технике коммутации пакетов и широко применять протокол-победитель IP, что роднит сети будущего с нынешними компьютерными сетями, но со значительными технологическими новациями. [1, с.379]

     В число таких усовершенствований, скорее всего, войдут терминальные устройства нового типа, которые будут сочетать функциональную мощь ПК с простотой в обращении телефона. Прообразом таких устройств сегодня являются органайзеры, персональные секретари и мобильные телефоны. Появление устройства, которое позволяет нажатием нескольких кнопок получить доступ к заранее заданным web-страницам, организовать телефонный разговор, отправить электронное письмо с мультимедийными вложениями или заказать демонстрацию на экране нужного видеофильма (и получить доступ ко многим другим услугам, которые сегодня пока еще только угадываются), придаст мощный импульс развитию телекоммуникаций. Ответом на резкий рост потребности в сверхскоростном и качественном транспорте станет технология управляемых виртуальных путей на основе стандартов DWDM и GMPLS. Ядро новой публичной телекоммуникационной сети будет строиться на оптических кабелях с большим количеством волокон, что обеспечит мультитерабитную пропускную способность между узлами коммутации и создаст основу для передачи кажущихся сегодня немыслимыми объемов информации между абонентами сети. Для экономичности ядро должно поддерживать коммутацию только сверхскоростных потоков, таких как поток данных определенной длины волны (DWDM-коммутация) или даже поток определенного волокна, не занимаясь более мелкими единицами коммутации. В результате технология SDH уступит свое место в ядре сети, сменив его на роль сети доступа к DWDM-коммутаторам. Еще одним революционным преобразованием станет управляемость ядра сети на основе технологии GMPLS, когда пути составных волокон, длин волн (и контейнеров SDH) создаются динамически с помощью единого протокола сигнализации. Важно, что будет существовать и пользовательская версия этого протокола, то есть абонент ядра, например поставщик услуг, сможет пользоваться пропускной способностью гибко, в зависимости от текущих потребностей. Низкая скорость доступа, особенно для массовых абонентов, является сегодня одним из основных препятствий на пути широкого внедрения новых мультимедийных услуг. Существует несколько путей решения этой проблемы – использование существующих медных абонентских окончаний, что наиболее подходит для массового индивидуального доступа; беспроводной доступ, как фиксированный, так и мобильный; прокладка оптических абонентских окончаний с использованием экономичной пассивной технологии PON. Для разделения пропускной способности каналов доступа будет применяться технология виртуальных соединений для микропотоков в форме ATM или IP/MPLS. Несмотря на существенное повышение пропускной способности, как ядра сети, так и сетей доступа, заторы трафика при одновременном повышении информационной емкости соединений все же возможны, поэтому для качественной передачи трафика в сетях будущего будут широко применяться методы поддержания QoS. В ядре сети это будут методы, предоставляющие гарантии обслуживания крупным агрегированным потокам, несущим данные одного типа для большого количества абонентов, то есть методы, близкие к технологии DiffServ, начинающей находить применение в сетях операторов. В сети доступа будут применяться методы поддержки качества обслуживания для индивидуальных потоков, аналогичные тем, которые применяются в технологиях ATM и IntServ. Изменяются и локальные сети. Вместо соединяющего компьютеры пассивного кабеля в них в большом количестве появилось разнообразное коммуникационное оборудование – коммутаторы, маршрутизаторы, шлюзы. Благодаря такому оборудованию стало возможным построение больших корпоративных сетей, насчитывающих тысячи компьютеров и имеющих сложную структуру. Возродился интерес к крупным компьютерам – в основном из-за того, что после спада эйфории по поводу легкости работы с персональными компьютерами выяснилось, что системы, состоящие из сотен серверов, обслуживать сложнее, чем несколько больших компьютеров. Поэтому на новом витке эволюционной спирали на предприятия стали возвращаться мэйнфреймы, но уже как полноправные сетевые узлы, поддерживающие технологию Ethernet или Token Ring, а также стек протоколов TCP/IP, ставший благодаря Интернету сетевым стандартом де-факто. Вот только некоторые направления развития телекоммуникационных сетей, которые отчетливо видны уже сегодня. [2, с.381]  
 
 
 
 
 

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК: 
 

1. Безручко  В.Т.

Информатика (курс лекций): учебное пособие. – М.: ИД «ФОРУМ»: ИНФРА – М, 2006. – 432 с.: ил. – (Высшее образование)

2. Агальцов В.П., Титов В.М.

Информатика для экономистов: Учебник. – М.: ИД «ФОРУМ»: ИНФРА – М, 2006. – 448 с.: ил. – (Высшее образование)

3. В.Г. Олифер, Н.А. Олифер

Компьютерные  сети. Принципы, технологии, протоколы: Учебник для вузов. 2-е изд. – СПб.: Питер, 2005. – 864 с.: ил.

4. Избачков Ю.С., Петров В.Н.

Информационные  системы: Учебник для вузов. 2-е изд. – СПб.: Питер, 2008. – 656 с.: ил.

5. Информатика для экономистов: Учебник / Под общ. Ред. В.М. Матюшка. – М.: ИНФРА – М, 2009. – 880 с. – (Учебники РУДН)
6. Информатика: Учебник. – 3-е перераб. изд. / Под ред. Н.В. Макарова. – М.: Финансы и статистика, 2007. – 768 с.: ил.