Канал тональной частоты в сетях Ethernet

В технологических сетях канал тональной частоты (ТЧ) используется для:

• организации голосовой связи (служебная, диспетчерская, радиокабельная и др.);
• передачи данных поверх ТЧ (различные низкоскоростные модемы в аппаратуре телемеханики и телеметрии).

На заре появления технологических контроллеров в них в качестве среды передачи использовался канал ТЧ (2- или 4-проводный). Он довольно просто в эксплуатации, не требует высокой квалификации персонала, легко передается на десятки километров по медному кабелю, на нем несложно организуется режим «точка-многоточка».

Основным его недостатком является накопление шума на длинных участках, чувствительность к внешним помехам. По этой причине в 80-90 годы прошлого века в мире шла активная замена каналов ТЧ на цифровые на базе RS232/422/485. С появлением сотовой связи необходимость в каналах для голосовой диспетчерской связи стала отпадать.

К сожалению, Россия имеет некоторые особенности:

• модернизация технологических сетей до 2000 года шла очень медленно;
• из-за большой территории покрытие сотовыми сетями удовлетворительно только в густонаселенных районах.

Развитие технологии Ethernet в различных системах связи дало много преимуществ по сравнению с традиционными технологиями, что вызвало большой интерес ведомственных операторов связи, построивших свои сети с применением таких решений. Классически канал ТЧ передавался в малоканальных аналоговых системах передачи, позднее довольно легко реализовали его оцифровку в канальный интервал потока Е1 в мультиплексорах, а также в транспорт цифровых систем передачи, и массово внедрили. Но с развитием IP-решений встал вопрос: как же быть с этим интерфейсом?

Вместе с распространением IP-технологий и применением оптических систем передачи на скоростях от 100 Мбит/с до 100 Гбит/с возникла возможность использования IP-пакетов для передачи голоса. Всем хорошо известен термин VoIP, и очень обманчиво видится простота использования телефонных голосовых шлюзов для организации канала ТЧ. Но здесь мы сталкиваемся с рядом проблем:

• голосовые шлюзы используются в режиме «точка-точка», в то время как для технологических сетей требуется режим «точка-многоточка»;
• для технологических сетей нужен режим суммирования;
• необходим режим 4- проводного окончания, который в традиционных VoIP-шлюзах не реализован;
• крайне желательно минимизировать задержку в голосовом канале;
• необходим расширенный спектр сигнала для внутриканальной сигнализации.

Для этих целей Натекс разработала решение, позволяющее оператору сразу перейти с ТЧ на Ethernet, минуя морально устаревшие RS232 и т.п.

Перевод потребителей на другие каналы не всегда осуществимы. Вместо канала ТЧ для голосовой связи можно использовать IP-телефонию, но в случае стыковки с транзитными или радиокабельными сетями, поставленную задачу это не решит. Различные методы передачи через среду Ethernet канальных интервалов потока Е1, в который закодированы ТЧ-каналы, во-первых, недостаточно эффективно занимают полосу, а во-вторых, дороги и в конечном итоге представляют удлиненную последовательную цепочку преобразователей (ТЧ-Е1-Ethernet-E1-ТЧ), что понижает надежность образованного канала. В некоторых случаях удается переводить всех потребителей каналов ТЧ на другие интерфейсы — это чаще всего касается каналов телеметрии и телемеханики. Т.е. применить другие контроллеры и устройства сбора информации с цифровыми портами Ethernet или RS232/RS485. В большинстве случаев необходимость в передаче канала ТЧ по IP-сетям остается. Это и сопряжение с транзитными каналами, и связь со старыми оконечными устройствами, и резервирование цифровых каналов телемеханики по аналоговому стыку.

Следует отметить, что за исключением России, канал ТЧ используется крайне редко, поэтому ведущие мировые производители не озадачивались подобными разработками. Осознав необходимость в них, специалисты Натекс совместно с ключевыми заказчиками отработали техническое задание, включили в него всевозможные нюансы различных схем применения, а впоследствии внедрили эти требования в принципиально новый модуль линейки оборудования FlexCON-VF-Eth.

Модуль FlexCON-VF-Eth осуществляет преобразование аналогового сигнала тональной частоты в пакеты данных Ethernet и обратно, обеспечивая передачу двух четырехпроводных аналоговых каналов. При этом преобразователь использует собственный формат данных, чтобы эффективно применять полосу пропускания канала. Для универсальности канал ТЧ может настраиваться как в приложении «точка-точка» так и в схемах «точка-многоточка» под приложения диспетчерской групповой связи в любых топологиях построения сети.

Конвертер изготовляется в стоечном варианте для установки в любой конструктив платформы FlexGain — будь то кассета на 14 мест, автономный корпус 1U для монтажа одного модуля в шкаф 19″ или стальной герметичный 4- или 6-местный корпус для работы на технологических объектах в сложных условиях эксплуатации.

Стоит отметить, что FlexCON-VF-Eth позволяет организовать соединение между оконечной аппаратурой и через канал, организованный на спутниковых модемах с одинарным или даже двойным скачком. При этом задержка в канале будет ощутимой, что обусловлено огромным временем распространения сигнала до спутника и обратно, но сам канал, при соблюдении описанных ранее требований к нему, будет функционировать.

Первоначально в конвертер была заложена реализация работы по сетям Ethernet (Layer2) через собственные сети без маршрутизации, впоследствии ТЗ было пересмотрено, функционал модифицирован до IP (Layer3). Ведь в современном мире иметь собственный протяженный канал Ethernet на коммутаторах представляется возможным не для всех операторов, многие сети построены на маршрутизаторах, да и в случае сложных каналов с арендой полосы у других операторов нельзя гарантировать Ethernet 2-го уровня.

Типовые схемы применения приведены на рис.1 и рис.2

Рис.1 Организация системы диспетчерской связи и телемеханики на сети промышленных коммутаторов

Рис.2 Организация схемы телемеханики через спутниковый канал

Среди реализованных на этом оборудовании проектов хочется выделить наиболее интересные — построение региональных сетей оповещения в МЧС РФ, сеть подвижной УКВ радиосвязи в ОАО «Связьтранснефть», сети диспетчерской связи и телемеханики в региональных подразделениях ОАО «Газпром» и др.

Журнал «Вестник связи», №10 2011 г.