ISDN. Das diensteintegrierende digitale Nachrichtennetz. Peter Bocker. Konzept, Verfahren, Systeme

Transkript

1

2 Peter Bocker ISDN Das diensteintegrierende digitale Nachrichtennetz Konzept, Verfahren, Systeme In Zusammenarbeit mit G. Arndt, V. Frantzen, o. Fundneider, L. Hagenhaus, H. 1. Rothamel, L. Schweizer Dritte, völlig neubearbeitete und erweiterte Auflage Mit 115 Abbildungen und 27 Tabellen Springer-Verlag Berlin Heidelberg GmbH 1990

3 Dipl.-Phys. Dr. rer. nat. Peter Bocker Dipl.-Ing Gerhard Amdt Dipl.-Ing. Viktor Frantzen Dipl.-Ing. Oswald Fundneider Dipl.-Ing. (FH) Lutz Hagenhaus Dipl.-Ing. Dr.-Ing. Hans Jörg Rothamel Dipl.-Ing. Lutz Schweizer Siemens Aktiengesellschaft Bereich Öffentliche Kommunikationsnetze Zentrallaboratorium D-8000 München 70 ISBN CIP-Kurztitelaufnahme der Deutschen Bibliothek Bocker, Peter: ISDN, Das diensteintegrierende digitale Nachrichtennetz: Konzept, Verfahren, Systeme Peter Bocker. In Zusammenarbeit mit G. Amdt , völlig neubearb. u. erw. Aufl. ISBN DOI / ISBN (ebook) Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Die dadurch begriindeten Rechte,insbesondere die der Übersetzung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von Abbildungen und Tabellen, der Funksendung, der Mikroverfilmung oder der Vervielfältigung auf anderen Wegen und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiserverwertung, vorbehalten. Eine Vervielfältung dieses Werkes odervon Teilen dieses Werkes ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen der gesetzlichen Bestimmungen des Urheberrechtsgesetzes der Bundesrepublik Deutschland vom 9. September 1965 in derjeweils geltenden Fassung zulässig. Sie ist grundsätzlich vergütungspflichtig. Zuwiderhandlungen unterliegen den Strafbestimmungen des Urheberrechtsgesetzes. Springer-Verlag Berlin, Heidelberg 1986, 1987 and 1990 Ursprünglich erschienen bei Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York 1990 Softcover reprint of tbe hardcover 3rd edition 1990 Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, daß solche Namen im Sinne der Warenzeichenund Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. 2362/ Gedruckt auf säurefreiem Papier

4 Vorwort zur dritten Auflage Das diensteintegrierende digitale Nachrichtennetz ISDN (Integrated Services Digital Network), in den siebziger Jahren noch eine Vision, ist jetzt Realität geworden: Nahezu alle Fernmeldeverwaltungen und -betriebsgesellschaften der Industriestaaten haben das ISDN bereits eingeführt oder beabsichtigen in Kürze seine Einführung. Dies hat seine Ursache in den wesentlichen Vorteilen, die dieses Netz den Benutzern, den Netzbetreibern und den Herstellern bietet: Die Benutzer erhalten zusätzliche Dienste mit vielfältigen Dienstmerkmalen, die ihnen die Erfüllung ihrer Kommunikationsbedürfnisse - besonders auch die Text- und Datenkommunikation - verbessert und erleichtert. Außerdem werden die Benutzer auch bestehende Systeme über den ISDN-Teilnehmeranschluß wirtschaftlicher als über verschiedene spezielle Netze betrieben können. Die Netzbetreiber ziehen Nutzen aus dem universellen Netzkonzept, welches ihnen erlaubt, ohne große spezielle Investitionen neue Dienste und neue Dienstmerkmale einzuführen. Außerdem führt die Diensteintegration - insbesondere im Teilnehmeranschlußbereich - und auch die Vereinheitlichung von Betrieb und Wartung für die Vielzahl von Diensten zu wirtschaftlichen Vorteilen. Die Hersteller begrüßen vor allem den einheitlichen Netzzugang mit der Möglichkeit, mit einem Endgerät den Zugang auch zu mehreren Kommunikationsdiensten zu bieten, d. h. einen breiteren Markt zu erschließen. Die treibenden Kräfte für das ISDN sind also die wirtschaftliche Kommunikation in verschiedenen Informationsarten über eine Teilnehmeranschlußleitung und die neuen, komfortablen Dienste und Dienstmerkmale, besonders im immer bedeutsamer werdenden Bereich der Text- und Datenkommunikation. In dem nunmehr in seiner dritten deutschsprachigen Auflage vorliegenden Buch werden dieses ISDN, seine Technik, die Dienste im ISDN, die Prinzipien der ISDN Endgeräte dargestellt und erläutert. Dabei werden im Schwerpunkt jene Merkmale des ISDN behandelt, die sich unter Verwendung der Kabel des vorhandenen Fernsprechnetzes realisieren lassen; das ISDN dieser Art wird häufig als 64-kbitjs-ISDN bezeichnet. Bewegtbildindividualkommunikation in Farbe und mit der vom Fernsehen her gewohnten Qualität ist jedoch erst möglich, wenn - im "Breitband-ISDN" - die Teilnehmer über Lichtwellenleiter angeschlossen werden. Vom Konzept her unterscheiden sich 64-kbitjs-ISDN und Breitband-ISDN nicht; insbesondere der Stationsaufbau, die Prinzipien des Teilnehmerzugangs und der Signalisierung sind in beiden Fällen gleich. In diesem Buch werden nach einer Analyse der Aufgabe der Kommunikationstechnik zunächst die im ISDN möglichen Dienste und ihre Dienstleistungsmerkmale beschrieben. Dann wird das Netz in seinem Aufbau und den Grundlagen seiner Dimensionierung vorgestellt. Breiten Raum nimmt die Beschreibung des Teilnehmer-

5 VI Vorwort zur dritten Auflage zugangs mit den Benutzer-Netz-Schnittstellen und der Teilnehmersignalisierung ein. Eine Darstellung der Grundmerkmale von Endgeräten am ISDN schließt sich an. Ausführlich wird die Vermittlungstechnik im ISDN erläutert und das Zusammenwirken der Netzknoten und Benutzerstationen durch Beispiele verdeutlicht; dabei wird auch auf die Besonderheiten von ISDN-Nebenstellenanlagen eingegangen. Danach werden die im ISDN angewendeten Übertragungsverfahren und Übertragungswege geschildert. Im letzten Abschnitt des Buches wird der Wert des ISDN für den Benutzer im Büro, im Heim, unterwegs kritisch diskutiert. Ergänzt werden diese Darlegungen durch einen Anhang mit den aktuellen Standards und Empfehlungen, die im Zusammenhang mit dem ISDN von Interesse sind. Das Buch wendet sich an Ingenieure, die bei der Konzeption, dem Aufbau oder dem Betrieb von Kommunikationssystemen Kenntnisse über Voraussetzungen und Merkmale des ISDN benötigen. Außerdem soll das Buch auch den in Forschung und Lehre Tätigen sowie einer technisch interessierten breiteren Öffentlichkeit einen Überblick verschaffen über die Hintergründe und Zusammenhänge dieser neuen Entwicklung der Kommunikationstechnik. Im Hinblick auf die rasche Weiterentwicklung der Technik und die Fortschritte bei der Standardisierung wurde das Buch auch für die dritte Auflage in allen seinen Abschnitten gründlich überarbeitet. So wurden die vielen neuen Entwicklungen der letzten Jahre auf dem Gebiet der Vermittlungs- und Übertragungstechnik berücksichtigt, wie z. B. der Asynchronous Transfer Mode ATM oder die Synchrone Digitalhierarchie SDH. Die zahlreichen neuen oder geänderten Standards wurden in den Anhang aufgenommen. Natürlich war au~h das gesamte Literaturverzeichnis zu aktualisieren. Wie bei den vorangegangenen Auflagen wurde diese Gesamtdarstellung des ISDN-Konzeptes und seiner Realisierung gemeinsam mit den Herren Dipl.-Ing. Gerhard Arndt, Dipl.-Ing. (FH) Lutz Hagenhaus, Dipl.-Ing. Oswald Fundneider, Dipl.-Ing. Viktor Frantzen, Dr.-Ing. Hans Jörg Rothamel und Dipl.-Ing. Lutz Schweizer ausgearbeitet. Für die Niederschrift der Abschnitte waren verantwortlich: Abschnitt 1: P. Bocker; Abschnitte 2 bis und 2.5: H. J. Rothamel; Abschnitte bis 2.4, 5, 8: G. Arndt; Abschnitt 3: L. Hagenhaus ; Abschnitte 4.1 bis 4.3: O. Fundneider; Abschnitte 4.4 und 6: V. Frantzen; Abschnitt 7, Anhang: L. Schweizer. Außerdem sind in die Darstellung die Ergebnisse vielfältiger Ratschläge und Hinweise eingeflossen, welche die Verfasser von Fachkollegen aus verschiedenen Entwicklungsstellen innerhalb und außerhalb der Siemens AG erhalten haben. Für alle Unterstützung bei der Arbeit an diesem Buch bedanke ich mich bei meinen Fachkollegen. Besonders herzlich möchte ich aber wieder den genannten Verfassern meinen Dank für das verständnisvolle Zusammenwirken ausdrücken, welches uns ermöglicht, daß wir nun aufs neue und in bewährter Weise diese in sich geschlossene und aktualisierte Gesamtdarstellung vorlegen können. München, im Mai 1990 P. Bocker

6 Inhaltsverzeichnis 1 Die Aufgabe der Kommunikationstechnik Kommunikationsarten Informationsarten und Signale Systeme für Dialog- und für Abrufkommunikation Die Entwicklung der Kommunikationsnetze Herkömmliche Kommunikationsnetze Integration der Dienste Flexibilität und Netzintelligenz... : Konzept des diensteintegrierenden digitalen Nachrichtennetzes ISDN Integration von Diensten mit höheren Bitraten Die Bedeutung der Standardisierung Kommunikationsdienste Definition der Dienste Definition der Dienstmerkmale Dienste im ISDN mit Bitraten bis zu 64 kbit/s ISDN-Dienste mit 64 kbit/s über B-Kanäle Dialogdienste als Übermittlungsdienste Dialogdienste als Teledienste Speicherdienste (Teledienste) Abrufdienste (Teledienste) Verteildienste ISDN-Dienste über den D-Kanal Dialogdienste als Übermittlungsdienste mit niedrigem Durchsatz Dialogdienste als Teledienste Ergänzende Dienstmerkmale Bestehende Dienste aus dem Fernsprechnetz im ISDN Dienste im Zusammenhang mit Endgeräten aus eigenständigen Text- und Datennetzen Dienstübergänge Dienstübergänge innerhalb des ISDN Dienstübergänge in Verbindung mit Netzübergängen Dienste mit höheren Bitraten Aufbau des ISDN Netzgliederung Ausgangssituation für das ISDN Fernsprechnetz Integriertes Text- und Datennetz... 38

7 VIII Inhaltsverzeichnis 3.3 Aufgaben der Netzkomponenten im ISDN Anschlußleitungen im ISDN Teilnehmervermittlungsstellen im ISDN Signalisierung zwischen ISDN-Vermittlungsstellen Betrieb und Wartung im ISDN Netzdimensionierung Grundlagen Einflüsse der Diensteintegration Belegungsdauer, Verkehrswert, Belegungsbelastung Gemeinsame Nutzung der Netzeinrichtungen Verkehrslenkung Übergänge zu anderen öffentlichen Netzen ISDN und das analoge Fernsprechnetz ISDN und öffentliche Datennetze Übergänge zu privaten Netzen Numerierung Einführungsstrategien Overlaynetz und Insellösung Pragmatische Einführungsstrategie Fremdanschaltung Satellitenstrecken im ISDN ISDN-Einführungstermine Teilnehmeranschluß Aufbau der Benutzerstation Funktionseinheiten der Benutzerstation Netzabschlußeinheit NT Netzabschlußeinheit NT Anpassungseinheit TA Anschluß von privaten Netzen Benutzer-Netz-Schnittstellen Vorbemerkungen Kanaltypen Anschlußarten und Schnittstellenstrukturen Betrieb allgemeiner Kanäle Benutzer-Netz-Schnittstelle beim Basisanschluß Modellkonfigurationen Elektrische Charakteristika für die Informationsübertragung Zugang der Endeinrichtungen zum D-Kanal Rahmenstruktur Aktivierung und Deaktivierung Elektrische Charakteristika für die Speisung Benutzer-Netz-Schnittstelle beim Primärratenanschluß Benutzersignalisierung Protokollarchitektur Verbindungsarten... 83

8 Inhaltsverzeichnis IX Besonderheiten bei der ISDN-Signalisierung Aufgaben der Netzabschlußeinheiten NT! und NT Angaben für den Verbindungsaufbau Buskonfigurationen Simultane Signalisierungsaktivitäten Sicherungsprotokoll im D-Kanal Leistungsmerkmale der Sicherungsschicht Übermittlungsverfahren Vergabe eindeutiger Endeinrichtungs-Identitäten Signalisierung für leitungsvermittelte Verbindungen Einfacher Verbindungsaufbau Einfacher Verbindungsabbau Verfeinerter Verbindungsaufbau und Verbindungsabbau Steuerung von ergänzenden Dienstmerkmalen Benutzer-Benutzer-Signalisierung Anreizprotokoll (stimulus protocol) Anschluß von Endeinrichtungen mit herkömmlichen Schnittstellen an das ISDN Integrierte Lösung und Netzübergangslösung Anschluß von X.21-Endeinrichtungen mit Einphasenwahl Umsetzung der Verbindungsauf- und -abbauprozeduren zwischen X.21- und S-Schnittstelle Geschwindigkeitsanpassung zwischen der Netto-Bitrate der X.21-Endeinrichtung und der Basiskanalrate von 64 kbit/s... : Synchronisierprozedur im Basiskanal zwischen den beteiligten Anpassungseinheiten und zwischen den X.21-Endeinrichtungen Endeinrichtungen des Fernsprechnetzes : Anpassung der analogen alb-schnittstelle und von Schnittstellen der V.-Serie Anschluß von Endeinrichtungen mit X.25-Schnittstelle an das ISDN Grundlegende Merkmale..., Punkt-zu-Mehrpunkt;Signalisierung für ankommende virtuelle Rufe Zugang zur Paketvermittlung über den Basiskanal (B-Kanal) Zugang zur Paketvermittlung über den Hilfskanal (D-Kanal) Neue Paketvermittlungstechniken im ISDN Frame Mode Bearer Services Asynchroner Transfer-Modus Endgeräte am ISDN Vorbemerkungen Grundmerkmale eines ISDN-Endgerätes

9 x Inhaltsverzeichnis 5.3 Dienstspezifische Endgeräte am ISDN ISDN-Telefon Endgeräte für nichtsprachliche Kommunikation im ISDN Mehrdienste-Endgeräte Mehrdienste-Endgeräte für Fernsprechen und Telematikdienste Mehrdienste-Endgeräte für Fernsprechen und Bildkommunikation Vermittlungstechnik im ISDN Vorbemerkungen Neue Anforderungen an die Vermittlungstechnik durch die Diensteintegration im ISDN Benutzeranschluß Zwischenamtsanschluß Koppelnetz Benutzersignalisierung Zentrale Steuerung Zwischenamtssignalisierung Betrieb und Wartung Takterzeugung und Netzsynchronisierung Netzübergänge und Zugang zu speziellen Einrichtungen Die Zwischenamtssignalisierung im ISDN Grundmerkmale der Zwischenamtssignalisierung mit dem CCITT-Signalisierungssystem Nr Der Nachrichtentransferteil MTP Signalisierungsbeziehungen zwischen ISDN-Vermittlungs stellen Protokoll-ArchitekturderISDN-Zwischenamtssignalisierung Realisierung der ISDN-Zwischenamtssignalisierung in der Vermittlungsstelle "Intelligentes Netz" Flexible Steuerung durch verteilte Netzintelligenz Transaktionsverkehr im Rahmen des CCITT -Signalisierungssystems N r ISDN-Geschäftsnetze Prinzipielle Lösungen Struktur und Merkmale einer ISDN-Nebenstellenanlage Vernetzung von Nebenstellenanlagen zu privaten Netzen Querverkehr zwischen ISDN-Nebenstellenanlagen Übertragungstechnik im ISDN Vorbemerkungen Die Hierarchie der digitalen Übertragungs kanäle Die Basis: 64kbitjs Primär-Multiplexsignale ~:2.3 Signale mit ~öheren Bitraten; Digitalsignal-Hierarchien Ubertragungsmedlen Leiter in Kabeln Richtfunk

10 Inhaltsverzeichnis XI 7.4 Einrichtungen zur Übertragung von Digitalsignalen über Kabel- und Richtfunkstrecken Allgemeines Übertragung auf Kabeln im Bereich der Verbindungsleitungen Übertragung auf'ieilnehmeranschlußleitungen Übertragung mit Richtfunk Multiplexsignale und Multiplexeinrichtungen Signale mit 2048 kbitjs Digitalsignal-Multiplexer Netzsynchronisierung Erfordernis der Netzsynchronisierung Realisierung der Netzsynchronisierung Anforderungen an die Taktversorgung Störwirkungen und Übertragungsqualität Störwirkung von Bitfehlern StörwirkungvonSlip-Vorgängen Einfluß der Signallaufzeit Einfluß von Phasenjitter und Phasenwandern Übertragungsqualität bei den 64-kbitjs-Verbindungsarten im ISDN Das ISDN aus der Sicht des Benutzers Die Nutzung des ISDN im Büro Telefonkommunikation Nichtsprachliche Kommunikation Bedeutung der Diensteintegration Übertragungsgeschwindigkeit Nachrichtenstruktur Die Nutzung des ISDN im privaten Haushalt ISDN und Mobilkommunikation Anhang: COTT-Empfehlungen und sonstige Standards in Verbindung mit dem ISDN Vorbemerkungen CCITT-Empfehlungen für das ISDN Konzepte und Prinzipien der ISDN Signalisierungssystem Nr. 7 zwischen Vermittlungs stellen Digital-Vermittlungsstellen Allgemeine Aspekte des Digitalnetzes Basisempfehlungen für Telematikdienste, prinzipiell auch auf auf ISDN anwendbar Telematik-Endgeräte Festlegungen für Datenverkehr im Rahmen der Übermittlungsdienste Schnittstellen von Datenendeinrichtungen nach anderen als ISDN-Standards

11 XII Inhaltsverzeichnis 3 ISO-Standards für Datenübermittlungsdienste im Rahmen der Offenen Kommunikation ISO-Standard-Entwürfe für Lokale Netze ISO-Standard für ISDN-Steckverbindung Begriffsbestimmungen für das deutsche Sprachgebiet Literaturverzeichnis Sachverzeichnis