Синий Блок

1. Принципы действия

   В давние времена, на заре телефонии, междугородние звонки коммутировались операторами, голосом сообщавшими следующему по маршруту звонка оператору об установке соединения. Таким образом, для осуществления дальних звонков задействовалась целая цепочка операторов.

   С внедрением автоматической дальней связи была установлена система дистанционного управления удаленным коммутирующим оборудованием. Дело в том, что пульсовой набор (использующий прерывание постоянного тока) не может пройти непосредственно сквозь каналы дальней связи, имеющими по пути множество усилителей и преобразователей сигнала, типа аппаратуры уплотнения. Таким образом, для управления удаленной стороной требовалось либо использование специальных управляющих каналов, либо передача тоновых сигналов вне полосы частот обычной телефонной связи, либо передача внутри этой полосы (300-3000 Гц).

   Устройство специальных управляющих каналов требовало создания оне. Передача внеполосных сигналов - расширения этой полосы для транковых (между центральными АТС пунктов связи) каналов, что требовало замены всех усилительных устройств и приводило к уменьшению количества уплотненных каналов по каждой паре. Все это было связано с дополнительными затратами, и АТ&Т, впервые внедрявшая автоматическую телефонию, избрала самый дешевый способ - передачу управления в рабочей полосе телефонного канала.

   К настоящему времени эта сигнальная система стала стандартом де-факто по всему миру и описана в рекомендациях МККТТ. Страны, присоединявшиеся к всемирной системе связи, вынуждены были использовать этот неидеальный интерфейс или устанавливать согласующее(транслирующее) оборудование.

   Для понимания процесса дальней связи следует понять общие принципы построения телефонных сетей. Различают несколько уровней (рангов) сети. Первый уровень - местный (локальный), использующий локальные АТС с основным абонентским пулом на 10 000 номеров. Экономически выгодно объединять на одной станции несколько (2-5) таких пулов. Емкость пула обусловлена техническими соображениями, и тесно связана с конструкцией коммутирующих устройств. Так, в координатных коммутаторах используется т.н. тандем, соединяющий абонентский шлейф одним своим подвижным плечом с одним проводом из сборок абонентских шлейфов, коммутируя номера диапазона ??-** (соединение тысяч - сотен) а другим - с другим проводом сборок, выполняя соединение десятков - едениц. Технически устройство представляет из себя подвижный в двух плоскостях контакт, скользящий по наборному полю. Набор тысяч двигает контакт по вертикали, а сотен - по горизонтали. Набор десятков - единиц приводит в движение второй аппарат тандема.

   Абонент, снявший трубку на своем аппарате, подключается к свободному тандему, о чем его извещает сигнал готовности станции (непрерывный тон частотой 425 Гц). В случае занятости всех наборных аппаратов абоненту посылается сигнал занятости станции - "указательный сигнал", (редкая ситуация на современных АТС, оснащенных достаточным кол-вом наборных аппаратов).

   На каждой станции имеются каналы передачи набора на удаленные станции. Набор первых цифр (префикса) выбирает удаленную станцию (или эту же станцию для "соседних" префиксов). По каналу передачи дальнейший набор проходит на удаленную станцию (того-же уровня) (на каждый префикс - свой канал, при этом используется один физический канал на несколько исходящих связей с другими АТС за счет ИКМ-мультиплексного уплотнения, или, на более современных - пакетное уплотнение и передача по протоколу Х.25) и происходит уже на ней на выбранном тандеме. При дальнем соединении набор кода дальней связи (в Москве - цифра 8) подключает абонента к станции дальней связи. Набор кода региона указывает станции выбрать маршрут связи по стране. При наборе международного кода дальнейший запрос передается на международную станцию. На станции дальней связи включается также расчетное оборудование, которое по системе АОН опредяет номер вызвающего абонента и готовится начислять счет за разговор. С этих пор дальнейший набор идет на дальнем конце и невозможен с использованием постоянного тока. Поэтому на станции дальней связи включено оборудование, транслирующее пульсовой набор в двухчастотный код (стандарт определен спецификацией МККТТ R1-2). По окончании набора номера это оборудование формирует управляющий кадр, обрамленный кодами КР1 в начале кадра и ST в конце, и посылает вызываемой стороне. Например, номер в Техасе, Амарильо, набираемый клиентом как 1+806-258-1234 транслируется в КР1+806-258-1234+ST. Таким образом, двухчастотная (ДЧ) посылка содержит код региона (806), префикс станции региона(258) и номер в абонентском пуле(1234). Важно отметить, что префикс кода региона дополняется слева нулями до трех знаков. Так, например, код Японии (81) представляется как 081, а России (7) - 007, хотя вызывающий абонент набирает 81 или 7 соответственно. Кроме того, оборудование может транслировать номер для соединения по другим маршрутам, скажем, в Японию через Америку :), если линии заняты плотным траффиком или неисправны. Для маршрутизации на удаленной стороне (в стране назначения) может быть запрошена автоматическая операторская служба, возвращающая код маршрута, используемого для связи с данной страной в данный момент. Таким образом, реально посылаемый закодированный в ДЧ-посылке номер может отличаться от набираемого клиентом, и определяется работой оборудования. Подробнее об использовании кодов и операторов см. в документации по практическому фрикингу.

   Важно понимать, что передача набора в ДЧ посылках идет между центральными станциями дальней связи регионов, по транковой сети (каналы СЛ), a пульсовой набор используется только в абонентской линии (каналы АЛ) для передачи от абонента до его АТС. Иллюстрация:

     пульсовой      тоновой ДЧ        тоновой ДЧ        тоновой ДЧ
Аб.1 ----->--- мАТС1 ----->--- дАТС1 ======>======дАТС2 --->---мАТС2
     аб. шлейф     линия связи        транк. линия      линия связи

- где мАТС - местная станция, дАТС - станция дальней связи.

   Так как для передачи ДЧ посылок используются сигналы в полосе частот, укладывающейся в разговорную, существует возможность непосредственной передачи таких посылок от клиента к оборудованию. В некоторых обстоятельствах оборудование будет принимать эти посылки и выполнять соединения, подчиняясь им. Система выделения транковых каналов действует следующим образом: когда станция дальней связи (на вызывающей стороне) получает запрос на соединение, она просматривает имеющиеся свободные транковые линии. Для сигнализации о том, что линия свободна, используется поданный на нее тональный сигнал частотой 2600 Гц. (передатчик +-2 Гц, приемник +-20 Гц на уровне -6 дБ). Регистр просматривает все имеющиеся линии по очереди на предмет наличия на линиях этой частоты, и найдя такую, производит подключение к ней, считая ее свободной. При этом сигнал 2600 Гц снимается с линии, индицируя ее занятость (параметры приемника частоты 2600 Гц норимруются также на помехоустойчивость к срабатыванию от разговорных токов (с вероятностью 10^-4) и задержку срабатывания на соединение - 50..120 мс, на разъединение - 30..80 мс). Дальняя станция вызываемой стороны, заметив пропадание сигнала 2600 на одной из линий, подключает свои ДЧ-транслятор и тандем на линию, и, таким образом, готова к приему и набору номера, передаваемому с вызывающей станции, что и происходит.

   Когда вызываемый абонент поднимает трубку, происходит снятие линии с тандема и непосредственное соединение абонента с ней, освобождая тандем для других наборов. Происходит разговор. Когда вызываемый абонент вешает трубку, дальняя станция отключает линию от его шлейфа и подает в нее сигнал 2600 Гц, означающий, что разговор окончен и линия свободна. Вызывающая сторона, приняв этот сигнал, завершает начисление счета за раговор и отключает вызывающего абонента от транка. Именно поэтому (что сразу по приходу сигнала 2600 Гц транк отключается), вызывающий абонент не слышит этого сигнала, а вовсе не потому, что, как пишут зарубежные коллеги, в цепях установлены полосовые фильтры. Никакая такая фильтация в разговорной полосе частот не произодится.

   Перехват управления состоит в том, чтобы после установки соединения послать в линию с вызывающей стороны сигнал частотой 2600 Гц. Оборудование на обеих станциях интерпретирует это как команду разорвать соединение, что и произойдет. Абоненты на обоих сторонах услышат короткие гудки. Однако, оборудование производит сброс не сразу, а спустя примерно 2 сек. Если сигнал 2600 прервать до истечения этого времени (0.8 сек), транк будет отключен, но вызывающий абонент останется подключенным к своей АТС дальней связи.

   Окончание действия сигнала станция интерпретирует как входящий запрос от удаленной станции, куда производилось последнее подключение (оборудование еще не сбросилось). Самое важное, что станция абонента будет:

   1) ждать прихода ДЧ посылки с удаленной станци;
   2) не начислять счет, т.к. это - дело удаленной станции.

Соответственно, вызывающий абонент при помощи Синего Блока выдает в линию эмуляцию ДЧ посылки удаленной станции, заставляя оборудование своей станции выполнять соединение. Его станция будет думать, что работает под управлением удаленной станции, и выполнит указанное ей (а на самом деле - абонентом-блюбоксером) соединение.

   Завершение связи достигается посылкой абонентом в линию сигнала 2600 Гц и опусканием своей трубки, что означает для станции дАТС1, будто удаленный абонент повесил трубку и его станция дАТС2 освободила транк. Если Аб.1 не опустит трубку и снимет сигнал 2600 Гц по истечении 1...2 с, он опять получит дАТС1 в свое распоряжение. :)

2. Параметры сигналов

Таблица частот CCITT R1 (станции ранга 5 AT&T)

Длительность:

• тонов 60 мс (RUS - 100 мс?)
• паузы 60 мс(RUS - 100 мс?)
• сигнала КР1 - удвоенная

  Для захвата/сброса транковой сети в разных регионах используются разные частоты. В США и Канаде в основном это 2600 Гц.

RUS: нет данных по использованию частот 1200/1600 Гц, скорее всего, они вышли из употребления в связи с использованием этих частот во всех современных модемах и факса класса 3.

RUS: внутренняя система межстанционной сигнализации описана как "система сигнализации ј 7" или, сокращенно - ОКС ј7. Пока не удалось получить документацию по этой системе (протоколу).

RUS: интересно, что в системе АОН кадр информации ограничен кодом КР1 с обоих сторон, тогда как CCITT использет КР1 = запрос передачи/ начало кадра, ST - конец кадра. Вдобавок, наш АОН передает номер еще и задом наперед. Впрочем, у нас многое так делается... :)

Таблица частот управления транком по странам:

По рекомендациям МККТ (CCITT)
VOL.1 VI - [REF.I] SUPPLEMENT No. 3
FASCICLE VI.I
COURTESY OF ITU-CCITT - GENEVA

3. Варианты построения Blue Box

1) Аналоговый вариант:
----------------------------------------
+ простота
+ экономичность
+ возможна перенастройка на другие частоты
- нет выдержек времени и памяти набираемого номера
- использование дорогих многооборотных сопротивлений
- необходима настройка с помощью частотомера
- уход частоты от температуры и т.п.

   В схеме используются два ГУН (генератора управляемого напряжением) выполненных на интегральной микросхеме, лавсановые конденсаторы с малым ТКЕ, многооборотные подстроечные резисторы. Клавиатура замыкающая, одноконтактная. Один вывод каждой кнопки соединен с общим проводом, второй - через два диода - к соответсвующей паре частотозадающих резисторов (один от ГУН1, другой от ГУН2). Выходные сигналы ГУНов смешиваются и через усилитель поступают на телефонный капсюль. Во избежание генерации неправильных тонов следет избегать одновременного нажатия на несколько кнопок сразу.

   Данная конструкция наиболее целесообразна для самстоятельного изготовления в домашних условиях при условии ограниченных навыков радиоконструирова- ния, а также для опытных целей.

2) На дискретной логике:
-----------------------------------------
+ точное формирование частот
+ формирование набранной цепочки набора из памяти
+ дешевые широкораспостраненные детали
- сложность схемы
~ неэкономичность ТТЛ / + экономичнось КМОП

   Схема содержит кварцованый генератор образцовой частоты, два счетчика-делителя с переменным(загружаемым) коэффициэнтом деления, клавиатуру, ОЗУ набираемого номера, два малых ПЗУ для перекодирования цифр в коэффициенты деления счетчиков. Дополнительно может иметься цифровой индикатор динамического действия.

   Нажатие кнопок клавиатуры приводит к записи в ОЗУ кода нажатой клавиши. Записав в ОЗУ набираемый номер, нажимают кнопку "набрать". Тактовая схема подает в ОЗУ по первой фазе сигнал считывания. Номера из ОЗУ помещаются на шины адреса обеих ПЗУ, соединенных попарно вместе. На шинах данных ПЗУ появляется код, соответствующий нужному коэффициенту деления счетчиков. По тактовому сигналу 2-ой фазы эти коэффициенты загружаются в счетчики и на их выходах появляются сигналы составляющих частот, образуемые делением образцовой частоты на загруженные коэффициетны. Сигналы складываются и усиливаются и подаются на телефонный капсюль. Для формирования пауз используется коэффициэт деления = 1, при этом частота на выходе получается очень высокой и отфильтровывается входной цепью усилителя, не проходя на выход блока.

   Конструкция наиболее целесообразна для изготовления продвинутыми радиолюбителями, не имеющими возможностей (навыков) работы с микропроцессорной базой.

3) На микропроцессоре серии Z80+ (или подобных)
------------------------------------------------------------
+ точное формирование частот
+ формирование набранной цепочки набора из памяти
+ "записная книжка" номеров в ОЗУ
+ база данных (например, коды стран/городов) в ПЗУ
+ гибкие возможности настройки/программирования
- сложность
- неэкономичность?

   Данный вариант представляет из себя специализированный микроконтроллер. В его состав входят: микросхема порта в/в, ЦПУ, небольшое рабочее ОЗУ, ПЗУ и тактовый генератор. Дополнительно применяется цифровой семисегментный динамический индикатор. Развертка индикатора, формирование временных интервалов и пр. функции управляются ЦПУ по программе, записанной в ПЗУ. Также в ПЗУ записываются образцы формируемых блоком звуков. При этом кодируется не вся длительность звука, а лишь один период повторяющейся последовательности интерференционной картины смеси двух частот. Воспроизведение сигнала любой длительности задается количеством повторенных периодов. Такой способ позволяет использовать ПЗУ малой емкости с меньшим энергопотреблением, и при этом еще хватает места, чтобы разместить, например, дополнительно сигналы DTMF, сигналы захвата линии разных регионов и справочник кодов стран/городов мира + справочник кодов операторских маршрутов этих стран.

   Блок практически не нуждается в настройке, начиная работать сразу после включения, допускает модернизацию простой заменой ПЗУ и представляется наиболее подходящим и технологичным для коммерческого изготовления в малой серии.

4) Компьютерный вариант
------------------------------------------------------------
+ все вышеперечисленные достоинства
- немобильность, только на ноутбуках

   Представляет собой компьютерную реализацию Blue Box, использующего звуковой модем или звуковую карту (WSS - совместимую) для посылки сигналов в телефонную линию. Звуковая карта присоединяется к линии через адаптер, включающий в себя гальваническую развязку (трансформатор) и противоместную схему для возможности записи и анализа обратных сигналов.

Как показано на рисунке, блок имеет два наборных поля с необходимыми для гибкой работы настройками, для стандартного набора и набора тонов по МККТТ. Программа генерации тонов использует заранее записанные в формате Microcoft PCM *.wav звуки, занимающие на диске всего 38К. Программа проходит экспериментальную отладку и планируется к свободному распостранению :) HAVE A PHUN!