Integrated Services Digital Network
ISDN ist auch die Abkürzung für den Medikamentwirkstoff Iso-Sorbit-Dinitrat.
Integrated Services Digital Network (ISDN) bezeichnet einen internationalen Standard für ein digitales Telekommunikationsnetz, das hauptsächlich für die Übertragung von Telefongesprächen genutzt wird. In Europa ist ISDN die Basis aller leitungsvermittelten Telefonnetze. Auch der GSM-Mobilfunkstandard (Global System for Mobile Communications) basiert auf ISDN.
Die englische Bezeichnung lässt sich sinngemäß als diensteintegrierendes digitales Netz übersetzen. Das bedeutet, dass man nicht für jeden Dienst ein eigenes Netz braucht, sondern dass ein Netz in der Lage ist, verschiedene Dienste abzuwickeln. Über dasselbe Netz können nicht nur Telefongespräche, sondern auch Video- und Datendienste (Teletex, Datex, Telefax, Telemetrie, ...) übertragen werden. Im Unterschied zum analogen Anschluss werden bei ISDN die Daten digital über die Anschlussleitung übertragen. Dadurch kann die Kapazität der Leitung besser ausgenutzt werden.
Im Zuge des Internet-Booms wurde ISDN auch zunehmend für die Datenübertragung genutzt, da es verglichen mit der analogen Datenübertragung per Modem schneller und somit auch kostengünstiger ist. Mittlerweile wird dafür aufgrund höherer Bandbreite und geringerer Kosten zunehmend Digital Subscriber Line (DSL) eingesetzt, eine Technik, die unabhängig von ISDN eine vergleichsweise breitbandige digitale Verbindung ermöglicht, die erheblich schneller ist als ISDN.
Jedes Mitgliedsland der Europäischen Union besitzt ISDN-Telekommunikationsstrukturen, in der Bundesrepublik Deutschland ist ISDN flächendeckend verfügbar. Hier befinden sich die Hälfte aller ISDN-Anschlüsse innerhalb Europas und etwa ein Drittel der weltweiten ISDN-Anschlüsse. In Deutschland gibt es damit mehr ISDN-Anschlüsse als in den USA und Japan zusammen.
Geschichtliche Entwicklung
weltweit
In den 1970er Jahren erreichte die Digitaltechnik das Telefonnetz und sollte die mechanischen Vermittlungsstellen ersetzen. Man wollte damit eine bessere Auslastung der Leitungen und mehr Komfort für die Benutzer erreichen. Die zuständige Organisation, das Comité Consultatif International Téléphonique et Télégraphique (CCITT, heute International Telecommunication Union (ITU)), erarbeitete dazu technische Spezifikationen für ein digitales Telefonnetz, die unter dem Namen "ISDN" 1980 verabschiedet wurden.
in Europa
Mitte der 1980er Jahre realisierten zahlreiche Strategen in der europäischen Elektroindustrie und der EG-Kommission, dass Europa auf dem Gebiet der Telekommunikation gegenüber USA und Japan deutlich ins Hintertreffen geraten würde, wenn es nicht gelingen würde, die staatsmonopolistischen Anachronismen abzuschaffen und den Wettbewerb nationaler Eitelkeiten zu beenden.
Um dieses "Horrorszenario" zu verhindern, sollten einheitliche Normen und gemeinsame Märkte geschaffen werden. 1988 wurde dazu von der EG-Kommission das "European Telecommunications Standards Institute" (ETSI) gegründet, das Standards für ein gemeinsames digitales Telefonnetz erarbeiten sollte. Am 6. April 1989 wurde unter ihrer Leitung von 26 Netzbetreibern aus 20 europäischen Ländern der Euro-ISDN-Standard ins Leben gerufen, der die nationalen ISDN-Systeme vereinheitlichen sollte und einige technische Verbesserungen brachte. Im Dezember 1993 erfolgte die Einführung von Euro-ISDN auf der Basis des Memorandum of Understanding on the Implementation of a European ISDN.
in Deutschland
In Deutschland entschied die Deutsche Bundespost 1979, alle Ortsvermittlungsstellen zu digitalisieren. Bei Feldversuchen in Berlin (unter dem Namen DIGON = DIGitales OrtsNetz) hatte sich gezeigt, dass durch den Einsatz digitaler Technik zwei unabhängige Duplex-Kanäle simultan übertragen werden konnten. 1982 entschied sie sich für die ISDN-Technik und konkretisierte die Pläne. Darauf folgten 1987 zwei Pilotprojekte in Mannheim und Stuttgart. 1989 begann der offizielle Betrieb des nationalen ISDN nach dem 1TR6-Standard (damals durch die Deutsche Bundespost einfach als ISDN, heute zur besseren Unterscheidbarkeit als Nationales ISDN bezeichnet). Die Deutsche Bundespost war damit der Vorreiter für ISDN in Europa; Ursache dafür waren gewaltige staatliche Subventionen, die vom damaligen Postminister Christian Schwarz-Schilling beschlossen wurden. Die Digitalisierung des seit 100 Jahren analogen Telefonnetzes galt als gigantisches Investitionsprojekt, mit dem die Bundesrepublik und ihre Telekommunikationskonzerne an die Spitze im zukunftsträchtigen Telekommunikationsmarkt katapultiert werden sollte. Dabei wurden jedoch auch die Risiken von ISDN kontrovers diskutiert. Zahlreiche Datenschutzexperten argumentierten, dass ISDN ein "qualitativer Sprung" bei der totalen Erfassung sein, da es die Erfassung und Speicherung sämtlicher Verbindungsdaten ermöglicht.
Nachdem bis zum Mai 1994 notwendige Softwareänderungen in den Vermittlungsstellen abgeschlossen waren, war Euro-ISDN in Deutschland kommerziell verfügbar. Seit 1995 ist das gesamte Telefonnetz digitalisiert und ISDN flächendeckend verfügbar. Bis Mitte 1996 wurde die Umstellung auf ISDN-Technik durch die Telekom mit einer großen Fördermaßnahme unterstützt - für einen neuen Anschluss wurden bis zu 300 DM und bei Anschaffung einer Telefonanlage bis zu 700 DM bezahlt. Anfang 2003 existieren 10,63 Mio. ISDN-Basisanschlüsse (ca. 1/3 der Telefonanschlüsse insgesamt) und 122.500 ISDN-Primärmultiplexanschlüsse.
in Österreich
In Österreich begann die Digitalisierung 1978 mit der Einführung der OES-Technik (Österreichisches Digitales Telefonsystem) durch die Post- und Telegraphenverwaltung (PTV). Ab 1986 wurde die OES-Technik flächendeckend umgesetzt. Im Februar 1992 wurde im Bereich der Wiener Ortsvermittlungsstelle "Dreihufeisengasse" ein ISDN-Pilotversuch gestartet, an dem bis zum Jahresende bereits 200 Basisanschlüsse angeschlossen wurden. Bis 1999 wurde das gesamte österreichische Telefonnetz digitalisiert, in diesem Jahr gab es insgesamt 247.000 ISDN-Anschlüsse. 2002 stieg die Zahl auf insgesamt 438.000.
in der Schweiz
In der Schweiz wurde 1988 mit Swissnet 1 das erste digitale ISDN-Netz in Betrieb genommen. Bis 1996 konnten insgesamt 250.000 Kunden gewonnen werden, im Jahr 2004 gab es über 900.000 Anschlüsse.
in den USA
In den USA wurde 1992 unter dem Namen NI-1 (US National ISDN Phase 1) ein ISDN-System eingeführt, die sich von DSS1 stark unterschied. Später wurde als NI-2 eine verbesserte Version dieses Systems eingeführt. Parallel bietet AT&T unter dem Namen 5ESS ein eigenes ISDN-System an. Aufgrund der fehlenden Förderung und der preislichen Gestaltung ist ISDN in den USA nur ein Nischenprodukt geblieben.
Unterschiede zum analogen Anschluss
Der Hauptunterschied zum analogen Anschluss besteht in der digitalen Übertragung bis zum Endgerät. Dadurch ist es möglich, über einen Anschluss mehrere Kanäle gleichzeitig zu übertragen. Beim ISDN-Basisanschluss stehen zwei Kanäle zur Verfügung, die völlig unabhängig voneinander für Telefongespräche, Fax oder Datenübertragungen genutzt werden können; man kann also z.B. gleichzeitig telefonieren und im Internet surfen. Für einen Anschluss können bis zu 10 Telefonnummern (genannt Multiple Subscriber Number, MSN) vergeben werden, die beliebig auf die ISDN-Endgeräte verteilt werden können. Durch die Dienstkennungen unterschieden, kann eine MSN für verschiedene Anwendungen (Dienste), wie zum Beispiel Telefonie und ISDN-Datenübertragung genutzt werden, ohne dass diese sich gegenseitig stören. Zusätzlich stellt das ISDN-Netz zahlreiche vermittlungstechnische Leistungsmerkmale bereit.
Die digitale Übertragung ermöglicht gegenüber der analogen Technik zahlreiche Qualitätsverbesserungen: Die Signale können bei durchgehend digitaler Übertragung verlustfrei übertragen werden. Bei der analogen Übertragung wird das Signal nur verstärkt, nicht regeneriert. Dabei wird nicht nur das Nutzsignal verstärkt, sondern auch Rauschen und Fremdspannungen. Je länger die Verbindungsstrecke ist, desto kleiner wird bei analoger Übertragung das Signal-Rausch-Verhältnis und somit die Qualität der Übertragung. Die Sprachqualität digitaler Übertragungen ist deshalb deutlich besser. Außerdem werden Datenübertragungen schneller, da kein Modem zwischengeschaltet werden muss, sondern die Daten direkt übers Netz übermittelt werden.
Um analoge Endgeräte wie Telefon, Fax, Anrufbeantworter oder Modem an einen ISDN-Anschluss anzuschließen, benötigt man einen a/b-Wandler, der auch als Terminaladapter (abgekürzt TA) bezeichnet wird, oder eine ISDN-Nebenstellenanlage.
Öffentlich verfügbare Anschlusstypen
Ein ISDN-Anschluss ist in zwei Varianten verfügbar: Als Basisanschluss an einer Uk0 oder als Primärmultiplexanschluss an einer Uk2- oder UG2-Schnittstelle.
Ein Basisanschluss hat zwei Nutzkanäle und einen Kanal für Steuerinformationen (D-Kanal). Ein Nutzkanal (auch B-Kanal genannt) bietet eine Datenrate von 64 kbit/s, der Steuerkanal 16 kbit/s.
Basisanschlüsse sind verfügbar als
- Mehrgeräteanschluss (Point-to-Multipoint) zum Anschluss von bis zu 8 ISDN-Endgeräten
- Anlagenanschluss (Point-to-Point) zum Anschluss einer einzigen Telekommunikationseinrichtung, wie zum Beispiel einer TK-Anlage
Ein Primärmultiplexanschluss hat 30 Nutzkanäle mit je 64 kbit/s und einen Steuerkanal mit 64 kbit/s. Er ist nur als Anlagenanschluss verfügbar und wird zum Anschluss von Telefonanlagen genutzt.
Anbieter in Deutschland
In Deutschland können seit dem Inkrafttreten der 3. Stufe der Postreform 1998 neben der Telekom auch private Anbieter Telefonanschlüsse anbieten. Da die Ortsnetze im Besitz der Telekom sind, müssen private Anbieter größtenteils die sogenannte letzte Meile, also die Leitung von der Ortsvermittlungsstelle bis in die Wohnung des Teilnehmers von der Telekom mieten. Sie bieten größtenteils nur ISDN-Anschlüsse an.
Physikalische Spezifikationen
Verkabelung beim Mehrgeräteanschluss (Point-to-Multipoint)
Bei einem Mehrgeräteanschluss erfolgt die Verbindung zur Ortsvermittlungsstelle ebenso wie bei einem analogen Anschluss über eine Kupfer-Doppelader. Die alte TAE-Dose ist überflüssig geworden, bleibt heute jedoch aus Kostengründen (NTBA mit Selbstmontage) hängen. Über ein mitgeliefertes Spezialkabel wird an die TAE-Dose der NTBA angeschlossen, der die Leitung kalibriert und Werte wie Echokompensation passend einstellt. Weiterhin setzt der NTBA das digitale Signal von der ankommenden zweiadrigen UK0 auf die vieradrige S0-Schnittstelle um.
Reichen die am NTBA vorhandenen Steckmöglichkeiten nicht aus oder sollen die Endgeräte räumlich getrennt aufgestellt werden, kann bei Bedarf ein bis zu 150 m langer passiver S0-Bus angeklemmt werden. Hierzu sollten Kabel mit mindestens 0,6 mm Aderndurchmesser verwendet werden, eine spezielle Abschirmung ist in der Regel nicht erforderlich; Leitungen der Kategorie 3 reichen aus. Über bis zu 12 IAE-Dosen können insgesamt bis zu 8 Endgeräte angeschlossen werden, maximal 4 Geräte können dabei über den NTBA mit Strom versorgt werden. Das Ende des S0-Bus sollte über zwei 100Ω-Abschlusswiderstände terminiert werden. Bei einem genügend langem Bus (elektrisch lange Leitung) kann dies jedoch in der Regel vernachlässigt werden. Eine Bauform mit dem NTBA in der Busmitte verlangt an beiden Bus-Enden Widerstände, die Widerstände im NTBA sind in diesem Fall abzuschalten.
Der NTBA ist kein Endgerät, sondern eine Netzkomponente: Den Übergang vom öffentlichen Telefonnetz in das teilnehmereigene Hausnetz (mit allen Rechten und Pflichten!) bildet nicht wie beim analogen Anschluss die 1. TAE, sondern der NTBA. Liegen im Haus (schaltungstechnisch) vor dem NTBA noch analoge Zusatzgeräte (zum Beispiel Zusatzwecker oder Wechselschalter), müssen diese vor Inbetriebnahme des ISDN-Anschlusses abgebaut werden.
Verkabelung beim Anlagenanschluss (Point-to-Point)
Bei einem Anlagenanschluss wird an den NTBA beziehungsweise NTPM nur ein Endgerät angeschlossen. Dies ist in der Regel eine Nebenstellenanlage.
- Bei einem Basisanschluss ist die Verkabelung prinzipiell wie unter Mehrgeräteanschluss beschrieben, mit dem Unterschied, dass maximal eine Dose verwendet wird. Der Anschluss des NTBA an die Hausstromversorgung ist dabei nicht erforderlich (siehe Stromversorgung bei S0).
- Bei einem Primärmultiplexanschluss erfolgt die Verkabelung meist 6-adrig; zwei Doppeladern für die S2M-Schnittstelle plus eine Doppelader für die Stromversorgung des NTPM, da dieser in der Regel durch die Nebenstellenanlage mit Strom versorgt wird.
Stromversorgung
Regelstromversorgung
Um angeschlossene Geräte mit Strom versorgen zu können, erzeugt der an die Hausstromversorgung angeschlossene NTBA eine Speisespannung von 40 Volt. Diese wird über den S0-Bus zu den Endgeräten geleitet und darf mit maximal 4,5 Watt belastet werden. Die Speisung erfolgt dabei durch das Einkoppeln in die Signaladern. Um die Sende- und Empfangselektronik nicht zu behindern, wird die Spannung zwischen den Adernpaaren für Sende- und Empfangsrichtung aufgebaut. Innerhalb eines Adernpaares ist also keine Spannung messbar. Dieses Konzept wird auch als Phantomspeisung bezeichnet. Der Anschluss des NTBA an die 230V-Hausstromversorgung ist nur dann notwendig, wenn direkt am NTBA oder an einem angeklemmten S0-Bus Endgeräte ohne eigene Stromversorgung (zum Beispiel ein ISDN-Telefon) angeschlossen werden sollen. Haben alle angeschlossenen Geräte eine eigene Stromversorgung (zum Beispiel ein schnurloses Telefon oder eine Telefonanlage), muss der NTBA nicht an die 230V-Steckdose, die Energie für seinen eigenen Betrieb erhält der NTBA über die ISDN-Anschlussleitung. Letztere Installationsform kann sich positiv auf die Lebensdauer des NTBA auswirken, da das integrierte Netzteil dann nicht in Betrieb ist und weniger Wärme entsteht.
Notstromversorgung
Damit auch bei Stromausfall im Haus noch ein Notruf zu Polizei oder Feuerwehr abgesetzt werden kann, werden ISDN-Telefone auch unabhängig von der lokalen Stromversorgung von der Ortsvermittlungsstelle mit Strom versorgt (Notstrombetrieb). Die Leistung, die der NTBA bei Stromausfall liefert, ist jedoch auf 400 mW begrenzt. Bei Notstrombetrieb kann nur ein einziges (notspeisefähiges und -berechtigtes) ISDN-Telefon versorgt werden. Oft sind dann nur Grundfunktionen des ISDN-Telefons nutzbar: Telefoniert werden kann ganz normal, aber apparateseitige Komfortmerkmale mit hohem Stromverbrauch, wie zum Beispiel Freisprechen, funktionieren im Notstrombetrieb in der Regel nicht. Im Unterschied zur normalen Speisung wird die Notspeisespannung mit umgekehrter Polarität in die Leitungen des Busses angelegt; dadurch erkennen ISDN-Endgeräte den Notstrombetrieb.
Logische Spezifikationen
Implementierungen
In Deutschland wurde ursprünglich ISDN nach dem Standard 1TR6 angeboten, seit 1991 existiert jedoch ein europaweit einheitlicher ISDN-Standard (E-DSS-1). Außerhalb Europas und in Nebenstellenanlagen kommen andere Implementierungen zum Einsatz.
In den USA gibt es ISDN unter dem Namen NI-1 (US National ISDN Phase 1) und NI-2. Im Gegensatz zum DSS1-Standard gibt es dabei keinen eigenen Kanal für die Signalisierung (bei DSS1 der D-Kanal), stattdessen werden die Signalisierungsdaten über die Nutzkanäle (B-Kanäle) übertragen, deren Kapazität dafür auf 56 kbit/s reduziert wurde.
In Japan und Hongkong gibt es ISDN-Systemen mit dem Namen INS-Net 64, in Australien TPH 1962.
Sprachübertragung
Sprachdaten werden für die Übertragung per Euro-ISDN mit einer Abtastrate von 8 kHz digitalisiert (Pulse Code Modulation PCM) und mit einer logarithmischen Kennlinie (ITU-T-Standard G.711, µLaw/aLaw) von 12 auf 8 Bit pro Abtastwert komprimiert, um die Besonderheiten der menschlichen Wahrnehmung zu berücksichtigen. Übertragen wird der Frequenzbereich von 300 bis 3400 Hz.
Datenübertragung
Die B-Kanäle sind bittransparent und synchron, so dass beliebige Übertragungsprotokolle verwendet werden können. Um eine Verdoppelung der Übertragungsrate zu erreichen, können die beiden B-Kanäle eines Basisanschlusses auch gebündelt werden. Um diese Möglichkeit zu nutzen, sind Endgeräte erforderlich, die in der Lage sind, die beiden B-Kanäle zu synchronisieren (beispielsweise Videokonferenzsysteme).
Mit Hilfe geeigneter Router können alle 30 Nutzkanäle eines Primärmultiplexanschlusses gebündelt werden. Dadurch entsteht eine Datenübertragungsrate von 2.048 kbit/s. Diese Möglichkeit wird insbesondere für die Vernetzung von entfernten Standorten innerhalb eines Firmen-Netzwerks oder für Standleitungen ins Internet genutzt.
V.110
V.110 ist ein Standardprotokoll der ITU zur Datenübertragung in diensteintegrierenden Netzen und beschreibt die Unterstützung von Endgeräten mit Schnittstellen der V-Serie (zum Beispiel V.24-Schnittstelle). V.110 sieht eine Bitratenadaption (Anpassung der Datenübertragungsrate von langsamen Endgeräten an ISDN) vor. Die Datenübertragungsraten sind bis 19.200 bit/s standardisiert; bei den meisten Terminaladaptern sind jedoch Datenübertragungsraten bis 38.400 bit/s verfügbar. Jedes Bit der V-Schnittstelle wird in ein Bit des 64kbit/s-Stromes des B-Kanals abgebildet, die Restkapazität wird mit Füllbits gefüllt. Bei einigen Implementierungen können langsamere Geschwindigkeiten gemultiplext werden; d.h. es gibt mehrere gültige Abbildungen. Die in V.110 beschriebene Bitratenadaption wird oft auch außerhalb des ISDN verwendet.
V.120
V.120 ist eine Weiterentwicklung des Protokolls V.110. Die standardisiert Datenübertragungsrate beträgt hier bis 56.000 bit/s. V.120 sieht Möglichkeiten für statistisches Multiplexen vor. Bei zusätzlichem Entfernen von Start- und Stoppbits im B-Kanal-Datenstrom beträgt die theoretisch mögliche Datenübertragungsrate (ohne Komprimierung) 76.800 bit/s.
Signalisierung
Die Signalisierung funktioniert bei ISDN Out-of-Band - sie wird auf einem eigenen Kanal übertragen und nicht wie beim Mehrfrequenzwahlverfahren im Sprachkanal. Dadurch funktioniert der Verbindungsaufbau sicherer und schneller. Technisch wird für die Signalisierung der D-Kanal genutzt, der bei Basisanschlüssen eine Bandbreite von 16 kbit/s und bei Primärmultiplexanschlüssen von 64 kbit/s hat.
Im Kernnetz wird für die Signalisierung zwischen den Vermittlungsstellen ein angepasstes Signalling System 7 verwendet.
Referenzpunkte und Schnittstellen
Ein ISDN-Anschluss besteht aus zwei Teilen: aus der Teilnehmeranschlussleitung (beim Basisanschluss die UK0-Schnittstelle; beim Primärmultiplexanschluss die UK2-Schnittstelle) und der In-House-Verkabelung (beim Basisanschluss der S0-Bus; beim Primärmultiplexanschluss die S2M-Schnittstelle). Die Teilnehmeranschlussleitung wird durch einen Netzabschluss abgeschlossen (beim Basisanschluss NTBA; beim Primärmultiplexanschluss NTPM).
Funktionseinheiten:
- ET: Exchange Termination (Vermittlungsabschluss) (Ortsvermittlungsstelle)
- Vermittlungsstelle (Schichten 1 bis 3)
- LT: Line Termination (Leitungsabschluss) (Ortsvermittlungsstelle)
- Leitungsübertragungseinrichtung
- Umsetzung zwischen relativ niedrigratigem Teilnehmeranschluss und hochratigem Multiplexanschuss auf der Vermittlungsseite
- NT1: Network Termination 1 (NTBA)
- Schicht 1
- NT2: Network Termination 2 (NTBA)
- Schicht 1 bis 3
- TA: Terminal Adaptor (ab-Wandler)
- passt TE2 an die Anforderungen von NT2 an
- TE1: Terminal Equipment Type 1 (ISDN-Endgerät)
- Gerät, das allen ISDN-Interface-Empfehlungen genügt
- TE2: Terminal Equipment Type 2 (nicht ISDN-fähiges Endgerät)
- Gerät, das die ISDN-Interface-Empfehlungen nicht erfüllt
Die Schnittstelle zu Computersoftware wird meistens durch die CAPI hergestellt. Unter Linux wurden früher auch die Hisax-Treiber verwendet.
Adressierung bei ISDN
Datei:Isdnadressierung.png
ISDN-Adressen sind nach der ITU-T-Richtlinie E.164 festgelegt. Die ISDN-Adresse besteht aus der ISDN-Rufnummer und -Subadresse. Die ISDN-Rufnummer adressiert zum Beispiel einen Teilnehmer an einem Basisanschluss. Die Subadresse ist maximal 32 Zeichen lang und dient zum Beispiel zur Adressierung eines Hosts in einem LAN (dieses muss dazu über ein geeignetes Gateway am ISDN-Netz angeschlossen sein). Die Subadresse ist für das ISDN-Netz transparent und nur den nutzenden Teilnehmern bekannt.
Siehe auch
- Digital Subscriber Line (DSL)
- Breitband-ISDN
- Vermittlungstechnische Leistungsmerkmale
- ISDN-Verbindungsaufbau
Literatur
- Wolf-Dieter Haaß: Handbuch der Kommunikationsnetze. Einführung in die Grundlagen und Methoden der Kommunikationsnetze. Berlin, Heidelberg 1997, ISBN 3540618376
- Peter Bocker: ISDN - Digitale Netze für Sprach-, Text-, Daten-, Video- und Multimediakommunikation. Berlin, Heidelberg 1997, ISBN 354057431X
