Принципы построения систем электросвязи

• Введение
• 1. Задание к курсовой работе
• 2. Основные принципы построения ЕАСС
• 2.1 Состав и структура междугородной телефонной сети
• 3. Схема разговорного тракта между телефонными аппаратами разных местных сетей
• 4. Структура сети в двух зонах ОАКТС
• 5. План распределения каналов вторичной сети
• Заключение
• Список литературы

В настоящее время наблюдается глобальная конвергенция сетей телекоммуникаций. Сейчас нельзя четко выделить сеть передачи данных, телефонную сеть. Процесс конвергенции начался достаточно давно, одним из первых признаков сближения стала передача телефонными сетями голоса в цифровой форме. Компьютерные сети также активно идут на встречу телекоммуникационным сетям, разрабатывая новые сервисы, которые ранее были прерогативой телефонных, радио и телевизионных сетей — сервисы IP-телефонии, радиои видеовещания, ряд других. Процесс конвергенции продолжается, и о том, каким будет его конечный результат, с уверенностью пока говорить рано. Однако понимание истории развития сетей, структуры, принципов построения, анализа, расчета всегда остается актуальным.

В данной курсовой работе приведены основные принципы построения ЕАСС, ее структура. В третьем разделе рассчитывается схема разговорного тракта для 2 разных местных сетей. Учитывается распределение затухания на коммутационных узлах, линиях связи. В четвертом разделе показана типовая структура ОАКТС. Производится анализ заданного участка сети: расчет путей, сечений, надежности. В заключительном разделе приводится расчет первичной сети, заданной графом, и строится план распределения каналов вторичной сети.

1. ЗАДАНИЕ К КУРСОВОЙ РАБОТЕ

1. Описать основные принципы построения ЕАСС. Привести общий вид схемы с пояснениями;

2. Описать состав и структуру:

— местных телефонных сетей;

— внутризоновых телефонных сетей;

— междугородной телефонной сети, включая международную.

3. Для заданного варианта организации междугородной связи общегосударственной автоматически коммутируемой телефонной сети (ОАКТС) построить схему разговорного тракта между телефонными аппаратами разных местных сетей. На схеме показать распределение затухания.

4. Привести структуру сети в двух зонах ОАКТС, в каждой из которой располагается по 2 местных сети. Показать связи между зонами. Обходные пути организовать с помощью двух УАК I класса. Емкости и типы местных сетей заданы. Количество и емкость станций местных сетей выбирается так, чтобы показать структуру сети. Для фрагмента указанного преподавателем, произвести анализ сети:

— построить множество путей и сечений;

— определить структурную надежность.

5. Для первичной сети, структура которой определена графом, заданы емкости ребер в числе каналов и число необходимых прямых каналов Y_ij между узлами i и j. Требуется построить план распределения каналов вторичной сети, при этом число транзитных участков не должно превышать трех — (ранг пути r=<3).

Исходные данные:

Задание к разделу 3:

Исходящая местная сеть: СТС Междугородняя сеть: АМТС — УАК1

Входящая сеть: ГТС без узлов Расстояния:

Расстояние между ЦС и УС: L=4+0.2•2=4.4 км Расстояние между УС и ОС: M=6−0.2•2=5.6 км Задание к разделу 4:

I зона: ГТС1 — (30+2•2)=34 тыс. номеров ГТС2 — (75+2)=77 тыс. номеров

II зона: СТС1 — (10+2)=12 тыс. номеров СТС2 — (16−0.7•2)=14.6 тыс. номеров междугородний телефонный сеть аппарат

2. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ЕАСС

Развитие технического прогресса ведет к увеличению объема и разнообразия информационных потоков, передаваемых по сетям электросвязи. В результате непрерывно расширяются существующие информационные сети и по мере появления новых видов информации создаются новые. Эти процессы дополняются процессом слияния функционально различных сетей в единую сеть связи.

Процесс объединения различных информационных сетей, предназначенных для передачи различных видов информации, отличающихся друг от друга структурно и функционально, в единую систему связи, построенную с максимальным использованием общих систем передачи и систем распределения информации, реализуется в виде Единой автоматизированной сети связи (ЕАСС).

В основу создания и развития ЕАСС положены два требования: экономичность и надежность. Экономичность сети предполагает, что при ее создании и эксплуатации материальные затраты минимальны при условии, что сеть выполняет с заданными качественными показателями возложенные на нее функции. Надежность сети означает, что передаваемые сообщения доставляются к месту назначения вовремя, без искажения содержания, в любое время, при любых случайных повреждениях сети и даже аварийных ситуациях.

При построении ЕАСС учтено, что определенные технические средства участвуют в процессе передачи независимо от вида передаваемых сообщений, т. е. являются общими. Организационно-технически эти средства выделены в состав отдельных структурных элементов ЕАСС: сетевых станций, сетевых узлов и линий передачи. Совокупность этих элементов, рассредоточенных по всей территории страны, образует первичную сеть ЕАСС. Они позволяют организовать сеть каналов передачи и групповых трактов. Каждый канал, и групповой тракт обеспечивают передачу сигналов электросвязи либо в определенной полосе частот, либо в определенный промежуток времени.

Структура первичной сети учитывает административное разделение территории страны. В соответствии с этим первичная сеть состоит из отдельных частей.

Часть сети, ограниченная территорией сельского района или города, называется местной первичной сетью. Часть сети, охватывающая территорию зоны и обеспечивающая соединение между собой каналов разных местных сетей внутри этой зоны, образует внутризоновую первичную сеть. Часть сети, соединяющая между собой каналы разных зоновых сетей на всей территории страны, составляет магистральную первичную сеть. Первичная сеть ЕАСС включает в себя одну магистральную первичную сеть, много внутризоновых и местных первичных сетей. Принцип построения первичной сети ЕАСС показан на рисунке 1.

Каждая сеть электросвязи, входящая в ЕАСС, помимо технических средств элементов первичной сети использует ряд устройств, присущих только этой сети. Совокупность средств, обеспечивающая передачу сообщений определенного вида от отправителя к получателю (получателям), называется вторичной сетью ЕАСС. В состав вторичной сети входят: оконечные абонентские устройства; индивидуальные соединительные (абонентские) линии; коммутационные устройства; каналы, выделенные из первичной сети для образования данной вторичной сети.

Рисунок 1 — Принцип построения первичной сети ЕАСС В зависимости от вида электросвязи вторичная сеть ЕАСС имеет название: телефонная, телеграфная, передачи данных, факсимильная, звукового вешания, телевизионного вещания.

К основным принципам построения ЕАСС можно отнести следующие:

1. Единство. Первый аспект — должен быть использован единый комплекс технических средств передачи всех видов информации. Второй аспект — для нужд всех ведомств применяются типовые средства электросвязи, за исключением специальных технологий связи. Но и на технических линиях должна применяться унифицированная элементная база. Третий аспект — все финансовые средства всех ведомств должны использоваться в рамках единой сети связи.

2. Автоматизация. В автоматизации всех процессов соединения, управления, технического обслуживания заключается принцип автоматизации. Автоматизация предполагает определенный уровень развития сети, темпы и рост сети, которые связаны и соответствуют развитию потребности в связи.

3. Пропорциональность развития. Анализ информации потоков показал, что в местной, зоновой и магистральной сети величина потоков информации соответствует 26:1,5:1.

4. Интеграция. Первый аспект — слияние средств связи с ЭВТ, ЭВМ — управление, обработка. Второй аспект — объединение сетей различных типов. Третий аспект — единая компонентная база.

5. Надежность сети. Первый аспект — обеспечение определенного времени доставки информации. Второй аспект — отсутствие полного искажения информации. Пути решения вопросов надежности разнообразны, но наиболее эффективным является дублирование путей передачи информации.

6. Эффективность. Первый аспект — эффективность с точки зрения пользователя. Второй аспект — эффективность с точки зрения оператора связи.

7. Иерархичность. Отличает административно-территориальное построение ЕАСС.

8. Способность сети к развитию. Первый аспект — увеличение численности абонентов, повышение плотности, ширина территории, охваченной услугами связи. Второй аспект — развитие и внедрение новых видов услуг.

9. Совместимость (с национальными сетями и с общемировым содружеством сетей связи).

2.1 СОСТАВ И СТРУКТУРА МЕЖДУГОРОДНОЙ ТЕЛЕФОННОЙ СЕТИ

Автоматически коммутируемая междугородная телефонная сеть предназначена для установления соединений между АМТС различных зоновых телефонных сетей и включает АМТС, узлы автоматической коммутации первого (УАК 1) и второго (УАК 2) классов, пучки телефонных каналов, связывающие станции и узлы между собой. Автоматические междугородные телефонные станции являются оконечными станциями междугородной телефонной сети. Число УАК в соединительном тракте между любыми двумя АМТС не должно превышать четырех. Это требование определено более общим: соединительный тракт всей коммутируемой сети страны не должен содержать более 11 коммутируемых участков. На УАК устанавливаются только транзитные соединения. Вся территория страны разделена на 12 транзитных территорий, каждая из которых имеет УАК 1. Все УАК 1 соединяются между собой по способу «каждая с каждым» пучками каналов достаточной мощности (не менее 36 — 48 каналов). Число каналов в этих пучках рассчитывается при малых потерях и их называют пучками высокого качества, имея в виду высокое качество обслуживания потоков вызовов (вероятность не более 0,01). Направление связи для обслуживания избыточной нагрузки должны выбираться таким образом, чтобы исключалась возможность образования путей в виде замкнутых контуров.

Автоматически коммутируемая телефонная сеть является частью всемирной автоматически коммутируемой телефонной сети. Международная автоматически коммутируемая телефонная сеть строится на базе центров автоматической коммутации трех классов: СТ-1, СТ-2, СТ-3. Каждый из этих центров является оконечной международной станцией, а СТ-1 и СТ-2, кроме того, выполняют функции центров автоматического транзита.

Вся территория земного шара разделена на восемь зон коммутации — «телефонных континентов», в каждой из которых устанавливается центр коммутации первого класса СТ-1. в зоне коммутации СТ-1 строятся центры коммутации второго класса СТ-2 и третьего класса СТ-3. зона действия СТ-2 объединяет, как правило, несколько стран. В отдельных случаях зона действия СТ-2 может совпадать с территорией одной страны или частью территории страны. Зона действия СТ-3, как правило, ограничивается территорией одной страны. Число коммутируемых участков, участвующих в установлении международного соединения, должно, как правило, не превышать 12. В исключительных случаях и для небольшого числа соединений число коммутируемых участков может достигать 14. Для большинства международных соединений число коммутируемых участков на национальной сети не должно превышать четырех, а на международной — пяти. В исключительных случаях допускается иметь на национальной сети пять коммутируемых участков, а на международной — шесть (между СТ-1 иметь один СТХ — центр коммутации неопределенной категории).

Рисунок 2 — Число коммутируемых участков на автоматически коммутируемой телефонной сети: каналы международной телефонной сети; каналы и линии телефонной сети

3. СХЕМА РАЗГОВОРНОГО ТРАКТА МЕЖДУ ТЕЛЕФОННЫМИ АППАРАТАМИ РАЗНЫХ МЕСТНЫХ СЕТЕЙ

Построить схему разговорного тракта между абонентами разных местных сетей. Согласно варианту,

— Исходящая местная сеть: СТС

— Междугородняя сеть: АМТС — УАК1

— Входящая сеть: ГТС без узлов

При распределении величины остаточного затухания следует учитывать следующие рекомендации:

— остаточное затухание междугородного канала между двумя телефонными аппаратами на частоте 800 Гц не должно превышать 30 дБ;

— остаточное затухание четырехпроводной части зонового канала равно 7 дБ, абонентской линии — 4,5 дБ, СЛМ и ЗСЛ — 4 дБ;

— ОС, УС, ЦС, АТС, УИС, УВС, АМТС при двухпроводной коммутации не более 1 дБ, при четырех проводной — 0 дБ;

— все УАК имеют остаточное затухание 0,5 дБ.

На СТС норма в 4 дБ приходится на 2 коммутируемых участка ОСС и УС-ЦС, что при значительной протяженности сельских линий реализовать трудно, поэтому четырехпроводный канал следует доводить до УС и даже ОС, что определяется следующими расчетами.

Пусть расстояние между ЦС и УС равно L=4+0.2•2=4.4 км, а расстояние между УС и ОС — равно M=6−0.2•2=5.6 км. Тогда применение симметричного низкочастотного кабеля с диаметром проводников, равным 0,8 мм, позволит получить общее затухание на этих участках равное

(L+M)•0.65=(4.4+5.6)•0.65=6.5 дБ > 4 дБ

Общее затухание тракта:

4.5+1+3.64+1+2.86+1+4+3.5+0.5+0.5+3.5+4+1+4.5=35.5 дБ > 30 дБ

Получится следующая схема разговорного тракта (рис.4):

Рисунок 4 — Схема разговорного тракта между абонентами СТС и ГТС

Расчет показывает, что общее затухание превышает допустимый предел (6.5>4; 35.5>30 дБ), поэтому очевидно, необходимо продлить четырехпроводный тракт до УС.

Получим общее затухание тракта:

4.5+1+3.64+1+3.5+0.5+0.5+3.5+4+1+4.5=27.64 дБ < 30 дБ

Тогда на участке УС-ОС, длиной 1 км можно применить проводник с меньшим сечением d=0.6 мм:

Затухание на участке УС-ОС: 5.6•0.87=4.872 дБ Общее затухание:

4.5+1+4.872+1+3.5+0.5+0.5+3.5+4+1+4.5=28.87 дБ

Схема разговорного тракта приведена на рис. 5:

Рисунок 5 — Схема разговорного тракта между абонентами СТС и ГТС

4. СТРУКТУРА СЕТИ В ДВУХ ЗОНАХ ОАКТС

Описать структуру сети в двух зонах ОАКТС, в каждой зоне располагается по 2 местных сети:

I зона: ГТС1 — (30+2•2)=34 тыс. номеров

ГТС2 — (75+2)=77 тыс. номеров

II зона: СТС1 — (10+2)=12 тыс. номеров

СТС2 — (16−0.7•2)=14.6 тыс. номеров

Пусть ГТС1 Й зоны включает четыре РАТС, три на 9000 номеров, а одна — на 7000 номеров. Станции соединены «каждая с каждой». Каждая РАТС для соединения с АМТС имеет ЗЛ (заказные линии) и СЛ. Абоненты ГТС1 и ГТС2 Й зоны соединяются через АМТС.

ГТС2 Й зоны включает восемь РАТС, к каждой РАТС подключено 9625 номеров. Станции соединены «каждая с каждой». Каждая РАТС для соединения с АМТС имеет ЗЛ (заказные линии) и СЛ.

В СТС1 ЙЙ зоны структура сети радиально-узловая. К ЦС1 (центральная станция) подключено 7 тыс. абонентов, на УС11 (узловая станция) и УС12 по 2 тыс. абонентов и на ОС11 и ОС12 (оконечная станция) по 500 абонентов.

СТС2 ЙЙ зоны включает ЦС на 8500 номеров, три УС на 1500 номеров и четыре ОС, каждая по 400 номеров. Структура сети — радиально-узловая.

Междугородняя связь осуществляется или по прямым линиям, соединяющим АМТС, или через узлы автоматической коммутации (УАКI).

Структура сети в двух зонах ОАКТС представлена на рисунке 6.

На рисунке 6 указан путь (РАТС22-АМТС1-УАК1-УАК2-АМТС2-ЦС2-УС21-ОС21), нужно произвести его анализ.

Для анализа заданного участка сети, построим граф.

Рисунок 7 — Граф участка сети Для анализа графа, запишем его структурную матрицу:

Для расчета множества путей от 1 вершины к 8 вычеркнем 1 столбец и восьмую строку и найдем определитель получившейся матрицы:

Определим ранги полученных путей:

Длина полученных путей складывается из длин составляющих ребер:

Для построения множества сечений между вершинами 1 и 8 во множестве путей произведем замену дизъюнкций на конъюнкции и обратно и упростим полученное выражение:

I:

II:

Таким образом, существует 8 сечений, ранг которых принимает значения 1,3,4:

Определим надежность для рассматриваемого участка сети:

Надежность каждого ребра P_x=0.8

Граф содержит последовательные и параллельные ребра. Надежность всего участка:

Распишем надежность участка 2−5:

:

Надежность всего пути 1−8 без дополнительных связей:

5. ПЛАН РАСПРЕДЕЛЕНИЯ КАНАЛОВ ВТОРИЧНОЙ СЕТИ

Задача создания вторичных некоммутируемых сетей актуальна как для сетей передачи индивидуальных сообщений, так и для сетей передачи массовых сообщений. При синтезе некоммутируемых вторичных сетей необходимо на базе каналов заданной емкости первичной сети образовать путем кроссирования в узлах пучки прямых каналов необходимой емкости.

Структура первичной сети будет изображена в виде графа, ребрам которого приписываются некоторые значения — веса (стоимости, длина) и пропускные способности в числе каналов. В нашем случае ребрам приписана пропускная способность.

Рисунок 8. Структура первичной сети Необходимо построить план распределения каналов при котором емкость пучка между вершинами 1 и 4 равна 10, между вершинами 2 и 6 равна 20, между вершинами 3 и 5 — 16. Т. е. Y₁₄=10, Y₂₆=20, Y₃₅=16.

По соображениям качества связи ранг пути часто ограничивается, в частности для рассматриваемой задачи необходимо при построении пучка прямых каналов использовать только пути, ранг которых не превышает 3.

1. Для каждой пары вершин (ij), для которой необходимо построить пучок прямых каналов, строиться множество путей и выбираются те из них, чей ранг удовлетворяет ограничению.

м¹₁₄={1,3,4}; м²₁₄={1,6,4}; м³₁₄={1,2,5,4}; м⁴₁₄={1,2,3,4}

м¹₂₆={2,1,6}; м²₂₆={2,3,1,6}; м³₂₆={2,5,4,6}; м⁴₂₆={2,3,4,6}

м¹₃₅={3,4,5}; м²₃₅={3,2,5}; м³₃₅={3,1,2,5}

2. Требуемое количество каналов Y_ij делится поровну между путями.

X₁₃₄= X₁₆₄=3; X₁₂₅₄=X₁₂₃₄=2

X₂₁₆= X₂₃₁₆=X₂₅₄₆=X₂₃₄₆=20/4=5;

X₃₄₅= X₃₁₂₅=5; X₃₂₅=6.

3. Строится матрица емкостей допустимых путей, представляющая собой таблицу, строки которой соответствуют путям м_i.k, а столбцы — ребрам графа. На пересечении строки м_i,j.k и столбца (ij) записывают число каналов х этого ребра, выделенных для данного пути, т. е.

Х^ij м_i,j.k

Сумма элементов каждого столбца показывает количество каналов этого ребра. Этот план распределения каналов построен без учета ограничений на количество каналов и называется идеальным.

Таблица 1. Матрица емкостей допустимых полей

Столбцы матрицы соответствуют ребрам заданной сети: (1−2), (1−3), (1−6), …, (4−6), а строки путям м_i.k: в первой строке в столбцах (1−3) и (3−4) записано число каналов, равное 3, во второй строке — в столбцах (1−6) и (4−6) и т. д.

4. Просуммируем количество каналов в каждом столбце и, учитывая, емкость каждого ребра, а =(16, 8,…, 20) проверим условие:

где М — множество всех допустимых путей, проходящих через ребро (i-j), а_i-j — емкость соответствующего ребра.

Посчитаем И запишем в строку. Отрицательная величина говорит о недопустимости анализируемого плана распределения каналов и необходимости его корректировки. Анализ таблицы 1 показывает, что ребра (1−3), (2−5), (3−4) перегружены.

5. Дальнейшие действия — последовательно перемещать каналы с перегруженного пути — на недогруженный путь того же потока.

В первом потоке Y₁₄ пустим всю нагрузку по пути м²₁₄={1,6,4}, в остальных путях в данном потоке будет нулевая нагрузка. Во втором потоке Y₂₆ уменьшим нагрузку со второго маршрута м²₂₆={2,3,1,6} на 2 канала, с третьего маршрута м³₂₆={2,5,4,6} на один канал, а в первом маршруте м¹₂₆={2,1,6} увеличим нагрузку на 3 канала. Последний маршрут во втором потоке м⁴₂₆={2,3,4,6} оставим без изменения. Третий поток Y₃₅ также оставим без изменения.

Результаты ?x²_ij показывают, что на данном этапе отсутствуют перегруженные пути.

Следует отметить, что решение не единственное, поскольку мы не оценивали его никакими экономическими показателями, то нельзя говорить об оптимальности решения — получено одно из допустимых решений.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Во время выполнения данной курсовой работы были изучены основные принципы построения систем и сетей электросвязи. Были применены математические методы анализа и расчета показателей сети.

Выполнение данной работы затрагивает все этапы проектирования сети связи от общей схемы до расчетов характеристик отдельных фрагментов и построения вторичных сетей. Некоторые аспекты анализа сетей связи являются очень важными при построении ОАКТС, при распределении каналов во вторичных сетях.

Была рассчитана структура первичной сети, изображенная в виде графа, ребрам которого приписываются некоторые значения — веса (стоимости, длина) и пропускные способности в числе каналов. Была рассчитана матрица емкости.