Городские сети
Телефонные сети представляют собой совокупность оконечных устройств (терминалов) телефонных станций, линий и каналов телефонной сети, транзитных узлов коммутации [1, 65].
Начальная фаза построения сети связи характеризуется полнодоступной конфигурацией, когда каждая станция связывается с другой телефонной станцией по принципу “каждый с каждым” (рис. 8.1).
Такого типа сеть рекомендовались для сетей не свыше 80000 номеров. Их недостатки очевидны:
- Большое число направлений и соответствующее число соединительных линий. При такой системе число направлений равно числу сочетаний из числа станций по 2. Например, при 10 станциях число направлений на каждой равно
C102 = 45.
Учитывая необходимость двусторонней связи, это может потребовать 45 исходящих и 45 входящих соединений (что еще раз напоминает о преимуществах ОКС, предоставляющего возможность двусторонней связи).
- Плохое использование соединительных линий. Уже неоднократно указывалось, что при объединении нагрузки число соединительных линий суммарно уменьшается благодаря лучшему их использованию. В связи с этим стараются сконцентрировать нагрузку нескольких станций, для чего устанавливаются узлы, концентрирующие, например, входящую нагрузку (рис. 8.2).
Как видно на рис. 8.2, в каждом стотысячном районе устанавливается Узел Входящего Сообщения (УВС), куда поступает нагрузка со всей сети. Таких узлов на миллионной сети может быть до 8. Входящие сообщения далее распределяются по станциям данного района.
Крупные сети строятся с использованием Узлов Входящего и Исходящего сообщений [28], как это показано на рис. 8.2.
Территория города разбивается на стотысячные районы, число которых может быть до восьмидесяти (на рисунке показано два). В каждом районе организуется узел входящего сообщения (УВС) и узел исходящего сообщения (УИС). На УИС каждого района поступают исходящие сообщения абонентов этого района.
На такой сети должны размещаться как минимум один Узел Справочной Службы (УСС) и одна Автоматическая Междугородная Телефонная Станция (АМТС). В некоторых телефонных сетях для обеспечения меньших потерь для междугородних соединений выделяют пучки линий (каналов), зарезервированных только для междугородней связи (СЛМ — Соединительные Линии Междугородные).
Также на больших сетях создается узел специальных служб (милиция, скорая помощь и другие). Станция, выполняющая эту роль, должна быть рассчитана на много соединений с небольшой продолжительностью, что часто вызывает затруднение, поскольку в такой ситуации управляющие устройства загружаются значительно больше, чем на обычной станции.
Телефонная связь и её составные элементы — мегаобучалка
СОДЕРЖАНИЕ
| Введение | ||
| Теоретическая часть | ||
| 1.1 | Телефонная связь и её составные элементы | |
| 1.2 | Система передачи сигналов телеграфной связи | |
| 1.3 | Волоконно-оптические линии связи. Общие понятия о глобальных и локальных сетях передачи данных | |
| 1.4 | Проводные технологии (ТФОП) | |
| 1.5 | Беспроводные технологии | |
| Расчетная часть | ||
| 2.1 | Построение схемы разговорного тракта между телефонными аппаратами разных местных сетей | |
| 2.2 2.3 2.4 | Структура телефонной сети общего пользования Анализ фрагмента телекоммуникационной сети Задача создания вторичных, некоммутируемых сетей Заключение Список использованной литературы | |
ВВЕДЕНИЕ
Роль телекоммуникационных систем связи и передачи данных в современном мире нельзя переоценить. Телекоммуникационные системы широко используются во всех сферы жизнедеятельности человека: телевидение и радиовещание, спутниковые системы связи, цифровая телефония, глобальная сеть Internet и во многих других областях науки и техники. Направления в области техники многоканальных телекоммуникационные систем включает изучение совокупности средств, приемов, способов и методов для передачи различных видов информационных сигналов по каналам и трактам сети связи. Стремительное развитие и распространение сетей и систем связи делает актуальной задачу подготовки высококвалифицированных специалистов в сфере телекоммуникаций.
Современные сети передачи данных (мобильные сети, сенсорные сети, автоматизирование системы контроля и учета потребления электроэнергии и т.п.), с одной стороны, находят широкое применение в промышленности и становятся важным элементом информационной инфраструктуры общества, а, с другой стороны, предполагают использование специальных телекоммуникационных технологий и технологий защиты информации.
Современные телекоммуникационные системы представляют собой сложный комплекс разнообразных технических средств, обеспечивающих передачу различных сообщений на любые расстояния с заданными параметрами качества. Основу телекоммуникационных систем составляют системы передачи по электрическим, волоконно-оптическим и радиолиниям.
Телекоммуникационная сеть предназначена для удовлетворения потребности населения, учреждений, организаций и предприятий в передаче информации в пределах страны. Сеть телекоммуникаций должна обеспечивать установление соединений любого абонента с любым абонентом страны автоматическим способом в реальном масштабе времени в режиме диалога, с качеством которое характеризуется разборчивостью и точностью воспроизведения исходных сигналов. Суммарная (исходящая и входящая) интенсивность нагрузки, создаваемая в ЧНН оконечным абонентским устройством при передаче и приеме сообщений всех видов должна составлять в среднем не более 0,1 Эрл и не должна превышать 0,15 Эрл.
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Телефонная связь и её составные элементы
Телефонная связь представляет собой систему. В её состав входят телефонная сеть общего пользования, выделенная сеть связи «Искра», сети подвижной радиотелефонной связи общего пользования, подсистемы обеспечения (предоставление услуг, нумерации, сигнализации, учёта стоимости и расчёта нормирования каналов), управления.
Телефонная сеть общего пользования – это совокупность местных и междугородних автоматических телефонных станций и коммутационных узлов, международных центров коммутации, оконечных абонентских устройств, а также каналов и линий телефонной сети, которая обеспечивает потребность населения, учреждений, организаций и предприятий в услугах телефонной сети. По охвату территории и абонентов телефонная сеть общего пользования представляет собой иерархию различных телефонных сетей: местных (городских, сельских, комбинированных), внутризоновых, междугородних и международных. Структура сети общего пользования представлена на рисунке 1.1.
На рисунке 1.1 приняты следующие обозначения: УАК – узел автоматической коммутации; ЦС – центральная станция; ОС – оконечная станция; УВС – узел входящих сообщений; РАТС – районная автоматическая телефонная станция; УС – узловая станция; УТС – узловая транзитная станция; СТС – сельская телефонная сеть; ГТС – городская телефонная сеть.
Основными тенденциями развития сетей и средств телекоммуникаций являются их цифровизация, интеграция видов электросвязи и предоставляемых услуг, создание интегральных многофункциональных терминалов и средств коммутации, внедрение единых международных стандартов.
Цифровая сеть общего пользования с интеграцией служб ISDN (Integrated Services Digital Network) представляет собой часть телефонной связи общего пользования, в которой одни и те же устройства цифровой коммутации и цифровые тракты используются одновременно для различных видов электросвязи.
В широкополосной цифровой сети с интеграцией служб B – ISDN (Broadband – ISDN) используется асинхронный режим доставки. Эта техника базируется на принципе асинхронного временного разделения ресурсов, при котором множество виртуальных соединений с различными скоростями передачи и характеристиками передаваемого сигнала асинхронно мульте-плексируются (объединяются) в едином физическом канале связи. В качестве протокольной единицы в асинхронном режиме доставки используется короткий пакет фиксированной длины, включающий заголовок и информационное поле.
Рисунок 1.1 – Структура телефонной сети связи общего пользования
В состав структуры ISDN в общем случае входят две подсети: магистральная (базовая) сеть и абонентская (терминальная) сеть (рисунок 1.2).
На рисунок 1.2 приняты следующие обозначения: ЦКП – центральный коммутатор радиосвязи с подвижными объектами; БС – базовая станция;
АЛ – абонентская линия.
Магистральная сеть включает узлы автоматической коммутации и соединяющие их каналы связи, а также систему управления безопасной сетью.
Терминальная сеть содержит терминалы, абонентские пункты, концентраторы, абонентские линии или каналы связи, которые соединяют терминалы с абонентскими пунктами и концентраторами, которые, в свою очередь, соединяются с узлами автоматической коммутации, а также систему управления терминальной сетью. На базе ISDN создаётся интеллектуальная сеть связи (ИСС). В этой сети осуществляется не только передача сообщений, но и предоставляется разнообразный информационный сервис.
Рисунок 1.2 – Структура ISDN
Реализация ИСС осуществляется за счёт того, что функции коммутации остаются в базовой коммутируемой сети, а функции логической обработки и предоставления услуг переносятся в надстройку, называемую платформой ИСС, которая представляет собой совокупность технических устройств и ЭВМ (баз данных).
Таким образом, телефонная сеть общего пользования объединяет в себе существующие и перспективные сети связи:
– существующую аналогово-цифровую сеть связи общего пользования;
– цифровую сеть с интеграцией служб;
– выделенную сеть связи «Искра»;
– интеллектуальную сеть связи.
Простейшей городской телефонной сетью является нерайонированная ГТС. На такой сети устанавливается одна телефонная станция, куда включаются все абонентские линии ГТС. Такие ГТС строятся только в городах с небольшой территорией (аналоговая ГТС ёмкостью до 8 тысяч номеров, цифровая ГТС ёмкостью несколько десятков тысяч номеров), так как основная часть расходов при строительстве таких станций приходится на линейные сооружения.
При увеличении числа абонентов ГТС строятся по принципу районирования. В этом случае территория города разбивается на ряд районов, и в каждом из таких районов размещается АТС (РАТС). При этом ГТС могут быть двух типов: районированными без узлообразования и районированными с узлами входящих сообщений. На районированной ГТС без узлообразования может быть несколько районных АТС, которые соединяются по принципу «каждая с каждой» с учётом обходных направлений. Возможная схема районированной ГТС без узлообразования представлена на рисунке 1.3.
Рисунок 1.3 – Возможная схема районированной ГТС без узлообразования
При таком построении ГТС капитальные затраты на линейные сооружения существенно сокращаются за счёт уменьшения протяженности абонентских линий, имеющих редкое использование (в среднем до 0,1 Эрл в час наивысшей нагрузки – ЧНН), и введения соединительных линий с частым использованием (0,6–0,8 Эрл в ЧНН). Оптимальная с экономической точки зрения ёмкость РАТС принимается, как правило, равной 10 000 номеров при пятизначной нумерации. На ГТС при пятизначной нумерации количество РАТС обычно не превышает шести.
При большом числе РАТС связь по принципу «каждая с каждой» становится неэкономичной, так как в этом случае образуется значительное количество мелких пучков соединительных линий (СЛ). Нагрузка от одной АТС равномерно распределяется между СЛ. Возрастание нагрузки приводит к возможности увеличения ёмкости пучка СЛ, поэтому на крупных ГТС связь между РАТС устанавливается не непосредственно друг с другом, а через узлы входящего сообщения при ёмкости ГТС до 400–500 номеров, при большей ёмкости – через узлы исходящего и входящего сообщений (УИС, УВС). На рисунке 1.4 показана структура районированной ГТС с узлами входящих сообщений, а на рисунке 1.5 – структура районированной ГТС с узлами входящих и исходящих сообщений.
Рисунок 1.4 – Структура районированной ГТС с узлами входящих сообщений
Рисунок 1.5 – Структура районированной ГТС с узлами исходящих и входящих сообщений
В этом случае территория города делится на узловые районы. В каждый узловой район может быть установлено до 10 РАТС, которые соединяются между собой непосредственно по принципу «каждая с каждой» или через УВС. Для концентрации нагрузки каждая РАТС также соединяется с УВС других узловых районов исходящими СЛ, а со своими УВС – входящими СЛ. Нумерация на таких сетях шестизначная, первая цифра является кодом узла, а первая и вторая цифры вместе – кодом РАТС. Соединительный тракт на сети с УВС состоит из следующих участков: АЛ – РАТС – СЛ – УВС – СЛ – РАТС – АЛ.
Аналоговые районные ГТС с УВС могут иметь ёмкость до 800 тысяч номеров, цифровые ГТС – до нескольких миллионов. При наличии в узловом районе УИС и УВС связь между РАТС своего узлового района выполняется по принципу «каждая с каждой», а с другими – через УИС и УВС. При таком построении сети принята семизначная нумерация. Первая цифра номера определяет выход к соответствующей зоне – миллионной группе абонентов, вторая – выход к узловому району выбранной миллионной группы, а третья – выход к РАТС. Каждая РАТС на такой сети имеет трёхзначный код. Соединительный тракт на сети с УВС и УИС содержит участки: АЛ – РАТС – СЛ – УИС – СЛ – УВС – СЛ – РАТС – АЛ.
Районированные ГТС с узлами исходящих и входящих сообщений, как правило, имеют несколько десятков узловых районов. Задача районирования заключается в нахождении оптимального варианта, при котором суммарные затраты на сооружение абонентских линий, соединительных линий межстанционной связи, станционных сооружений и зданий РАТС, отнесённые к одному номеру абонентской ёмкости телефонной сети, будут минимальными.
Внедрение цифровых АТС осуществляется методом «наложенной сети» с соблюдением следующих правил:
– все связи между цифровыми АТС должны осуществляться только через цифровые АТС и узлы;
– при связи между цифровыми АТС должны использоваться линейные тракты цифровых систем передачи, удовлетворяющие рекомендациям Международного союза электросвязи (МСЭ) по согласованию интерфейсов;
– вновь вводимые цифровые АТС должны включаться только в «наложенную сеть»;
– связь между цифровыми и аналоговыми АТС должна осуществляться по линейным трактам цифровых систем передачи с применением аналого-цифрового преобразователя и обеспечением согласования систем сигнализации на стороне аналоговых АТС;
– цифровые станции и узлы могут размещаться в одних зданиях с аналоговыми АТС и узлами.
Для связи аналоговых АТС с цифровыми в цифровых узловых районах должны устанавливаться цифровые УВС. Оборудование цифровых станций позволяет одновременно выполнять функции входящих и исходящих сообщений, а также узлов обходных станций. Такой узел обозначается как УИВС. Аналоговые АТС должны соединяться с УИВС только системами передачи, работающими в режиме импульсно-кодовой модуляции (ИКМ).
Цифровые телефонные сети, наложенные на существующие аналоговые сети с УВС и УИВС, представлены соответственно на рисунках 1.6 и 1.7. Они охватывают один или несколько цифровых узловых районов.
Рисунок 1.6 – Структура аналого-цифровой сети с узлами входящих сообщений: АТС ДШ – декадно-шаговая автоматическая телефонная станция; АТСК – координатная автоматическая телефонная станция
Рисунок 1.7 – Структура аналого-цифровой сети с узлами исходящих и входящих сообщений
На рисунках пунктирными линиями обозначены системы передачи с ИКМ, сплошными линиями – системы передачи с частотным разделением каналов (ЧРК) и физические линии.
Сельские телефонные станции имеют ряд особенностей, которые определяют принципы их построения. Как правило, они охватывают значительные территории, на которых абоненты размещаются небольшими группами на большом расстоянии друг от друга. Поэтому применяются АТС малой ёмкости и используются мелкие пучки межстанционных линий большой протяжённости. АТС малой ёмкости делают необслуживаемыми, а АТС средней ёмкости – частично обслуживаемыми. В таких АТС необходимо использовать более надёжную элементную базу, применять пылезащитные шкафы и дистанционную сигнализацию о неисправностях. Станции строятся по радиальному и радиально-узловому принципам с центральной станцией в районном центре (одно- и двухступенчатая схемы). При этом возможно использование прямых и обходных путей. Центральная станция является главным коммутационным узлом СТС и одновременно выполняет функции городской телефонной станции райцентра. Структура сельской телефонной станции представлена на рисунке 1.8.
Рисунок 1.8 – Структура сельской телефонной станции
В населённых пунктах района устанавливаются оконечные станции, которые включаются непосредственно в ЦС. Дополнительно к ЦС подключается выход на автоматическую междугороднюю телефонную станцию (АМТС). Такая схема построения сети называется одноступенчатой. Структура одноступенчатой сети представлена на рисунке 1.9.
Рисунок 1.9 – Структура одноступенчатой сети
При переводе СТС на цифровую связь наложение цифровой сети начинается с установки цифровой ЦС, аналоговая ЦС переводится в ранг узловой, а существующие УС переводятся в ранг ОС. Включение цифровых станций на сельских телефонных сетях при переводе центральной аналоговой станции в ранг узловой представлено на рисунке 1.10.
При построении комбинированных сетей (КТС) на ГТС предусматривается организация ЦС или транзитного узла исходящих и входящих сообщений сельско-пригородной связи (УСП), через который осуществляется связь как между станциями СТС, так и станций СТС со станциями ГТС.
Рисунок 1.10 – Включение цифровых станций на сельских телефонных сетях при переводе центральной аналоговой станции в ранг узловой
Кроме того, через УСП (ЦС) обеспечивается исходящая и входящая междугородняя связь абонентов СТС и в некоторых случаях абонентов ГТС, когда АМТС расположена в другом городе.
Возможны следующие принципы построения КТС:
– город имеет районированную сеть без узлообразования, суммарная ёмкость КТС менее 80 000 номеров; на этой сети могут быть организованы УСП или ЦС, в которые включаются сельские АТС. Городские районные АТС (РАТС) и УСП (ЦС) связываются друг с другом по принципу «каждая с каждой»;
– город имеет районированную сеть с узлообразованием. Тогда на ГТС организовывают УСП, который включается в ГТС в качестве узла входящих и исходящих сообщений, местной и междугородней связи стотысячного района.
1.2 Система передачи сигналов телеграфной связи
Система телеграфной связи предназначена для двусторонней передачи дискретных сообщений. Она состоит из приёмного, передающего устройств и канала связи (рисунок 1.11).
Рисунок 1.11 – Структурная схема системы телеграфной связи для передачи индивидуальных сообщений
Передатчик и приёмник конструктивно объединяются и образуют оконечный телеграфный аппарат. В системах передачи дискретных сообщений используется кодовый метод преобразования сообщения в сигнал и обратно. Знаки сообщения при передаче заменяются кодовыми комбинациями, при этом каждому знаку сообщения соответствует своя комбинация. Совокупность всех используемых комбинаций составляет телеграфный код. Наибольшее распространение получили равномерные коды, у которых длина всех кодовых комбинаций одинакова. Например, пятиэлементный код МТК-2 имеет 32 комбинации, что позволяет кодировать весь русский алфавит и 10 цифр. Пятиэлементный код имеет стартовую и стоповую посылки для синхронизации телеграфных аппаратов (рисунок 1.12).
Рисунок 1.12 – Стартстоповая комбинация пятиэлементного кода
Процесс преобразования знаков сообщения в сигнал начинается с кодирования, в результате которого знаки заменяются кодовыми комбинациями. Затем элементы комбинации последовательно преобразуются в импульсы тока.
Приёмник системы телеграфной связи выполняет обратное преобразование. Процесс приёма заканчивается записью знака на перфораторной ленте. Трансмитерная приставка осуществляет считывание информации с перфоленты.
Скорость передачи информации в телеграфной связи измеряется, как правило, в бодах. Бод – это скорость передачи информации, когда передаётся один сигнал (например, импульс) в секунду, независимо от величины его изменения. Бит в секунду соответствует единичному изменению сигнала в канале связи, и при простых методах кодирования сигнала, когда любое изменение может быть только единичным, принимается 1 бод = 1 бит/с. В случае если элемент данных может быть представлен не двумя, а большим количеством значений какого-либо параметра сигнала, т. е. изменение сигнала может быть не единичным, 1 бод > 1 бит/с.
1.3. Волоконно-оптические линии связи. Общие понятия о глобальных и локальных сетях передачи данных
Линии связи – это физическая среда, по которой передаются информационные сигналы. В одной ЛС может быть организовано несколько каналов связи путём временного, частотного, кодового и других разделений. В этом случае канал является логическим, или виртуальным. Если канал полностью монополизирует линию связи, то он называется физическим каналом и совпадает с линией связи.
Одним из основных требований к каналу передачи данных является пропускная способность, или скорость передачи данных.
Скорость передачи данных существенно зависит от уровня помех.
В настоящее время наименьший уровень помех имеют волоконно-оптические линии связи (ВОЛС), поэтому они находят самое широкое применение в системах передачи данных.
Основу ВОЛС составляют «внутренние подкабели» – стеклянные или пластиковые волокна диаметром от 5 (одномодовые) до 100 (многомодовые) микрон, окружённые твёрдым заполнителем и помещённые в защитную оболочку диаметром 125–250 мкм. В одном кабеле может содержаться от одного до нескольких сотен внутренних подкабелей. Кабель, в свою очередь, окружён заполнителем и покрыт более толстой защитной оболочкой, внутри которой проложен один или несколько силовых элементов, обеспечивающих механическую прочность кабеля.
По одномодовому волокну (диаметр 5–15 мкм) оптический сигнал распространяется, почти не отражаясь от стенок волокна (входит в волокно параллельно его стенкам), чем обеспечивается широкая полоса пропускания до сотен гигагерц. По многомодовому волокну (диаметр 40–100 мкм) распространяются сразу много сигналов, каждый из которых входит в волокно под своим углом (модой), отражаясь от стенок волокна в разных местах. Полоса пропускания для такого кабеля составляет сотни мегагерц.
Источник распространяемого по ВОЛС светового луча – преобразователь электрических сигналов в оптические, например светодиод или полупроводниковый лазер. Кодирование информации осуществляется изменением интенсивности светового луча. Физической основой передачи светового луча по волокну является принцип полного внутреннего отражения луча от стенок волокна, обеспечивающий минимальное затухание сигнала, наивысшую защиту от внешних электромагнитных полей и высокую скорость передачи. На другом конце кабеля принимающий прибор преобразует световые сигналы в электрические.
По одному магистральному оптоволоконному кабелю можно одновременно организовать несколько сот тысяч телефонных каналов.
Эффективное управление любой организацией невозможно без непрерывного отслеживания состояния объекта управления, без оперативной координации деятельности структурных подразделений и сотрудников.
Для эффективного взаимодействия специалистов необходима система распределённой обработки данных. Эту задачу выполняют информационно-вычислительные сети, которые в зависимости от охватываемой ими территории делятся:
– на локальные (ЛВС или LAN – Local Area Network);
– региональные (РВС или MAN – Metropolitan Area Network);
– глобальные (ГВС или WAN – Wide Area Network).
Локальной вычислительной сетью называют сеть, элементы которой: вычислительные машины, терминалы, связная аппаратура – располагаются на сравнительно небольшом удалении друг от друга (до 10 км).
По принципу передачи данных сети делятся на две группы:
– последовательные;
– широковещательные.
В последовательных сетях передача данных выполняется последовательно от одного узла к другому, и каждый узел ретранслирует принятые данные дальше. В широковещательных сетях в каждый момент времени передачу может вести только один узел, остальные узлы могут лишь принимать информацию. К такому типу сетей относится большая часть ЛВС, использующая один общий канал связи или одно общее пассивное коммутирующее устройство.
По геометрии построения (топологии) ЛВС могут быть:
– шинные (линейные, bus);
– кольцевые (петлевые, ring);
– радиальные (звёздообразные, star).
Сети с шинной топологией используют линейный моноканал передачи данных, к которому все узлы подсоединены через интерфейсные платы посредством относительно коротких соединительных линий. Данные от передающего узла сети распространяются по шине в обе стороны. Промежуточные узлы не ретранслируют поступающие сообщения. Информация поступает на все узлы, но принимает сообщение только тот, которому оно адресовано. Сеть с шинной топологией представлена на рисунке 1.13.
Рисунок 1.13 – Сеть с шинной топологией
Сеть с шинной топологией простая, её легко наращивать и конфигурировать, а также адаптировать к различным системам. Обладает высокой надёжностью. Сеть с шинной топологией применяет сеть Ethernet.
В сети с кольцевой топологией все узлы соединены в единую замкнутую петлю (кольцо) каналом связи (рисунок 1.14).
Рисунок 1.14 – Сеть с кольцевой топологией
Выход одного узла сети соединяется со входом другого. Информация по кольцу передаётся от узла к узлу, и каждый узел ретранслирует переданное сообщение. В каждом узле для этого имеется своя интерфейсная и приёмопередающая аппаратура, позволяющая управлять прохождением данных в сети. Передача данных в сети осуществляется только в одном направлении. Принимающий узел распознаёт и получает только адресованные ему сообщения.
Сеть с кольцевой топологией гибкая и надёжная. Получила широкое распространение на практике, например Token Ring.
Основу сети с радиальной топологией составляет сервер, к которому подсоединены рабочие станции, каждая по своей ЛС. Вся информация передаётся через центральный узел, который ретранслирует, переключает и маршрутизирует информационные потоки в сети (рисунок 1.15).
Рисунок 1.15 – Сеть с радиальной топологией
Такая сеть представляет собой аналог системы телеобработки, у которой все абонентские пункты являются интеллектуальными, поскольку содержат в своём составе компьютер. В качестве недостатков такой сети можно отметить большую загруженность центральной аппаратуры и полную потерю работоспособности при её отказе.
Следующим этапом развития сетевых технологий становится создание корпоративных и глобальных сетей. Базой для организации глобальной сети Интернет стала корпоративная сеть Министерства обороны США ARPANet (ARPA –Advanced Research Projects Agency). Сеть строилась как устойчивая к внешним влияниям закрытая инфраструктура, способная выжить в условиях воздействия поражающих факторов ядерного взрыва.
Основу Интернета составляют высокоскоростные телекоммуникационные магистральные сети. К магистральной сети через точки сетевого доступа NAP (Network Access Point) подсоединяются автономные системы, каждая из которых уже имеет своё административное управление, свои внутренние протоколы маршрутизации.
Структура сети Интернет клиент-серверная. То есть в сети имеются компьютеры, в основном получающие информацию из сети, – клиенты и компьютеры, снабжающие клиентов информацией, – серверы. Структура фрагмента сети Интернет показана на рисунке 1.16.
Рисунок 1.16 – Структура фрагмента сети Интернет
Для организации работы разнородных компьютеров в сети используется система протоколов. Основу этой системы составляют два протокола:
– Internet Protocol (IP) – межсетевой протокол;
– Transmission Control Protocol (TCP) – протокол управления передачей.
На основе этих протоколов разработаны сетевые прикладные сервисные протоколы. Для того чтобы протокол ТСP мог их опознать, они идентифицируются номерами, носящими название портов. Например, порт 21 – процесс передачи файлов FTP, порт 23 – процесс удалённого доступа к файлам Telnet.
Адреса хост-компьютеров могут иметь двойную кодировку:
– обязательный цифровой IP-адрес;
– необязательный доменный DNS-адрес.
Цифровой адрес в десятичном коде может записываться следующим образом: 152.37.72.138. Здесь 157.37 – адрес сети, 72 – адрес подсети, 138 – адрес компьютера.
Доменный адрес состоит из нескольких, отделяемых друг от друга точкой буквенно-цифровых доменов (домен – область). Этот адрес построен на основе иерархической классификации: каждый домен, кроме крайнего левого, определяет группу компьютеров, выделенных по какому-либо признаку, при этом домен группы, находящийся слева, является подгруппой правого домена.
1.4 Проводные технологии (ТФОП)
Традиционно различают следующие виды телефонных сетей общего пользования: городские, сельские, зоновые и междугородные.
Городские телефонные сети (ГТС) обеспечивают телефонную связь на территории более или менее крупного города и его ближайших пригородов. Городская телефонная сеть (ГТС) — совокупность коммутационных узлов, телефонных станций, линий и каналов телефонной сети, оконечных абонентских устройств, предназначенных для обеспечения телефонной связью абонентов города. Для того чтобы качество связи было хорошим, диаметр жил этих кабелей должен быть увеличен, т.е. были бы необходимы дополнительные расходы меди и свинца.
Рисунок 1.17 – Структура с узлами входящих сообщений
Объем и соответственно стоимость линейных сооружений (их строительство и эксплуатация) оказались бы очень велики. Если принять во внимание то, что использование абонентских линий крайне мало (не более 5% суточного времени), то данный вариант экономически нецелесообразен. Связь между районными АТС осуществляется по соединительным линиям, которые доступны для пользования большой группе абонентов и степень использования которых достаточно велика. Соединительных линий может быть сравнительно немного и, следовательно, для междустанционных соединений потребуется относительно небольшое количество кабелей.
Рисунок 1.18 – Структура ГТС с узлами исходящих и входящих сообщений
Сельские телефонные сети (СТС) представляет собой совокупность оконечных, узловых и центральной телефонных станций, каналов и линии телефонной сети, оконечных абонентских устройств и предназначена для обеспечения телефонной связью абонентов сельского района.
Сельская телефонная сеть имеет ряд особенностей, во многом определяющих принципы ее построения. Как правило, СТС охватывает большую территорию с малой телефонной плотностью, а также неравномерным распределением абонентов по территории. В связи с этим средняя емкость сельских АТС много меньше средней емкости городских, а среднее расстояние между АТС в СТС значительно превышает среднее расстояние между районами АТС в ГТС. Среднее число соединительных линий между станциями СТС меньше, чем между станциями ГТС. Поэтому для построения СТС используют два способа — по радиальному и радиально-узловому принципам.
Рисунок 1.19 – Радиальный способ построения СТС
Рисунок 1.20 – Радиально-узловой способ построения СТС
Междугородная телефонная сеть представляет собой совокупность междугородных телефонных станций (МТС), узлов автоматической коммутации и каналов телефонной сети (УАК.), и предназначена для обеспечения телефонной связью абонентов различных зон нумерации. Автоматически коммутируемая междугородная телефонная сеть предназначена для установления соединений между АМТС различных зоновых телефонных сетей и включает в себя АМТС, узлы автоматической коммутации первого и второго классов (УАК1 и УАК2), пучки телефонных каналов, связывающие станции и узлы между собой (рисунок 1.21). АМТС являются оконечными станциями междугородной телефонной сети. На УАК устанавливаются только транзитные соединения. Суммарное число УАК между любой парой АМТС не должно превышать четырех (путь последнего выбора).
Рисунок 1.21 – Построение междугородной сети
1.5 Беспроводные технологии
Системы персональной спутниковой связи обладают рядом преимуществ. Например, если пользователь находится за пределами зоны обслуживания местных соевых систем, спутниковая связь играет ключевую роль, поскольку она не имеет ограничений по привязке к конкретной местности Земли.
В зависимости от вида предоставляемых услуг спутниковые системы связи можно разделить на три основных класса:
– Системы пакетной передачи данных (доставки циркулярных сообщений, автоматизированного сбора данных о состоянии различных объектов, в том числе транспортных средств и т. д.)
– Системы речевой (радиотелефонной) связи
– Системы для определения местоположения (координат) потребителей
Для обеспечения достаточного количества каналов связи должны применяться многолучевые антенные системы, работающие на высоких частотах (более 1,5 ГГц), что значительно усложняет конструкцию антенн и космических аппаратов (КА)
Для обеспечения непрерывности радиотелефонной связи через спутник, оснащенный многолучевыми антенными системами, требуется большое количество узловых (шлюзовых) станций с дорогим коммуникационным оборудованием. Во многих случаях абоненту необходимо знать свое местоположение (координаты) на Земле. Для этих целей применяют аппаратуру двух типов:
1.Стандартную навигационную аппаратуру GPS систем ГЛОНАСС/НАВСТАР, которая обеспечивает очень высокую точность определения координат потребителя.
2.Специальную навигационную аппаратуру, которая по сигналам спутников персональной связи и (или) шлюзовых станций позволяет определять координаты потребителя.
Орбиты КА классифицируются: по форме, периодичности прохождения над точками земной поверхности и по наклонению, по форме различают следующие типы орбит:
– Круговые — трудно реализуемые на практике и требующие частой коррекции помощью бортовых корректирующих двигателей КА.
– Близкие к круговым. Это наиболее распространенный тип орбит в системах спутниковой связи. На таких орбитах высоты апогея и перигея . различаются на несколько десятков километров.
– Эллиптические. Высоты Н (апогея) и Н(перигея) могут значительно различаться (например, На = 38000 – 40000 км, Нп = 400 – 500 км), Данные орбиты также широко применяются в системах спутниковой связи.
– Геостационарные. Это круговые экваториальные орбиты с периодом обращения спутника, равным периоду обращения Земли (Р = 23 ч 56 мин). На такой орбите КА располагается на высоте 36000 км и находится постоянно над определенной точкой экватора Земли, Космические аппараты, находящиеся на геостационарной орбите, имеют большую площадь обзора Земли, что позволяет с успехом использовать их в системах спутниковой связи
По периодичности прохождения КА над точками земной поверхности различают следующие типы орбит:
– Синхронные. Они, в свою очередь, подразделяются на синхронные изомаршрутные и синхронные квазимаршрутные. Изомаршрутные орбиты характеризуются тем, что проекции орбиты КА на земную по верхность (трассы) совпадают ежесуточно. Квазизомаршрутные орбиты характеризуются тем, что проекции орбиты КА на земную поверхность совпадают один раз в несколько суток.
– Несинхронные характеризуются тем, что трассы, соответствующие любым двум оборотам КА вокруг Земли, не совпадают.
Под наклонением орбиты понимается угол между плоскостями экватора Земли и орбиты КА. Наклонение отсчитывается от плоскости экватора до плоскости орбиты против часовой стрелки Оно может изменяться от О до 180° По наклонению различают следующие типы орбит:
1. Прямые (наклонение орбиты < 90°)
2. Обратные (наклонение орбиты > 90°)
3. Полярные (наклонение орбиты = 90°)
4. Экваториальные (наклонение орбиты равно 0 или 180°)
§
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 сети, указанного преподавателем, произвести анализ сети:
– построить множество путей и сечений;
– определить структурную надежность.
Описать структуру сети в двух зонах ОАКТС, в каждой зоне располагается по 2 местных сети.
В I зоне – СТС на 18 тыс. абонентов и ГТС на 147 тыс.;
Во II зоне – СТС на 15 тыс. абонентов и ГТС на 59 тыс. абонентов.
Пусть СТС I зоны включает ЦС на 5000 номеров, две узловые станции по 3000 номеров и четыре ОС по 1000 номеров. Структура сети – радиально-узловая.
ГТС первой зоны включает семь РАТС, шесть на 20000 номеров, а один – 27000 номеров, станции соединены “каждая с каждой “. Каждая РАТС для соединения с АМТС имеет ЗЛ (заказные линии) и СЛ. Абоненты СТС и ГТС первой зонысоединяются через АМТС.
Пусть СТС второй зоны включает ЦС на 5000 номеров, две узловые станции по 3000 номеров и один ОС по 1000 номеров. Структура сети – радиально-узловая.
ГТС второй зоны имеет 59 тыс. абонентов, следовательно, может быть организована в виде двух узловых районов – первый район образован тремя районными АТС по 10000 номеров, а второй – тремя РАТС (две по 10000 номеров, одна – 9000 номеров). Каждый район имеет УВС, а также УВСМ.
В приложении А представлена полная схема сети.
РАТС соединены “каждая с каждой” для связи внутри района. Для выхода на АМТС каждая РАТС имеет заказные линии (ЗЛ). Обратная связь (АМТС – РАТС ) осуществляется через соединительные линии (СЛ) и- узел входящих междугородных сообщений УВСМ. Каждая РАТС второго района соединена исходящими линиями с УВС первого района и входящими – с УВС своего района. Аналогично построена сеть соединительных линий для Iузлового района. Междугородная связь осуществляется или по прямым линиям, соединяющим АМТС, или через узлы автоматической коммутации (УАКI).
2.3 Анализ фрагмента телекоммуникационной сети
Пусть этот фрагмент – часть сельской сети, изображенной на рисунке 2.2, причем (1-2) -абонентская линия , (2-5) , (34) – соединительные линии, связывающие ОС и УС , (4-6) и (5-6) – то же для связи УС с ЦС, (2-3) и (4-5) дополнительные связи на уровне ОС и УС.
Рисунок 2.2 – Часть сельской сети
Структурная матрица для описанной сети приведена в таблице 2.1.
Таблица 2.1.
Структурная матрица
Для построения множества путей от абонента 1 до ЦС – вершины 6 вычеркнем в структурной матрице 1 столбец и 6 строку, и подсчитаем полученный определитель.
Длина полученных путей складывается из длин составляющих ребер.
2.3.1 Для построения множества сечений между вершинами 1 и 6 в множестве путей (*) произведем замену дизъюнкций на конъюнкции и обратно и упростим полученное выражение:
То существует семь сечений, ранг которых меняется от 1 до 3.
2.4 Задача создания вторичных, некоммутируемых сетей
При синтезе некоммутируемых вторичных сетей необходимо на базе каналов заданной емкости первичной сети образовать путем кроссирования в узлах пучки, прямых каналов необходимой емкости.
Сформулированная задача называется задачей построения плана распределения каналов вторичной некоммутируемой сети. Для ее формы решения введем некоторые обозначения.
Структуру первичной сети будем изображать в виде графа, ребрам которого приписываются некоторые значения – веса (стоимости, длина) и пропускные способности в числе каналов (рисунок 2.4). Для примера, рассмотрим сеть состоящую из 6 вершин и 8 ребер. Пусть емкость каждого ребра равна 20 каналам. Необходимо построить план распределения каналов, при котором емкость пучка между вершинами 1 и 3 равнялась 18, между вершинами 3 и 6 -16, 2 и 4-15, 5 и 6-16 каналам, т. е. Y13=18, Y36=16, Y24=15, Y56=16, при этом число транзитных участков в каждом пути не должно превышать трех.
Рисунок 2.3 – Структура первичной сети
Путь между вершинами i и j будем представлять упорядоченным набором узлов (или набором ребер).
Например, вершины 3 и 6 могут быть соединены путям:
Рангом пути называется количество входящих в него ребер. В соответствии с определением.
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, т.е. пути 
и 
Для решения задачи применим, приближенный метод, который представим последовательностью повторяющихся шагов.
Шаг 1. Для каждой пары вершин (i,j), для которой необходимо построить пучок прямых каналов, строится множество путей и выбираются те из них, чей ранг удовлетворяет ограничению
Шаг 2. Требуемое количество каналов Yij делится поровну между путями.
Шаг 1-2 выполняются для всех пар (i,j).
Шаг 3. Строится матрица емкостей допустимых путей, представляющая собой таблицу, строки которой соответствуют путям 
, а столбцы ребрам графа. На пересечении строки 
и столбца (i,j) записывается число каналов х этого ребра, выделенных для данного пути, т.е.
Сумма элементов каждого столбца показывает количество каналов этого ребра. Этот план распределения каналов построен без учета ограничений на количество каналов и называется идеальным.
Шаг 4. Проверяются выполнения ограничений на каждом ребре. Если они выполняются, задача решена переход к шагу 4 – конец решения. В противном случае – к шагу 5.
Шаг 5. Для перенасыщенных рёбер производится разгрузка (если возможно) и переход к шагу 4 . Если разгрузить некоторые рёбра невозможно – переход к шагу 7.
Шаг 6. Выдается план распределения каналов.
Шаг 7. Решение не возможно из-за недостаточной ёмкости сети. Проиллюстрируем выполнение алгоритма описанным примером.
Шаг 1. Построим множества путей рангом 
Шаг 2. Количество каналов делится поровну на все пути
Шаг 3. Построим матрицу емкости (Таблица 3.2).
Столбцы матрицы соответствуют ребрам заданной сети. (1-2),(1- 4 ),
(1-5), (2-3)…, а строки путям 
: в 1 строке в столбцах ( 1-2), (2-3) записано число каналов, равное 6 , во 2 строке в столбцах (1-4) и ( 3-4) и т.д.
Шаг 4. Просуммируем количество каналов в каждом столбце и учитывая, что емкость каждого ребра равна 20, проверим условие
где М- множество всех допустимых путей, проходящих через ребро (i-j).
Подсчитаем
и запишем в | М | 1 строку. Отрицательная величина 
говорит о недопустимости анализируемого плана распределения каналов и необходимости его корректировки. Например, в столбце, соответствующем ребру ( 1 -2).
Дальнейшие действия – последовательно переместить каналы- с перегруженного пути – на недогруженный путь того же потока (шаг 5).
Шаг 5(I). Снимем лишнюю нагрузку (3 канала) с ребра (2-3), входящего в путь 
, и, следовательно, со всех ребер этого пути (в матрице зачеркнули цифры 6 и записали 3). Добавим эти каналы (3) к недогруженным ребрам пути этого же пучка Y13 , т.е. к каналам ребер (1-5) и ( -5)
Шаг 4 (II). Подсчитаем элементы строки 
. Отрицательными являются 
и 
Шаг 5 (II). Уменьшим на 1 количество каналов в пути 
, добавив в пути 
(на ребрах (1-2) и (1-4).
Шаг 4 (III). Подсчитав 
, видим, что перегружено только ребро (3;-4)
Шаг 5 (III). Уменьшив количество каналов пути 
увеличим, в 1,5,3
Шаг 4 (IV). Проверка показала, что перегруженных рёбер нет, следовательно план допустим.
Шаг 6. Решение окончено: построен план распределения каналов, удовлетворяющий заданным условиям.
Таблица 2.2.
План распределения каналов вторичной некоммутируемой сети
| Yij | Емкость пути | Ребра | ||||||||
| 1-2 | 1-4 | 1-5 | 2-3 | 2-6 | 3-4 | 3-5 | 4-6 | |||
| Y13 | X1,2,3 | 6 3 | 6 3 | |||||||
| X1,4,3 | 6 3 | 6 3 | ||||||||
| X1,5,3 | 6 9 12 | 6 9 12 | ||||||||
| Y36 | X3,2,6 | |||||||||
| X3,4,6 | ||||||||||
| Y24 | X2,3,4 | |||||||||
| X2,1,4 | 5 6 | 5 6 | ||||||||
| X2,6,4 | 5 4 | 5 4 | ||||||||
| Y56 | X5,1,2,6 | |||||||||
| X5,1,4,6 | ||||||||||
| X5,1,2,6 | ||||||||||
| X5,3,4,6 | ||||||||||
 | 5 | 5 | 6 | -3 | -1 | -3 | 6 | -1 | ПРК не допустим | |
 | 8 | 5 | 3 | -1 | -3 | 3 | -1 | ПРК не допустим | ||
 | 7 | 4 | 3 | -3 | 3 | ПРК не допустим | ||||
 | допустим |
Следует отметить, что полученное решение не единственное, поскольку мы не оценивали его никакими экономическими показателями, то нельзя говорить об оптимальности решения – получено одно из допустимых решений.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
С давних времен у людей существовала потребность в передаче информации на расстоянии. Для решения проблемы придумали почту, телефон, радиосвязь. Недавно к этим средствам присоединились телекоммуникации. Телекоммуникации образуют собой компьютерные сети, для связи между собой компьютеров. К таким сетям относят и локальные (связь нескольких компьютеров в одном помещении) сети. Более обширные – глобальные сети – объединяют в себе почти весь мир (Интернет). Сети выстраивают свою работу, используя серверы. Чаще всего, сервер – это достаточно мощная машина с повышенной степенью защиты (или мощный ПК), которая непрерывно работает в течение нескольких месяцев. Серверы предоставляют своим пользователям более широкий доступ к содержащейся в них информации, к устройствам, входящим в состав сервера. Компьютеры, подключенные к серверу, называются клиентами. Иногда малые локальные сети устроены таким образом, что ресурсы каждого ПК в сети доступным остальным компьютерам. Это одноранговые сети. Телефонная сеть – это самый распространенный тип оперативной связи. Абонентами сети могут являться как физические лица, так юридические — предприятия и организации. Ее используют как для передачи аналоговых сообщений, так цифровых и текстовых или графических, поэтому абонентами телефонной сети могут являться не только люди, а также и различные аппаратные средства. Принцип действия телефонной сети основан на передачи звукового сигнала по электрическим проводам. Сегодня телефонная сеть – это совокупность узлов коммутаций, роль которых выполняют АТС (автоматические телефонные станции), и соединяющих и каналов связи. Абонентские терминалы (абонентские телефоны, офисные АТС или компьютеры) обычно подключаются к сети по паре медных проводов — абонентской линии. Абонентская линия имеет в сети свой уникальный номер (номер абонента), передача информации по ней чаще всего ведется в аналоговой форме. АТС соединяются друг с другом по соединительным линиям. Современная АТС – это программно управляемая коммутационная система, работающая с цифровыми сигналами. Это означает что при вводе в АТС аналоговый сигнал, поступающий с абонентской линии, преобразуется в цифровой вид. В этой форме он распространяется далее по телефонной сети, превращаясь снова в аналоговую форму при попадании в абонентскую линию любого абонента.
В данной курсовой работе построена схема разговорного тракта между телефонными аппаратами разных местных сетей, приведена структура сети в двух зонах ОАКТС, в каждой из которой располагается по 2 местных сети, показана связь между зонами.
Для первичной сети, структура которой определена графом, построен план распределения каналов вторичной сети.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. В.В. Крухмалев. Основы построения телекоммуникационных систем и сетей. – М: Транспорт, 2004.
2. Глушков В. М. Сети ЭВМ. – М: Наука, 1977.
3. Теория сетей связи. / Под ред. В.Н.Рогинского/ -М: Радио и связь, 1981.
4. Основы построения сетей и систем электросвязи. Методические указания и контрольное задание. / Сост. А.П.Пшеничников, Г.Л. Слепова / -М: НИС, 1991.
5. Варакин Л. Е., Трубин В. Н. – “Зарубежная радиоэлектроника”, 1986.
6. Системы подвижной радиосвязи. Пышкин И. М., Дежурный И. И., Талызин В. Н., Чвилев Г. Д.; под ред. Пышкина И. М. М.: Радио и связь, 1986.
7. Подвижная радиосвязь: от аналоговых систем к цифровым. Левин Р. Е., “Электросвязь”, 1992.
