Проектирование местной телефонной сети на базе цифровой АТС

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Иркутский государственный университет путей сообщения»

Красноярский институт железнодорожного транспорта

- филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Иркутский государственный университет путей сообщения»

Отделение «Техническая эксплуатация транспортного и радиоэлектронного оборудования»

«Проектирование местной телефонной сети на базе цифровой АТС»

Курсовой проект

КП.539530.210420-2014.ПЗ

РУКОВОДИТЕЛЬ ПРОЕКТА                                                                                                       

__________ Т.А.Сергиенко

«_____» ________________

ИСПОЛНИТЕЛЬ

студента гр. ТС11-1

__________ А.С.Нерезькова

«_____» ________________

3. Введение

   Тема данного курсового проекта, а именно «Проектирование местной телефонной сети на базе цифровой АТС» является очень актуальной, поскольку сейчас стремительно развивается переход с аналогового на цифровое оборудование сетей связи. Переход на цифровую АТС стал необходимым, так как с развитием рыночных отношений в стране увеличился объем передачи информации. Для обеспечения качественной работы всех городских и региональных телефонных станций, стал вопрос перехода на цифровые системы передачи, на базе развернутой кабельной сети. Переход на цифровую АТС позволил интегрировать сеть связи и предоставить услуги ISDN . ISDN открывает возможность совмещения услуг связи с обменом данных. Также для того, чтобы объединить различные виды трафика в сети ISDN используется мультиплексирование по времен. 
ISDN обеспечивает быструю и легкую связь абонентов друг с другом. Интенсивное развитие и стабильная работа железнодорожного транспорта требует четкого взаимодействия подразделений и служб, занимающихся организацией движения, эксплуатацией подвижного состава, пути, устройств электроснабжения и других технических средств. Значительная роль в организации этого взаимодействия принадлежит технологической связи. Особенно велика роль технологической связи в непосредственном управлении движением поездов, регулировании грузопотоков и в организации наиболее эффективного использования подвижного состава.

Целью данного курсового проектирования является

1. Закрепление теоретических знаний по теме: «Системы телекоммуникаций. Основы технического обслуживания и ремонта оборудования и устройств оперативно-технологической связи на транспорте »
2. Закрепление основ проектирования местной телефонной сети на базе цифровой АТС
3. Ознакомление с формированием практических навыков пользования технической и справочной литературой, произведение технических расчетов, графического построения, а также закрепление навыков чтения структурных и принципиальных схем цифровых систем передачи

В результате проектирования курсового проекта мне необходимо было решить следующие задачи

• Расчет нагрузки и числа соединительных линий
• Затраты на оборудование
• Затраты на кроссовое оборудование
• Экономический расчет капитальных вложений на строительство и ввод в постоянную эксплуатацию оборудования

   Мировой опыт показывает, что в настоящее время основным инструментом создания современной системы управления железнодорожным транспортом является использование цифровых систем связи. Прежде всего предстоит заменить  существующее цифровое оборудование, которое к настоящему времени морально устарело или не отвечает требованиям международных и отечественных стандартов. Необходимо ликвидировать аналоговый сегмент сети, провести модернизацию существующей цифровой сети, продолжить развитие за счет использования перспективных телекоммуникационных технологий. 
   Развитие магистральной цифровой сети связи (МЦСС) необходимо прежде всего на участках, обеспечивающих транспортные (в том числе международные) коридоры для перевозки пассажиров и грузов.

  Переход с аналоговой  на цифровую сеть обосновывается  тем, что цифровая сеть характеризуется  высоким качеством связи, высокой  пропускной способностью на всех  уровнях сети связи, использованием  стандартных систем сигнализации по общему каналу, а также предоставлением абонентам множества дополнительных услуг и видов связи.

Принцип организации общетехнологической связи (ОбТС) на транспорте

   При построении сетей ОбТС железнодорожного транспорта стремятся не только предоставить основные услуги, свойственные и для аналоговых сетей, но и реализовать новые функции, способствующие повышению эффективности сетей связи и удовлетворению требований пользователей этих сетей.

   На цифровой сети ОбТС происходят изменения а структуре, и в первую очередь- на нижнем уровне, где используется множество АТСЦ малой емкости. АТСЦ малой емкости включаются последовательно между двумя ПТСЦ средней или большой емкости. На цифровой сети ОбТС в пунктах с малым количеством абонентов, где устанавливать АТСЦ экономически невыгодно, организуется абонентский доступ с использованием канала  Е1.            Доступ предназначен для аналоговых и цифровых телефонных аппаратов. Цифровая АТС установлена в пункте А, а в остальных пунктах находятся гибкие мультиплексоры, выполняющие ввод/вывод информации по отдельным ОЦК. Каждая абонентская линия включена в линейный комплект, находящийся в мультиплексоре. При организации доступа для аналоговых ТА внутри канала Е1 за каждым аппаратом закрепляется один информационный ОЦК.

4.Основная часть

Проектируемая узловая станция (УС), полносвязная имеет местную сеть с шестью оконечными станциями (ОС). Данная местная сеть представляет собой самостоятельную выделенную ведомственную сеть ОбТС.

Заданный вариант проектирования местной сети на базе цифровой станции Definity, имеет следующие исходные данные согласно моему варианту:

- имеет радиально-узловую  структуру

- каждый узел связи  связан с другими узлами сети  по двум независимым маршрутам 

- использовать кабельные  линии (с волоконно-оптическими кабелями)

- местная сеть проектируется  с учетом замены аналоговых  систем передачи на цифровые  системы передачи (стыковка электрического  кабеля телефонных аппаратов  с волоконно-оптическим кабелем  для передачи информации)

- на уровне трактов  рекомендуется применять трансмультиплексоры, преобразующие первичные и вторичные  группы каналов аналоговых систем  передачи в стандартные цифровые  потоки Е1 и обратно 

- узловая станция имеет емкость- 3400 абонентов

- оконечная станция 1- емкость 288 абонентов

- оконечная станция 2- емкость 458 абонентов 

- оконечная станция 3- емкость 92 абонента

- оконечная станция 4- емкость 48 абонентов 

- оконечная станция 5- емкость 345 абонентов 

- оконечная станция 6- емкость 367 абонентов 

4.1Эксплуатационный раздел

4.2. принцип организации общетехнологической сети связи на железнодорожном транспорте

Сети общетехнологической связи (ОбТС) предназначены для предоставления услуг по передаче речевой информации между работниками различных подразделений железнодорожного транспорта в пределах всей сети железных дорог Российской Федерации.

В основе построения сетей ОбТС заложены системы распределения информации, функции которых выполняют коммутационные станции. Среди коммутационных станций наибольшее применение нашли автоматические телефонные станции (АТС), работающие в режиме коммутации каналов.

Сеть ОбТС представляет собой совокупность коммутационных станций, соединительных линий, устройств абонентского доступа и абонентских устройств. Чаще всего абонентские устройства представляют собой телефонные аппараты, реже-факсимильные аппараты, а также компьютер.

Сеть ОбТС организуются на магистральном, дорожном и местном уровнях. На местном уровне телефонная связь обеспечивается в пределах одной железнодорожной станции или железнодорожного узла. На местном уровне образуется сеть местной связи.

  Особенности аналоговой  сети ОбТС являются: применение  специализированной одночастотной  сигнализации на дорожном и  магистральных уровнях; наличие  большого числа мелких пучков  соединительных линий , организованных  по каналам ТЧ для связи  с АТС малой емкости. Недостатком  сети является использование  двухпроводных транзитных соединений, что приводит к снижению качества  связи.

 Цифровая сеть ОбТС  не имеет приведенных недостатков  и характеризуется высоким качеством  связи, высокой пропускной способностью  на всех уровнях сети связи, использованием стандартных систем  сигнализации по общему каналу, а также предоставлением абонентам  множества дополнительных услуг  и видов связи.

В этом  курсовом проекте мне предлагается  спроектировать местную телефонную сеть связи на базе цифровой станции Definity. Вот краткая характеристика к этой станции:

4.3 Цифровая  АТС AvayaDefinity

Главный модуль Definity- это процессорный модуль PPN ( ProcessorPontNetwork). Он включает в себя центральный процессор, а также периферийные интерфейсы  для включения аналоговых и цифровых абонентских (АЛ) и соединительных (СЛ)  линий разных типов. Для увеличения емкости станции применяются модули расширения EPN (ExpansionPortNetwork) и центральный коммутатор CSS (CenterStageSwitch). В модуль EPN входят периферийные порты, интерфейсы расширения.

Сеть портов (PN) состоит из следующих компонентов:

1. Шина мультиплексора с временным разделением (ТDМ): Имеет 512 временных интервала. 23 канала В и 1 канал D на каждой шине. Проходиткаждом конце. Состоит из двух 8 битовых параллельных шин: шины А и шины В. Эти шины передают коммутируемые оцифрованные сигналы голос: и данных и сигналы управления между всеми платами портов и между платами портов и процессорным элементом коммутатора (SPE). Платы портов помещают оцифрованные сигналы голоса и данных на шину мультиплексора с временным разделением (TDM). Шина А и шина В обычно действуют одновременно.

2 Шина передачи пакетов:Проходит внутри каждой сети портов (PN) ипараллельная шина, которая передает логические связи и управляющие сообщения от процессорного элемента коммутатора (SPE) через платы портов к оконечным устройствам, таким как терминалы и адъюнкты.

3 Платы портов:Образуют аналоговые/цифровые интерфейсы между сетью портов (PN) и внешними соединительными линиями и устройствами, обеспечивая связи между этими устройствами и шиной мультиплексора с временным разделением (TDM), а также шиной передачи пакетов. Входящие аналоговые сигналы преобразуются в цифровые сигналы импульсно-кодовой модуляции (РСМ) и помещаются платами портов на шину мультиплексора с временным разделением (TDM). Платы портов преобразуют исходящие сигналы из ИКМ в аналоговые для внешних аналоговых устройств. Все платы портов подключены к шине TDM. К шине передачи пакетов подключены только определенные порты.

Платы интерфейса:Расположены в сети процессорных портов (PPN) и в каждой периферийной сети портов (EPN). Это типы плат портов, которые служат для концевой заделки волоконно-оптических кабелей, соединяющих шины TDM и шину передачи пакетов от статива сети процессорных портов (PPN) с шинами TDM и шиной передачи пакетов каждого статива периферийной сети портов (EPN). Волоконно-оптический кабель соединяет также узловой коммутатор (CSS) с сетью процессорных портов (PPN) и периферийными сетями портов (EPN). Эти конечные нагрузки интерфейса и кабелей обеспечивают путь передачи между платами портов в различных сетях портов (PN). Печатная плата интерфейса расширения (EI) также завершает каждый конец кабеля, соединяющего сеть процессорных портов (PPN) с периферийной сетью портов (EPN). Каждый конец кабеля соединяет EPN с другой EPN, и конец кабеля на стороне сети портов (PN) осуществляет связь между полочным плато держателем сети портов (PN) и полочным платодержателем коммутационного узла (SN). Печатная плата интерфейса коммутационного узла (SNI) завершает ту сторону кабеля, соединяющего полочныйплатодержатель SN и сеть портов (PN), где находится полочный платодержатель коммутационного узла (SN).

- Платы интерфейсовDS1:производят преобразование с волоконного интерфейса на интерфейс DS1 между сетями портов (PN) для создания удаленных соединений DS1.

- Платы обслуживания:подключаются к внешнему терминалу для контроля, обслуживания и обнаружения неисправностей в системе. Обеспечивают также генерирование и обнаружение тонального сигнала наряду с классификацией вызовов, объединением модемов в пул, записанными сообщениями и синтезированием речи.

4.4Основные характеристики станций семейства Definity

В данном курсовом проекте мы рассматриваем следующие основные характеристики станции семейства Definity:

Рассмотрим семейство линий, называемое ЦСЛ х-типа (xDSL или x-typeDigitalSubscriberLine). ЦСЛ организуются по уже существующим медным парам проводов и обеспечивают высокоскоростную и высококачественную передачу речи, данных, видео. Различные типы ЦСЛ, относящиеся к семейству xDSL, имеют единую базовую конфигурацию с применением цифровых модемов, соответствующих типу DSL, на каждом конце СЛ. Так как технология xDSL обеспечивает высокую скорость передачи, то посредством таких линий решаются задачи организации широкополосного канала передачи данных. Сети широкополосного доступа — такие сети, которые обеспечивают пользователям скорость передачи данных более 2 Мбит/с.

Технология xDSL, помимо передачи речевых сигналов и данных, применяется для высокоскоростного доступа в Интернет, организации видеотелефонии, видеоконференций и других услуг.

DSL начинают свою историю развития со средств абонентского доступа к ISDN. В этом случае абонентам предоставляется возможность доступа к сети через интерфейсы BRI (2B+D) и PRI (30B+D). При этом скорость передачи варьируется от 64 кбит/с до 30x64 кбит/с .

В DSL для характеристики организации потоков данных в направлении от коммутационной станции к абонентскому терминалу и обратно используются термины:

- «симметричный» (передача  в обоих направлениях ведется  с одинаковой скоростью) и

- «асимметричный» (передача  ведется с различными скоростями).

Многие широкополосные службы для пользователей носят асимметричный характер, например, видео по требованию или доступ в Интернет. В этом случае объем потока данных от терминала и персонального компьютера значительно меньший, чем объем данных входящего потока. Поэтому имеет смысл использовать большие скорости передачи данных при входящей связи к терминалу и меньшие скорости при организации исходящего от терминала потока данных. В таблице 1 представлено семейство линий типа xDSL и дана краткая характеристика каждой DSL.

Таблица 1- Семейство xDSL

Анализ нагрузки проводится  для того, чтобы определить  затем необходимое число  соединительных линий.   Для проведения расчета, применительно к заданному варианту, ознакомьтесь с методикой расчета, приведенной ниже. Затем, по аналогии с этим примером, проведите расчеты  для своего варианта, а результаты расчетов оформите в виде таблиц, приведённых в методике расчета нагрузки. Промежуточные вычисления  также надо привести.

Число соединительных линий, как сказано методике расчета нагрузок, рассчитывается  по формуле Эрланга, которая определяет вероятность того, что при нагрузке Y будет занято V линий (т.е. вероятность потерь, т.к. все  V  линий будет занято): 

Здесь Yр – расчетное значение поступающей нагрузки; V – количество СЛ; pв – вероятность потерь по вызовам.

 4.5 Охрана труда и техника безопасности при эксплуатации проектируемой сети связи на базе цифровой станцииDeinity

Безопасность работ при монтаже оборудования

При проведении работ и монтаже оборудования на станции необходимо соблюдать правила, выполнение которых позволяет избежать ряд травм обслуживающего персонала в ходе ведения работ. При проведении работ персонал должен использовать инструмент с изолирующими ручками. Корпуса переносок электроприборов должны быть заземлены. Перед ЭВМ, ЭУМ,щитом переключателя кросса, стативами с электронным оборудованием должны быть положены диэлектрические коврики. Платы типовых элементов замены (ТЭЗы), расположены в верхней части статива, должны заменяться только с применением исправных стремянок.У каждого статива должен быть свой инструмент для снятия статического электричества с персонала перед работой с оборудованием статива. За некоторое время до начала работы необходимо провести визуальный осмотр приборов и инструментов, которые будут применяться.Погрузочно-разгрузочные работы должны осуществляться на специальных площадках с твердым покрытием. Рабочие места и проходы на монтажной площадке не должны быть загромождены материалами, изделиями, кабелем.

ВНИМАНИЕ! Общие комментарии к монтажу ЦС Delfinity.

Защитное оборудование

Для предотвращения электрических травм, которые могут быть вызваны прикосновением к металлическим конструкциям или корпуса электрооборудования, оказывающихся под напряжением вследствие повреждения изоляции, применяется защитное заземление. Это преднамеренное соединение с землей или ее эквивалентом металлически нетоковедущих частей оборудования, которые могут оказаться под напряжением. Кроме того, в технике проводной связи заземление обеспечивает нормальную работу аппаратуры связи и целостность станционного и линейного оборудования.

Сопротивление защитного заземления для обеспечения нормального режима работы станции должно быть равно 2 Ом. Измерение сопротивления заземляющего устройства производится после монтажа оборудования, затем через год после ввода в эксплуатацию станции, а в дальнейшем два раза в год, если имеются стационарные измерительные заземления.

Охрана труда при работе с компьютером

В настоящее время на АТС типа SI-2000 работа оператора предполагает постоянное взаимодействие с персональным компьютером (ПК). Такая организация работы имеет много преимуществ: увеличивается быстродействие оператора, возможность доступа к базам данных, также возможность использования ПК в качестве электронной пишущей машинки и т.д.

Однако не следует забывать, что продолжительная работа с компьютером является причиной возникновения ряда болезней, кроме того, не исключается возможность долговременных последствий из-за воздействия излучения дисплея. Все это происходит вследствие того, что отрицательное воздействие компьютера на человека является комплексным:

- Монитор ПК является источником электростатического поля, слабых электромагнитных излучений (в диапазоне 2Гц-400кГц), рентгеновского излучения, ультрафиолетового излучения, инфракрасного излучения, излучения видимого диапазона.

- Неподвижная напряженная поза оператора, в течение длительного времени, прикованного к экрану дисплея, приводит к усталости и возникновению болезней в позвоночнике, шее, плечевых суставах.

- Интенсивная работа с клавиатурой вызывает болевые ощущения в локтевых суставах, запястьях, в кистях и пальцах рук.

- Так как деятельность оператора предполагает, прежде всего, визуальное восприятие отображенной на экране монитора информации, то зрительный аппарат подвергается значительной нагрузке, что ухудшает зрение.

- В связи с этими отрицательными качествами ПК необходимо учитывать следующие правила организации рабочих мест операторов ПК.

4.6 Характеристика существующей сети связи

Аналоговые телефонные сети относятся к глобальным сетям с коммутацией каналов, которые создавались для предоставления общедоступных телефонных услуг населению. Аналоговые телефонные сети ориентированы на соединение, которое устанавливается до начала ведения разговоров (передачи голоса) между абонентами. Телефонная сеть образуется (коммутируется) с помощью коммутаторов автоматических телефонных станций.  
 
Телефонные сети состоят из:

1. автоматических телефонных станций (АТС);
2. телефонных аппаратов; 
3. магистральных линий связи (линий связи между АТС);
4. абонентских линий (линий, соединяющих телефонные аппараты с АТС); 
    
   Абонент имеет выделенную линию, которая соединяет его телефонный аппарат с АТС. Магистральные линии связи используются абонентами по очереди.

Аналоговые телефонные сети используются также и для передачи данных в качестве:

1. сетей доступа к сетям с коммутацией пакетов, например, подключения к Интернет (применяются как коммутируемые, так и выделенные телефонные линии);
2. магистралей пакетных сетей (в основном применяются выделенные телефонные линии). 

Аналоговая телефонная сеть с коммутацией каналов предоставляет для пакетной сети услуги физического уровня, которая после коммутации является физическим каналом "точка-точка".  
 
Обычная телефонная сеть или POTS (Plain Old Telephone Service – старый “плоский” телефонный сервис) обеспечивает пропускание голосового сигнала между абонентами с диапазоном частот до 3,1 кГц, что является вполне достаточным для нормального разговора. Для связи с абонентами используется двухпроводная линия, по которой сигналы обоих абонентов во время разговора идут одновременно во встречных направлениях. 

 
Телефонная сеть состоит из множества станций, имеющих иерархические соединения между собой. Коммутаторы этих станций прокладывают путь между АТС вызывающего и вызываемого абонента под управлением информации, предоставляемой системой сигнализации. Магистральные линии связи между телефонными станциями должны обеспечивать возможность одновременной передачи большого количества информации (поддерживать большое количество соединений).  

 
Выделять для каждого соединения отдельную магистральную линию нецелесообразно,  и для более эффективного использования физических линий применяют:

1. метод частотного уплотнения каналов;
2. цифровые каналы и мультиплексирование цифровых потоков от множества абонентов.

 
Семейство DEFINITY 
 
Выбор необходимой конфигурации из семейства DEFINITY определяется размерами и производительностью системы. 
 
Линейка высокопроизводительных систем, основанных на процессорах RISC-архитектуры. 
 
DEFINITY ECS r - сверхпроизводительная система для самых крупных предприятий. ECS r гарантирует клиентам повышение производительности по мере интегрирования в систему новых функций. Максимальная конфигурация: 25000 абонентов, 4000 входных линий, обслуживает до 100000 вызовов в часы наибольшей нагрузки (ВЧНН). Исполнение: многополочный статив. 
 
Характерные особенности:

1. Станция может иметь вид одного многополочного статива или состоять из сети стативов, соединенных между собой через частную сеть или через сеть общего пользования. Для администрирования и диагностики представляет собой единое целое.

2. Предусмотрена возможность горячего резервирования жизненно важных компонентов системы.

3. Наличие дополнительных аппаратных и программных возможностей, превращающих систему в интеллектуальную телекоммуникационную среду обработки информационных потоков разного типа (например, система вместе с выполнением функций телефонной станции может работать как видеосервер с возможностью одновременного подключения 64 абонентов видеоконференции).

 
DEFINITY ECS si - высокопроизводительная станция для крупного и среднего бизнеса. Предназначена для обслуживания большого потока вызовов, а также соединения локальных вычислительных сетей с интенсивным обменом информацией. Максимальная конфигурация: 2400 абонентов, 400 входных линий. Выпускается как в многополочном, так и в однополочном исполнении. 
 
DEFINITY ECS vs - компактная система с высокой производительностью. Емкостью всего до 80 абонентов, система насыщена всем разнообразием функций и прикладных программ, свойственным моделям r и si. Выпускается в настенном исполнении. 

Проанализировав характеристики аналоговых и цифровых АТС очевидно, что цифровая аппаратура сети связи гораздо выгоднее в эксплуатации, чем аналоговая по всем параметрам.