Разработка способа улучшения качества и надежности связи путем переноса нагрузки с аналогового узла входящих сообщений на станцию типа S-12

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

Аннотация

В данной дипломной работе рассматривается эффективность и целесообразность, а также экономическая выгода ликвидации УВС №2 построенном на оборудовании координатного типа, и перенос нагрузки на оборудование электронного типа станций АТСЭ-41, АТСЭ-56 и АТСЭ-45.

Для достижения поставленной задачи потребовалось детально изучить все аспекты предстоящей работы, а именно: анализ существующего состояния связи при действующем типе коммутации; анализ поставленной задачи и варианты ее решения; выбор наиболее оптимального решения; реализация выбранного решения; безопасность жизнедеятельности; анализ, предстоящих экономических затрат.

Введение

По мере все более широкого использования телекоммуникационных возможностей на предприятиях и в частной сфере возрастают и требования клиентов к услугам связи, интеллекту сетей. С полным правом требуют они введения более жестких стандартов, в том числе надежности всех видов связи.

В нашей стране делает ставку на развитие сетей телекоммуникаций, потому что, именно цифровые системы коммутации и передачи данных являются той основой, которая и обеспечивает три непременных аспекта обслуживания клиентов. Это качество услуг, предоставляемых на сетевой платформе, их ассортимент, а также сокращение издержек.

Благодаря этим системам резко повышается надежность сети и, следовательно, улучшается качество передачи; кроме того, сокращаются сроки ввода номеров в эксплуатацию, совершенствуются расчеты с клиентами. Стало, например, возможным предоставление новых услуг. Поэтому, само собой разумеется, что параллельно развиваются сервисные возможности для клиентов. С позиции клиента, это уменьшение числа отказов, а с позиции оператора - сокращение численности обслуживающего персонала, снижение потребностей в производственных площадях.

В будущем АО «Казахтелеком» намеревается наращивать мощность сети путем внедрения технологии SDH на всей территории республики (магистральные сети и несколько ГТС крупных городов уже почти оптические с технологией SDH ), при которой значительно упрощен доступ к определенному сигналу, передаваемому в рамках мультиплексного сигнала с высокой цифровой скоростью.

Внедрение цифровых систем, кроме того, является одной из важнейших предпосылок для простого предоставления в распоряжение сервиса ISDN, а также на базе SDH строятся транспортная сеть NGN.

В мире наблюдается резкий рост пользователей сети «Интернет», в том числе в нашей Республике. Благодаря развитию телекоммуникационной сети все более улучшаются условия работы в сети «Интернет», и в этом направлении ведется непрерывная работа.

Компания должна удовлетворять растущие потребности клиентов. Дальнейшее расширение услуг связи являются важнейшими элементами сетевой стратегии.

В рамках проекта внедрения оптических линий связи строятся оптические абонентские сети. Однако волоконно-оптические линии не прокладываются вплоть до квартиры абонента; на сети также используется медный или коаксиальный кабель. Таким образом, в распоряжении оператора находится кабельная инфрастуктура, позволяющая в дальнейшем расширить возможности сети и предложить клиентам интерактивные широкополосные услуги.

Решающим фактором востребования новых услуг клиентами является повышение интеллектуальности и гибкости сети. Поэтому внедрение цифровых технологий сети идет там, где борьба за клиента ведется самым жестоким образом, а именно: в крупных индустриальных центрах с высокой плотностью абонентов. Конечно, это касается не только больших городов: она развернута по всей стране.

Современные требования к телефонной сети и ее развитие. Рассматривая историю развития электросвязи, следует отметить весьма важную закономерность - неизменность структурной схемы, принципов функционирования и состава основных компонентов: передатчик - сеть - приемник. В основе этих закономерностей лежат процессы интеграции.

Виды интеграционных процессов весьма разнообразны: совместное использование ресурсов, конвергенция - взаимное проникновение технологий, поглощение одной технологии другой, объединение, в результате которого расширяются возможности телеинформационных систем и появляются новые услуги связи.

Глобальным основополагающим направлением является переход всей техники и технологии электросвязи на электронную базу с высокой степени интеграции.

Вторым по важности и массовости направлением интеграции можно назвать внедрение последние 10-лет цифровых систем коммутации, а последние 2-3 года NGN- технологии сетях с применением гибких мощных коммутпатров. В течение последнего десятилетия этот процесс происходил во всех структурных компонентах электросвязи: каналах, передающих и приемных устройствах, оборудовании коммутации и управления, а также проявился в развитии и совершенствовании элементной базы и технологий.

На современном этапе развития электросвязи важнейшую роль играет, использование компьютера в сетях связи: системах передачи, коммутации, управления; терминальные устройства.

Одним из принципиальных этапов развития технологий электросвязи, так как представляет собой переход от адресации терминалов к адресации пользователей, является переход к персональной адресации. В настоящее время в каждом из видов связи существует своя система адресации. В персональной системе связи каждый пользователь будет иметь единый адрес, независимо от того в какую сеть он включен, какой вид связи использует и где находится в данный момент времени.

В качестве физической среды передачи современная связь использует эфир ( РРЛ, КВ, УКВ, ИСЗ) и направляющие системы ВОЛС.

Эти среды используют для образования каналов электросвязи с помощью систем передачи. Разработчики телекоммуникационного оборудования всегда стремились к увеличению пропускной способности систем связи, что было вызвано высокой стоимостью линий связи. Это достигалось путем интеграции каналов и служб связи.

В принципе сеть электросвязи должна быть безразлична к виду передаваемой информации и к требованиям, предъявляемым к ней передаваемыми сигналами.

Происходит слияние сетей общего пользования и частных, городских и локальных (объединяемых принципами «цифровой» связи, использованием однотипных каналов и методов коммутации), интеграция внутри одной сети разных систем передачи, алгоритмов, физических сред и технологий.

1. Аналитические исследования по теме работы и разработки по их технической реализации

1.1 Краткое описание г. Караганды

В феврале 1934г. Постановлением Президиума ВЦИК Караганда преобразована в город. Этот степной город с его шахтами и рабочими поселками строила вся страна.

Стальными магистралями, воздушными трассами и автомобильными дорогами Караганда связана с Уралом и Сибирью, Средней Азией, всем Востоком и Западом, Югом и Севером, и совсем не случайно ее называют индустриальным сердцем республики. Возникшая как город шахтеров, Караганда волею судьбы стала еще и городом машиностроения, городом строительной индустрии. Город Караганда является так же одним из крупных и важных центров науки и культуры республики. Здесь действуют семь высших учебных заведений, не считая филиалов иностранных и казахстанских ВУЗ-ов и одиннадцать научно-исследовательских и проектных институтов.

1.2 Характеристика телефонной сети г. Караганды

Карагандинская ГТС, является районированной с узлами входящих сообщений. Весь город разделен на узловые районы. Условно сеть разделена на 4 узла:

- Майкудукский узел;

- Юговосточный узел;

- узел Нового города;

- Пришахтинский узел.

Второй узел охватывает территорию Майкудука. УВС-2 координатного типа находится на АТС-24. Координатные РАТС-22, РАТС-23, РАТС-24 связаны между собой по принципу "каждая с каждой". РАТС-33 административно входит во второй узловой район, но по принципу построения межстанционной связи является отдельным узлом.

Седьмой узел связи охватывает следующую территорию: микрорайоны Юго - Востока, совхоз имени Энгельса, Федоровский район. Все станции этого узла координатного типа и связаны между собой по принципу "каждая с каждой". УВС координатного типа расположен на РАТС-74.

Четвертый узловой район расположен в центре города. Соединения между РАТС-41/42,РАТС-43/44, РАТС-45/46 построены по принципу "каждая с каждой". РАТС-47 из-за своей территориальной удаленности соединена с РАТС-45/46 цифровыми системами передач и транзитом через неё выходит на всю сеть. УВС-4 находится на РАТС-41/42.Четвертый узловой район является наложенной цифровой сетью.

Станции пятого узлового района постепенно заменены (1998-2004 г.) концентраторами цифровой станции типа S-12. Существующие, на сегодняшний день РАТС-56, РАТС-54, РАТС-55 соединены по принципу "каждая с каждой".

Станции на сети (ГТС г. Караганды) соединены между собой ИКМ - трактами. Процесс передачи сигнала в МСС осуществляется по трем средам передачи: симметричный кабель, оптический кабель, радиорелейные линии связи. На сети происходит постепенная замена медного кабеля на оптический. На данный период смонтировано и используется 69 км оптического кабеля, из них 41км используется в организации кольца SDH. Кольцо SDH организовано на базе израильского оборудования SDM4L для связи всех УВС и крупных РАТС всего города. Оно позволяет организовать 252 потока Е1 (2Мбит/с). Но этого не достаточно на данных участках сети так как между УВС необходимо организовать 367 потоков Е1. Поэтому межстанционные соединения в данных направлениях осуществляются ещё и по медному кабелю и по радиорелейным линиям. Так же на сети города при межстанционных соединениях используется PDH. При реализации плезиохронной сети используются двухмегабитные потоки, последовательно уплотненные до скорости 34Мбит/с.

С 1993 года по принципу «наложенная сеть» производилась реконструкция сети, замена ДШ АТС электронной станцией типа S12. На данный момент свыше 60 % ёмкости ГТС составляет электронная АТС. Основная замена оборудования произошла в районе «Нового города», поэтому как бы образовывается узел электронной АТС с узлом расположенным на АТС 41/42, где установили оборудование трёх типов: MLE - Midlle Large Exchange; SSA - Small Stand Alone; RSU - Remote Subscriber Unit.

MLE и SSA отдельно стоящие станции, а RSU- выносные абонентские модули.

До 2005 года заменены все ДШ АТС на цифровую с оборудованием Alcatel 1000 S-12 .

Alcatel 1000 S-12 - коммутационная система, применяемая практически во всех существующих сетях, легко адаптируемая к будущим требованиям и службам.

Alcatel 1000 S-12, в основном, разработана для использования в коммутируемой телефонной сети общего пользования и обеспечивает подключение аналоговых абонентов, абонентов ЦСИС, УПАТС, вынесенных блоков и т.п. Более того, система может взаимодействовать с сетью пакетной коммутации, широкополосной ЦСИС, интеллектуальными сетями, сетью управления связью, сетью Alcatel MAN и другими.

Пропускная способность оборудования абонентского интерфейса равно 0,05 Эрланг, а 1-го канала (СЛ) равно 0,8 Эрл.

Учитывая возможности станций типа S-12, их можно применять на любых уровнях проектирования сети в качестве местных, транзитных и комбинированных. РАТС-43/44 является комбинированной, то есть к ней подключены и абонентские линии и междугородные каналы. Связь РАТС с АМТС организована по ЗСЛ.

Все ведомственные станции объединены под кодом “49” и выходят через общий узел УПТС-49, который включен в РАТС-41/42, на городскую сеть. Исключение составляет УАТС-40, которая находится в Железнодорожном районе, территориально удалена от УПТС-49 и поэтому включена в РАТС-47.

Кроме ГТС в городе существует еще сети других операторов, в том числе АО «Транстелеком» и операторов сотовой связи, предоставляя своим абонентам такие виды услуг как: режим ожидания, голосовая почта (автоответчик), переадресация и др.

Общая номерная емкость ГТС г. Караганды составляет: 117212 номера монтированной емкости и 106661- задействованной.

Плотность телефонизации. В г. Караганде на данный момент проживает свыше 500 тыс. человек. Плотность телефонов на 100 жителей составляет около 30 ТА, на 100 семей - 79,32 ТА.

И так на городской сети связи эксплуатируется 7 станций координатного типа: АТСКУ-22; АТСКУ-23; АТСКУ-24; АТСКУ-72; АТСКУ-73; АТСКУ-74; АТСКУ-75.

Девять станций электронного типа системы S-12 и четырнадцать RSU: АТСЭ-41/42; АТСЭ-43/44; АТСЭ-45/46; SSA-460; SSA-457; SSA-454; АТСЭ-47; АТСЭ-48; АТСЭ-56.

Данные по ГТС г. Караганды показаны в виде таблицы 1[П.А.].

Исходя из предоставленных данных, имеем 91% - от общей емкости сети - квартирной емкости, 8,8% - народнохозяйственной, 0,2%- таксофонов.

Схема организации межстанционной связи (МСС) представлена в конце пояснительной записки (рисунок 1) [П.А.].

1.3 Проблемы и пути улучшения качества связи

Как было указано выше, постепенно устаревшее оборудование менялось на новое, и сейчас возникла проблема улучшения качества связи с наименьшими затратами и наибольшим эффектом.

Как известно г. Караганда - шахтерский город. По этому в силу специфики добычи угля город разбросан. Один административный район от другого находится на немалом расстоянии. Следовательно, соединение между этими районами осуществляется по уплотненным линиям связи. До 1993 года использовались аналоговые каналы с применением аппаратуры «КАМА».

В конце 1993 года произвели цифровизацию с применением РРЛ. Цифровизация каналов коснулась не только соединения между узлами, но и между станциями внутри узла. Эти мероприятия привели к кое-каким нюансам. Например, чтобы осуществить связь, допустим, от абонента узлового района №7 (Юго-восток) до абонента узлового района №2 (Майкудук), информационный сигнал претерпевает несколько преобразований из аналогового вида в цифровой и наоборот. Аппаратура преобразования сигналов вносит искажения и помехи, т.е. теряется качество связи. Чтобы не допустить потери приходиться постоянно настраивать системы приема -передачи, что не целесообразно в условиях новейших технологий.

Детально рассмотрим путь соединения от источника до приемника. На рисунке 1 видно что, для того чтобы маркер УВС №2 определил вторую цифру направления, приходится цифровой поток входящий от ИКМ 7-го узла преобразовывать в аналоговую и затем обратно - в цифровую. Так как на сети г. Караганды имеются станции типа АТСЭ, то можно организовать путь прохождения через ступень электронной станции, которая может обработать сигнал без дополнительного преобразования, что изображено на рисунке 2 [П.Б.].

При ликвидации УВС-2 как такового, мы ничего не теряем не в плане экономической не в плане технической стороны, а наоборот -приобретаем. В плане технической стороны улучшается качество связи, так как исключаются: потери, помехи, вносимые оборудованием преобразования, “подсадки” и тому подобное. А качество в свою очередь косвенно влияет на доходы предприятия. Тем более, что без капитальных вложений и при экономии на средствах эксплуатации ( электроэнергия, запасные части, обслуживающий персонал и т.д.), мы достигнем поставленной задачи: качество связи с наименьшими затратами.

Как видно из приведенных данных административный район «Майкудук» - узловой район номер 2, с входящими в него станциями, является узлом координатного типа. Аналогично район « Юго-восток »- узловой район номер 7 - координатный. Административный район « Новый город »- узловой район номер 5 -смешанного типа.

Связь одного узлового района с другим претерпевает неоправданные и не нужные при современных условиях преобразования. Следовательно: нужно избавиться от этих преобразований. Для реализации поставленной задачи нужно выбрать наиболее оптимальный вариант.

Если ликвидировать УВС-2, а практически демонтировать II ГИ, то необходимо поступающую на них нагрузку перенаправить на оборудование, которое сможет ее обслужить. Этим оборудованием станет ступень электронной станции. Выбор станции осуществляется с учетом уже существующих межстанционных соединительных линий, возможностями станции, и ее физического расположения. Для надежности мы пустим нагрузку через две электронные станции. Это АТСЭ-56 и АТСЭ-41/42. И так, абонент седьмого узла при выходе на станции АТСКУ-22, АТСКУ-23, АТСКУ-24 попадает либо на АТСЭ-41/42, либо на АТСЭ-56, а там будут уже созданы конкретные транкгруппы непосредственно на каждую станцию. И связь будет осуществляться по разным средам и системам передачи, для устойчивости системы, если возникнут какие либо повреждения того или иного пути соединения, влияющие на потерю связи.

Связь между АТС-22, -23, -24, -45/46 будет осуществляться способом «каждая с каждой». На этих станциях нужно будет поставить дополнительно системы ИКМ, для связи от АТСЭ-56 , АТСЭ-41/42 и АТСЭ-45/46.

На рисунке 3 представлена структурная схема связи при современном состоянии сети в интересующем нас направлении [П.Б.].

На рисунке 4 представлена структурная схема связи после реализации поставленной задачи в том же направлении [П.Б.].

Преимущества данного решения в том, что даже при прерывании линии связи одновременно на двух разных участках, связь не прекратится, так как существуют альтернативные пути.

Выбор метода решения задачи продиктован возможностями электронных АТС, устойчивостью системы и минимальными затратами на реализацию.

Как было указано выше, постепенно устаревшее оборудование менялось на новое, и сейчас возникла проблема улучшения качества связи с наименьшими затратами и наибольшим эффектом.

1.4 Перспективное развитие сетей и систем связи - NGN

Уже более 20 лет прошло с тех пор, как на сетях связи стран СНГ, в том числе Казахстане массово появились цифровые системы коммутации. Технологический шедевр для своего времени в начале XXI века все больше начинает напоминать увешанную игрушками рождественскую елку. Постоянно появляющиеся в течение последнего времени новые требования заставляют разработчиков цифровых АТС оснащать их все новыми и новыми модулями. И если модуль ОКС7 в свое время органично вошел в архитектуру цифровых АТС, то модули IPOP (Internet Point of Presence), СОРМ (система оперативно-розыскных мероприятий) и т.п. являются для этой архитектуры уже обременительным грузом. Действительно, технологический ресурс цифровых АТС практически исчерпан. Мало того, в условиях поступления на сети связи нового по своему характеру трафика системы коммутации, разработанные для условий телефонной сети связи общего пользования (ТфОП), вряд ли могут функционировать эффективно.

Теория конвергенции, разработанная в конце XX века, предусматривает дальнейшее развитие сетей на основе консолидированного ресурса ТфОП, сотовых сетей связи и Интернет. При этом поступающий на конвергентную сеть трафик действительно является многомерным и для его обслуживания требуются не только усовершенствованные принципы построения сети, но и новые технологические средства, прежде всего для интеллекта сети - систем коммутации.

Реальный импульс в деле построения новых сетей связи странах СНГ, в том числе в России, дало изобретение российскими учеными во главе с доктором технических наук А.Е. Кучерявым и кандидатом технических наук Л.З. Гильченко в начале XXI века системы коммутации 5-го поколения САПФИР (Система Автоматической коммутации Пакетов для Фиксированных, Интернет и Радиосетей). За рубежом такие системы получили название SIP-enabled PSTN switches (SIP - системы коммутации для сетей связи общего пользования).

Протокол SIP (Session Initiation Protocol - протокол инициализации сеансов) в настоящее время является признанным мультимедийным протоколом, обеспечивающим передачу речи, данных, изображений и т. д. в новых сетях связи общего пользования, заменяя существующий ОКС7.

Наличие технологических и алгоритмических новшеств в виде систем коммутации 5-го поколения и протокола SIP соответственно вкупе с дальнейшим развитием сети Интернет и новых услуг телекоммуникаций реально поставило вопрос о возможности модернизации сетей связи общего пользования на основе концепции NGN (Next Generation Network) - сетей связи следующего поколения.

Одним из основных отличий концепции NGN от реализуемых до этого сетевых инфраструктур является переход к принципиально другой функциональной модели. В классической ТфОП основными функциональными элементами являлись узлы доступа и узлы коммутации различного уровня. При этом оборудование узла коммутации решало одновременно несколько задач: коммутацию потоков пользовательской у информации, обработка вызова и предоставление услуг. Реализация интерфейсов между этими функциями была внутренним делом производителя системы коммутации и не подлежала регламентации. Развитие классической ТфОП, связанное, прежде всего, с появлением технологии ISDN, позволило несколько разделить функции обработки сигнализации и коммутации потоков пользовательской информации. Как результат, появились новые функциональные элементы, такие как выделенные пункты транзита сигнализации (STP), а топология сигнальной сети стала отличаться от топологии сети коммутации. С другой стороны, сигнальная сеть решала вопросы транзита сигнальных сообщений, но задача обработки информации уровня ISUP, а, следовательно, и управления коммутацией, в любом случае решалась в точке совпадения топологий, т. е. в системах коммутации.

Концепция NGN, в первую очередь, характеризуется четким разделением трех уровней соединения в соответствии с их функциональными задачами: для коммутации и передачи речевой информации используется транспортный функциональный уровень, для передачи информации сигнализации - уровень сигнализации, а предоставление услуг, отличных от базовых, осуществляется со стороны уровня услуг. При этом между уровнями определены интерфейсы, которые являются объектом стандартизации. Получив подобную независимость друг от друга, уровни в дальнейшем могут развиваться самостоятельно. Более того, с точки зрения административного деления сети может ставиться вопрос о том, чтобы услуги различных уровней предоставлялись различными операторами.

Второй особенностью инфраструктуры NGN является использование универсальных технологий транспортной сети, базирующихся на технологиях пакетной коммутации. В классических сетях предоставление услуг ТфОП базировалось на технологии коммутации каналов, а предоставление услуг доступа к сетям передачи данных и передачи данных предполагало либо формирование новой транспортной структуры, либо неэффективное использование существующего транспорта сети с коммутацией каналов. Тогда как в сетях NGN пакетные технологии, определенные для передачи данных, используются для предоставления всех видов услуг.

Ниже приведена общая архитектура сетей NGN (рисунок 1.1).

Рисунок 1.1 - Общая архитектура сети на основе решений NGN

Основными элементами сети NGN являются: гибкие коммутаторы (SoftSwitch); АТС с функциями контроллера шлюзов сигнализации (MGC); шлюзы (Gateways); транспортная пакетная сеть; сервера приложений; терминальное оборудование.

Сеть NGN должна предоставлять возможности (транспортные ресурсы, протоколы и т. д.) для целей создания, развертывания и управления всеми возможными видами услуг (известными или пока не известными). Сюда входят услуги, использующие среду разного вида (аудио, визуальную, аудиовизуальную) со всеми типами схем кодирования и услуги передачи данных, диалоговые, с адресацией конкретному устройству, групповой адресацией и вещанием, услуги передачи сообщений, простой передачи данных в реальном масштабе времени и в автономном режиме, с регулированием задержки и устойчивые к задержке услуги. Услуги с различными требованиями к ширине полосе от нескольких кбит/с до сотен Мбит/с, с гарантированной полосой или без нее, должны поддерживаться в рамках возможностей технологии транспортировки. В NGN делается особый упор на обеспечение соответствия требованиям заказчика со стороны поставщиков услуг, причем некоторые из поставщиков будут предлагать своим клиентам возможность настройки своих собственных услуг. NGN должна включать связанные с обслуживанием интерфейсы программирования приложений (API), чтобы поддерживать создание, предоставление и управление услугами.

Мировые тенденции развития сетей телефонной связи показывают:

1)Ряд поставщиков почти прекратил выпуск коммутационного оборудования (Ericsson - только мобильные коммутаторы, NEC - только для Российского рынка, Siemens - производство EWSD только до 2010 г.);

2)Развитие стандартных коммутационных систем сильно сократилось. В основном идет процесс адаптации к сетям нового поколения;

3)Через определенное время на рынке останется ограниченное количество поставщиков коммутационного оборудования;

4)Поддержка установленного оборудования будет затруднена, т.к. поставщикам будет не выгодно поддерживать не перспективное оборудование;

5)Ряд крупнейших операторов (AT&T, Verizon, BT, DT, NTT, Telecom Italia и др.) приняли принципиальное решение больше не развивать технологии TDM;

6)Приняты решения и реализуются проекты по замене транзитных сетей на сети VoIP. При этом стандартный телефонный сервис предоставляется так же по технологиям VoIP, VoDSL и др.

Предложенный вариант улучшения качества связи на выше указанном узловом районе (УВС2) города Караганда имеет временный характер (т. е. нет смысла замены оборудования АТСК на бесперспективную ЦАТС), поэтому необходимо в сети ГТС г. Караганды средств на модернизацию отправить на создания мощной транспортной среды (на предпосылки создания NGN-сетей).

2 Техническая часть

2.1 Возможности существующей цифровой коммутационной системы

Как описано выше в ГТС города Караганды из цифровых систем коммутации эксплуатируются только системы S-12. Ниже приводятся особенности, характеристика и др. параметры данной системы.

2.1.1 Система оборудования S-12

Система S-12 относится к числу наиболее известных и перспективных систем. Главным преимуществом системы S-12 является полностью распределенное управление. Вследствие этого аппаратное и программное обеспечения организованы в виде отдельных модулей, взаимодействующих между собой посредством хорошо определенных интерфейсов. Модульная структура позволяет изучать каждый модуль отдельно, не зависимо от других. Разные функции выполняются исключительно индивидуальными микропроцессорами. Каждый процессор обрабатывает трафик ограниченного числа терминалов сети. Благодаря этой уникальной архитектуре системы распределенного управления Alcatel 1000 S-12 использует единое базовое оборудование и элементы программного обеспечения для построения полного диапазона применений, включая: удаленные абонентские блоки (RSU); малые местные станции (SSA); средние и большие местные станции (MLE); транзитные станции; междугородные станции; международные станции; системы обслуживания операторами; центры обслуживания; центры таксации телефонного трафика; центры коммутации мобильной связи; пункты коммутации служб; транзитные пункты сигнализации.

Все станции Alcatel 1000 S-12 во всем диапазоне предоставляют полный объем услуг и возможностей, как абонентам так и операторам сети, включая ЦСИС, Интеллектуальной Сети (IN).

Емкость системы S-12 может достигать: 120 000 абонентских линий (городская станция); 85 000 соединительных линий (междугородная станция). Трафик - 35 000 Эрланг. Поток вызовов в ЧНН - более 2 000 000.

2.1.2 Структура системы

Функциональная структура системы S-12 чрезвычайно проста. Она состоит из цифрового коммутационного поля (DSN - Digital Switching Network), к которому подключены различные терминальные модули в соответствии с емкостью АТС, а также службами и возможностями, которые она обеспечивает.

Функциональная схема S-12 имеет радиальную структуру, центром которой является DSN, к которому радиальными связями соединены модули. Эти модули подключаются к полю с помощью ИКМ - трактов, модифицированных для выполнения внутренних функций системы.

Основными функциями DSN является выполнение команд процессоров для установления соединений между абонентскими или соединительными линиями, для передачи речи и данных, и для передачи сообщений между процессорами.

Функциональным блоком Цифрового Коммутационного Поля (ЦКП) является Цифровой Коммутационный Элемент. Каждый коммутационный элемент имеет 16 портов. Каждый порт имеет отдельные входящий и исходящий ИКМ - на 32 канала, каждый канал передает слова по 16 бит.

Цифровой коммутационный элемент осуществляет пространственную коммутацию между портами и временную коммутацию между каналами, позволяя коммутировать каждый из 512 входящих каналов с любым из 512 исходящих каналов. Цифровой коммутационный элемент реализован на одной печатной плате, являющейся базовым блоком для построения DSN.

DSN состоит из совокупности цифровых коммутационных элементов. Поскольку DSN строится с использованием только одного типа плат, и поскольку добавление нового коммутационного элемента выражается очень малым увеличением стоимости, наращивание DSN может выполняться в соответствии с индивидуальными потребностями администраций связи.

Архитектура ЦКП предоставляет большие преимущества для эксплуатации:

наращивание поля возможно без остановки работы;

не требуются кабели фиксированной длины, благодаря полностью асинхронному принципу поля;

возможно подключение n x 64кбит /с каналов, где n = 1, 2, 6, 24, 30.

Число ступеней и планов DSN может быть легко увеличено, для чего имеется 2 возможности:

увеличение числа входов (подключенных абонентов);

увеличение различных путей через поле (пропускной способности).

Все модули подключаются к полю при помощи модифицированных ИКМ - трактов каждый и используют единый протокол обмена, независимо от типа модуля. Все модули содержат общую часть, называемую элементом управления (СЕ), состоящую из микропроцессора и его памяти, а также стандартного интерфейса с КП. Эти элементы управления разделены на 2 группы:

терминальные элементы управления (ТСЕ);

дополнительные элементы управления (АСЕ).

Терминальными называются такие элементы управления, которые имеют кластер, т.е. оборудование, которое призвано выполнять специальные функции данного модуля, например, оборудование ИКМ - трактов. В качестве интерфейса с кластером используется тот же самый стандартный интерфейс. Однако имеются другие элементы управления, которые предназначены исключительно для выполнения функций поддержки ТСЕ. Они выполняют специфические задачи, такие как обработка ошибок, анализ префикса, идентификация местного абонента и др., при этом не имеют кластера или др. оборудования в отличие от остальных элементов управления. Эти элементы управления называются дополнительными.

ТСЕ обслуживают определенное число терминалов сети, таких как абонентский модуль (ASM-Analog Subscriber Module), содержащий 128 комплектов аналоговых абонентских линий или 64 базовых доступа ЦСИС, и 32-х канальный Модуль Цифровых Трактов (DTM- Digital Trunk Module).

АСE (Auxiliary Control Element) выполняют дополнительные управляющие функции, такие как административное управление, управление ресурсами, пересчет, тесты техобслуживания и т.д. АСЕ со специфичными функциями, такими как управление ресурсами, полностью зарезервированы. В свою очередь некоторые их функции могут быть распределены по разным АСЕ, работающим независимо, для увеличения производительности и для надежности. Кроме того, обеспечивается пул резервных АСЕ. Если один АСЕ в дублированной паре отказывает, другой берет нагрузку на себя, а запасной из пула загружается соответствующей программой и корректируется. Таким образом обеспечивается постоянно горячий резерв для немедленного подключения.

Все элементы управления, ТСЕ или АСЕ, состоят из идентичных типов компонентов и включаются в Цифровое Коммутационное Поле одинаковым образом.

Распределенное управление является ключевой функциональной характеристикой Alcatel 1000 S-12. Поскольку центрального процессора не существует, телефонная администрация не обязана делать большие, неэффективные вложения ни при установке малых систем, ни при их последующем наращивании. Кроме того, распределенное управление делает Alcatel 1000 S-12 устойчивой к отказам (центрального процессора, управляющего работой всей станции), устойчивой к изменениям в будущем (применения требуют только новых модулей), а также обеспечивает полный диапазон емкостей (емкость наращивается плавно и экономично согласно требованиям заказчика).

2.1.3 Функциональная схема S-12

На рисунке 5 представлена структурная схема системы S-12 [П.Б.].

В состав оборудования S-12 входят следующие типы терминальных модулей (ТМ) перечислим их и дадим краткую характеристику:

- модуль аналоговых абонентских линий (ASM) обеспечивает подключение до 128 аналоговых абонентов при средней нагрузке до 0,15 Эрланг на линию. Эти модули работают в режиме перекрестного соединения. Различные виды абонентских установок (обычные, таксофоны, абоненты с высоким приоритетом и другие) могут подключаться к одним и тем же линейным комплектам. Существуют аналоговые модули для подключения абонентов ЦСИО, радиотелефонов и другие;

- модуль цифрового тракта (DTM), необходимый для подключения внешних систем (АТС, учрежденческих АТС и так далее) при помощи стандартного ИКМ - тракта, позволяет поддерживать сигнализацию по выделенному временному каналу или по общему каналу сигнализации системы сигнализации (ОКС №7). Модуль цифрового тракта рассчитан на включение одной цифровой соединительной линии. DTM запараллелен по управлению ещё с одним таким же модулем, что позволяет при отказе одного из ТСЕ установить соединения, обслуживаемые этим модулем под управлением ТСЕ другого модуля. Одно и то же оборудование может работать с различными типами сигнализации (различные виды многочастотной или цифровой сигнализации), функционирование которых обеспечивается специальными сигнальными модулями (модулями служебных комплектов или модулями цифровой сигнализации).

- модуль служебных комплектов или многочастотных приёмопередатчиков (SCM) обеспечивает приём, обработку и передачу многочастотных сигналов, предусмотренных системами сигнализации R1 R2 и ОКС №7, для приёма сигналов частотного набора номера. Модуль состоит из процессора (MCUA) и платы цифрового сигнального процессора (DSPA). DSPA содержит схемы приёма и передачи, а так же каналы для создания конференц-связи;

- модуль концентраторов (IRIM) служит для подключения выносных концентраторов к оборудованию S-12. Выносные концентраторы IRSU обслуживают районы с малым количеством абонентов, где установка более крупной станции нецелесообразна. Абонент, подключённый к IRSU, может пользоваться теми же службами и возможностями, которыми пользуются абоненты, непосредственно подключенные к станциям Alcatel 1000 S-12. IRSU позволяет подключить до 976 удаленных аналоговых абонентов или до 480 удаленных абонентов ISDN. Соотношение между количеством аналоговых абонентов и абонентов ISDN может изменяться в зависимости от требований, учитывая соотношение - один абонент ISDN эквивалентен двум аналоговым абонентам. В станцию Alcatel 1000 S-12 могут быть включено несколько IRSU.

При многоточечном включении допускается максимально до 8 IRSU;

- модуль общего канала высокой производительности (НССМ) - обеспечивает формирование и расшифровку сообщений передачи данных системы сигнализации №7. Проверяет блоки на правильность приёма и отправляет сообщения в двухпортовую память, оповещая при этом процессор ОВС. ОВС читает сообщение и продолжает процесс его передачи в соответствии с указанным адресом назначения. Таким образом, он направляет сообщение DTUA, которому принадлежит речевой канал, соответствующий коду идентификатору канала (CIC), или направляет это сообщение в блок SLTA, соответствующий исходящему каналу сигнализации, который используется для передачи в пункт назначения;

- модуль абонентов ISDN (ISM) - служит для приема и обработки сигналов U-интерфейса. Интерфейс позволяет осуществить передачу и приём к/от абонента по двум каналам 64 кбит/с сигналов речи, данных и по одному каналу 16 кбит/с сигнализацию пакетного протокола Х.25 с использованием той же пары проводов аналоговой абонентской линии. Со стороны абонента можно подключить до 8 терминалов. Для того, чтобы можно было осуществлять передачу со скоростью 144 кбит/с по одной паре проводов, применяется многоосновное кодирование - линейные 3 и 4 уровневые коды. Эти линейные коды уменьшают исходную информационную скорость на 75% и 50% в зависимости от используемого кода. В абонентском модуле происходит преобразование этих кодов в двоичный код, разделение двух направлений передачи и подавление эхо сигналов;

- модуль звена данных (DLM). Модули системы Alcatel 1000 S-12 не поддерживают подключения модемов. Поэтому, когда требуется подключение аналогового модема (например, соединение с Электронным Центром Обработки Данных через сеть с коммутацией пакетов или соединения для использования аналоговой сигнализации №7), то используется дополнительный модуль: M3D.

Сообщения сигнализации №7 формируются в модуле НССМ или в IPTM. Оттуда они передаются непосредственно в модуль DLM, который подключается к модему с помощью интерфейса V.24;

- модуль трактов ISDN (ITM). Для абонентов с высокой нагрузкой, таких, например как ISDN PABX, существует соединение, называемое первичным доступом. Этот доступ основан на 32 канальном ИКМ тракте, в котором один канал зарезервирован под сигнализацию для всех остальных;

- кроме терминальных модулей в состав оборудования S-12 входят системные модули (СМ), представляющие собой специализированные блоки, каждый из которых предназначен для выполнения функций общих для группы однотипных ТМ или для всей станции;

- модуль периферийных устройств и загрузки (P&L) - выполняет функцию технического обслуживания программных и аппаратных средств S-12, управление внешней памятью и периферийными устройствами, обеспечивающими взаимодействие обслуживающего персонала с системой, а также предназначен для загрузки программного обеспечения станции. Этот модуль обеспечивает подключение различных периферийных устройств (видеотерминалов связи человек-машина, принтеров, магнитофонов, дисководов и другое), а также панелей и ламп сигнализации. Они обслуживают аварийную сигнализацию на стативе и главную панель аварийной сигнализации. На каждой станции обязательно оборудуются два модуля, работающие в режиме активный/резервный;

- модуль тактовых и тональных сигналов (C&T) обеспечивает сигналы синхронизации системы, генерирует необходимые тональные сигналы, отсчет текущего календарного времени и обработку испытательных сигналов АЛ и СЛ. На каждой станции обязательно оборудуются два модуля, работающие в режиме активный/резервный;

- дополнительные элементы управления (АСЕ) обеспечивают выполнение дополнительных функций, зависящих от программ и данных которые в них заложены. Эти программы определяют и название дополнительного элемента. ACE выполняют следующие основные функции: реализуют службу вызова, сбор данных по тарификации, защиту на случай отказа, обеспечение дистанционной эксплуатации и техобслуживания, управление ОКС №7, сбор данных и управления ресурсами соединительных линий, обслуживание интеллектуальной сети и взаимодействия открытых систем. Каждая группа функций сосредоточена в нескольких ACE, имеющих следующие названия: АСЕ обслуживания вызова (SCALSV), ACE защиты, дистанционной эксплуатации техобслуживания, управления ОКС №7 (DFN7OCE), ACE сбора данных и управления ресурсами соединительных линий (SLDCTRA), АСЕ тарификации (SACEPBCH), АСЕ интеллектуальной сети (SINOSI).

На станциях средней и большой емкости (более 12000 абонентских линий и 6000 соединительных линий) вследствие перегрузки распределенного управляющего комплекса часть его функций передается АСЕ. Этот специальный АСЕ называется ADMINCE и работает в режиме разделения нагрузки. С другой стороны на каждой станции оборудованы АСЕ, которым не придаётся никаких специфических функций. Эти АСЕ называются свободными. Их основная задача брать на себя функции любого другого АСЕ, вышедшего из строя. Количество модулей АСЕ зависит от поступающей нагрузки и подлежит расчету;

- модуль тестирования соединительных линий (ТТМ) предназначен как для проверки соединительных линий во время аварийных ситуаций, так и для периодических эксплуатационных проверок. С помощью этого модуля можно производить различные процедуры тестирования соединительных линий. Модуль может тестировать соединительные линии других типов станций, не являющихся системами Alcatel 1000 S-12, но располагающими устройствами рекомендованными МККТТ. ТТМ может производить измерения мощности и уровня шума в речевом сигнале, переданному по любому каналу линии, формировать любые тональные сигналы голосового диапазона в противоположном направлении. Для взаимодействия аппаратуры на противоположных концах звена, проходящего через телефонную станцию, применяется многочастотная сигнализация кодом №5 согласно МКНТТ. Этот код может быть выделен модулем, пропущен через него и сгенерирован им самим. С помощью ТТМ можно наблюдать сигнализацию CAS,передаваемую на позициях пустых битов в каждом канале цифрового звена, подключаемого к ТТМ;

- цифровой Интегральный Модуль Оповещения (DIAM) используется для передачи абонентам сообщений о различных изменениях, например, что номер вызываемого абонента изменен на другой и прочее. Он используется также для сообщений времени, то есть в роли «говорящих часов». Оповещения посылаются в модуль C&T по шине распределения тональных сигналов, если сообщения одни и те же, или через коммутационное поле к месту назначения, если они меняются. Изменяемые оповещения, такие как, например, оповещение о новом номере вызываемого абонента формируются в Элементе Управления из набора элементарных оповещений.

Организация программного обеспечения базируется на операционной системе и базе данных, которые являются специфическими для данной системы. С помощью которых, функционируют прикладные программы и модули программного обеспечения. Данные и программы также распределены в системе, при этом вся информация остаётся доступной для любого микропроцессора.

На станциях Alcatel 1000 S-12 не всегда используются все выше перечисленные модули. В зависимости от назначения станции, состава абонентов используются те или иные модули.

Функциональная структура Alcatel 1000 S-12 очень проста. Она состоит из Цифрового коммутационного поля (DSN), к которому подключаются различные терминальные модули в соответствии с ёмкостью АТС, а также службами и возможностями, которые она обеспечивает.

2.1.4 Программное обеспечение. Обзор

Уникальность концепции разработки S-12 заключается в распределенной архитектуре системы и полностью распределенном процессе функционирования.

S-12 объединяет традиционные технические приемы и области технического обслуживания системы:

а) программное обеспечение (ПО) имеет модульную структуру;

б) используется язык высокого уровня CHILL (согласно рекомендациям CCITT);

в) стандартные интерфейсы ПО служат логическим барьером для распространения ошибок по системе;

г) база данных также имеет модульную структуру, всё аппаратное обеспечение системы классифицируется в программном обеспечении на блоки надежности (ББ), где каждый блок безопасности включает в себя группу функционально-связанных схем, которые полностью заменяются в случае обнаружения неисправности группы.

При разработке ПО для S-12, основное внимание уделялось следующему:

- обеспечение модульности архитектуры;

- обеспечение наибольшей, насколько возможно, независимости от аппаратного обеспечения.

Технические приёмы и принципы, которые применялись при разработке программного обеспечения:

а) разделение ПО по уровням, в соответствии с концепцией виртуальных машин. Четыре уровня ПО;

б) использование стандартных сообщений для связи между модулями ПО;

Модульная структура Alcatel S-12 позволяет для широкого диапазона конфигураций использовать одни и те же базовые элементы и схожую структуру. Используются все возможные конфигурации: от малых вынесенных абонентских блоков до больших местных станций. Более того, система предоставляет абонентам все возможные услуги вне зависимости от конфигурации. В таблице 2.1 приведен краткий перечень применений станции Alcatel S-12.

Таблица 1.1 - Краткий перечень применений Alcatel S-12

Перечень применений Alcatel S-12	Параметры
Местные, транзитные (междугородные) и комбинированные станции	От 512 до 100000 линий до 60000 трактов
Междугородные станции	-------------------------------------------
Станции малой емкости SSA (малая отдельно стоящая АТС)	От 256 до 3840 линий
Вынесенные блоки: вынесенный абонентский блок	До 976 аналоговых линий

Другие конфигурации:

- центр обслуживания сети;

- пункт коммутации службы для интеллектуальных сетей.

2.2 Проверочный расчет интенсивности возникающей нагрузки телефонной сети

Возникающая нагрузка. Возникающую нагрузку создают вызовы поступающие от абонентов и занимающие на некоторое время различные соединительные устройства станции.

Согласно нормам технологического проектирования следует различать три категории источников: народнохозяйственный, квартирный, и таксофоны. Интенсивность местной возникающей нагрузки может быть определена, если известны следующие её параметры:

Nнх, Nк, Nт - число телефонных аппаратов народнохозяйственного сектора, квартирного сектора и таксофонов.

Сих, Ск, Ст - среднее число вызовов в ЧНН от одного источника.

Тих, Тк, Тт - средняя продолжительность разговора абонентов а ЧИМ.

Из статистических данных по ГТС имеем: в городе 91% аппаратов квартирного сектора, 8,8 %-народно хозяйственного сектора и 0,2%-таксофонов.Параметры нагрузки приведены в таблице 1 [П.В.].

-доля вызовов, закончившихся разговором.

Интенсивность возникающей местной нагрузки (в АТСЭ 41/42 это нагрузка на входе DSN, а для аналоговых станций на входе ГИ) источников i-й категории, выраженная в Эрлангах, определяется формулой:

, (2.1)

где - средняя продолжительность одного занятия, с:

, (2.2)

Продолжительность отдельных операций по установлению связи, входящих в формулу (2.2), принимают следующей: время слушания сигнала ответа станции ; время набора n знака номера с телефонного аппарата n ; время посылки вызова вызываемому абоненту, при состоявшемся разговоре ; время установления соединения .

Коэффициент учитывает продолжительность занятие приборов вызовами, не закончившихся разговором (занятость, не ответ вызываемого абонента, ошибки вызывающего абонента). Его величина в основном зависит от средней длительности разговора и доли вызовов, закончившихся разговором , и определяются по графику рисунка 1[П.В.].

Для абонентов народнохозяйственного сектора:

На примере АТСЭ-41/42 рассчитаем все показатели, согласно формулам 2.1……..2.7, и все расчеты занесем в таблицу (2.1).

Для абонентов квартирного типа:

Для таксофонов:

Найдем нагрузку на входы DSN:

Таким образом возникающая на входе DSN местная нагрузка от абонентов разных категорий включённых в данную станцию:

(2.3)

Распределение возникающей нагрузки на входе DSN (ГИ). Местная нагрузка от абонентов АТСЭ-41/42, поступающая на вход DSN распределяется по станциям сети и к узлу спецслужб.

Рассмотрим способ распределения нагрузки, по которому достаточно знать возникающую местную нагрузку каждой станции сети. В качестве основных параметров принята нагрузка телефонной станции и общая нагрузка телефонной сети.

Находим нагрузку на входе DSN АТСЭ-41/42, подлежащую распределению между всеми АТС:

, (2.4)

где

(2.5)

Одна часть нагрузки замыкается внутри станции , а вторая - образует потоки к действующим АТС.

Внутристанционная нагрузка определяется по формуле:

 , (2.6)

где - доля или коэффициент внутристанционного сообщения, определяется по значению коэффициента веса , который представляет собой отношение нагрузки данной станции к аналогичной нагрузке всей сети:

(2.7)

где m- число станций на ГТС, включая данную (рассматриваемую).

Теперь по формуле (2.6) вычисляем нагрузку на входе DSN , которая будет замыкаться внутри данной станции:

Остальная, исходящая от АТСЭ 41/42 нагрузка:

Таблица 2.1 - Внутристанционные и входящие нагрузки на входах DSN (ГИ)

АТС	Ёмкость	Yj,Эрл			Y'j,j	Y'исх j
АТСКУ- 22	5000	144.29	4.27	20.31	29.31	114.98
АТСКУ- 23	3000	86.57	2.56	19.22	16.7	69.87
АТСКУ- 24	5000	144.29	4.27	20.31	29.31	114.98
АТС- 33 (RSU)	8000	230.87	6.83	22.3	51.48	179.39
АТСЭ-45/46	3104	89.54	2.65	19.26	17.25	72.29
SSA-460	3072	88.62	2.62.	19.23	17.04	71.58
АТСЭ-47	4992	144.05	4.3	20.12	28.98	115.07
SSA-457	3000	86.57	2.56	19.22	16.7	69.87
АТСКУ-72	5000	144.29	4.27	20.31	29.31	114.98
АТСКУ-73	5000	144.29	4.27	20.31	29.31	114.98
АТСКУ-74	10000	288.56	7.68	23.86	61.97	197
АТСКУ-75	9000	259.72	7.68	23.86	62.97	197.75
SSA-454	3000	86.57	2.56	19.22	16.7	69.87
АТСЭ-41/42	17096	493.45	14.59	33.14	163.53	329.61
АТСЭ-56	9000	259.72	7.68	23.86	62.97	197.75
АТСЭ-43/44	13448	388.09	11.47	29.26	113.56	274.53
АТС-54 (RSU)	1500	43.29	1.28	18.39	7.96	35.33
АТС-55 (RSU)	4000	115.43	3.4	19.64	22.67	92.76
АТСЭ-48	5000	144.29	4.27	20.31	29.31	114.98
Всего						2566.59

Исходящая нагрузка должна быть распределена между другими станциями сети пропорционально доле исходящих потоков этих станций в их общем исходящем сообщении.

Найдём нагрузку, подлежащую распределению между всеми АТС.

Исходящая нагрузка каждой станции определяется аналогично.

Необходимо найти нагрузки на всех действующих АТС. Удельная нагрузка, состав абонентов для всех АТС принимается одинаковым.

Найдём нагрузку на входе ГИ АТС, подлежащую распределению между всеми АТС. Если принять, что величины возникающих нагрузок пропорциональны емкости станций то, получим:

Определение исходящих потоков нагрузок. С учётом типа встречной станции найдём значения потоков сообщения, поступающих на исходящие пучки линий от каждой АТС ко всем другим станциям сети (узлового района).

Величина нагрузки, направляемая к i-й станции, рассчитывается по формуле:

(2.8)

Исходящая нагрузка каждой станции определяется аналогично исходящей нагрузке данной станции .

Найденные межстанционные потоки нагрузки, переходя с входов ступени ГИ на её выходы (на включенные в выходы пучки линий), уменьшаются. Так как время занятия выхода ступени ГИ меньше времени занятия её входа на величину, включающую в себя время слушания сигнала ответа станции и время набора, определённого числа знаков номера вызываемого абонента. Последнее зависит от типа встречной АТС. При связи с однотипными (с программным управлением) или координатными АТС регистр принимает все n знаков номера, а затем устанавливается соединение на ступени ГИ. При связи с ДШ АТС соединение устанавливается после приёма знаков, определяющих код АТС или узла.

Рассчитаем межстанционные потоки с помощью коэффициентов .

Значение коэффициентов зависят в основном от доли состоявшихся разговоров и их продолжительности , числа знаков в номере и в коде станции. При существующих нормах на можно считать для шестизначной нумерации, когда n=6; =2.

...