Суммарное число заявок на предоставление ВС от абонентов всех K служб i-го узла доступа или ЦГТ в момент t можно полагать случайной величиной. Тогда значением случайного процесса в момент t будет:

Числовые характеристики скорости передачи, необходимой абонентам k-й службы Ш-ЦИС в момент времени t, могут быть найдены как характеристики суммы случайного числа независимых случайных процессов:

Так как в Ш-ЦИС на узлах связи будет обслуживаться достаточно большое количество пользователей каждой службы (k = 1,2,…,K), то закон распределения суммы скоростей передачи может быть аппроксимирован нормальным законом распределения даже в случае, когда скорость передачи абонента подчинена какому угодно закону распределения.

В этом случае в момент t плотность распределения вероятностей случайного процесса битовой скорости передачи, которая требуется абонентам k-й службы i-го узла связи или ЦГТ, имеет вид:

где и - соответственно МО и СКО скорости передачи в момент t, необходимые абонентам k-й службы i-го узла связи или ЦГТ.

Замечательное свойство гауссовского закона распределения вероятностей состоит в том, что любые линейные комбинации гауссовских случайных величин также являются гауссовскими. Это дает нам основание считать, что плотность распределения вероятностей случайного процесса скорости передачи, необходимая для удовлетворения потребностей абонентов всех K служб i-го узла связи или ЦГТ в момент времени t, составляет:

Найдем функцию распределения вероятности случайного процесса скорости передачи в момент t:

Заменой переменной можно привести интеграл к виду:

Вычислим данный интеграл через специальную функцию:

Полученное выражение представляет собой функцию распределения случайной величины с математическим ожиданием, равным нулю, и дисперсией равной единице.

Выразим через эту функцию, функцию распределения вероятностей случайного процесса с параметрами :

Найдем вероятность того, что в момент t значение случайного процесса скорости передачи , требуемой для удовлетворения текущих потребностей абонентов i-го узла или ЦГТ, может быть предоставлена i-м узлом или ЦГТ, имеющим производительность или пропускную способность В_i:

Тем не менее нам нужно и решение обратной задачи, т.е. определение вероятности того, что в момент t значение случайного процесса скорости передачи , нужной для удовлетворения текущих потребностей пользователей всех K служб i-го узла связи или ЦГТ, превысит его производительность

Это выражение означает, что с вероятностью 1-Ф(u) кто-то из пользователей в момент t не получит от узла доступа или ЦГТ необходимого для передачи данных(информации) ресурса.

3.6 Математическая модель статического уплотнения источников

Применение технологии АТМ для транспортирования информации, когда каждый источник( абонент) получает от телекоммуникационной сети только тот ресурс пропускной способности, который ему нужен, позволяет использовать выгоды статического мультиплексирования для повышения эффективности пропускной способности ЦГТ.

Рисунок 3.4 - Форма принципа мультиплексирования

На рисунке 3.4 показана упрощенная форма принципа мультиплексирования. В верхней части рисунка показаны источники информации (видеодисплей, сервер, видеокамера, монитор) и генерируемый ими пачечный трафик типа «вкл-выкл», в нижней - суммарный трафик, для транспортирования которого требуется только ЦГТ с пропускной способностью, равной пропускной способности двух индивидуальных каналов вместо четырех.

Оценим эффективность метода статического мультиплексирования в момент t в ЦГТ с пропускной способностью B_трi(t) выражением

- суммарное количество ВС от абонентов

K служб i-го узла связи; N_{МСКК i}(t) - число каналов, которое может быть образованно в этом же тракте методом многоскоростной коммутации каналов (МСКК). Причем полипачечный трафик мультиплексируется с качеством, заданным для каждой службы в виде , где P_PLR - вероятность потери пакета АТМ;



где , или или (в зависимости от конкретной системы МСКК).

Для функционирования независимых абонентов в момент t им должен быть предоставлен ресурс пропускной способности

где u^(k) - аргумент, зависящий от допустимого уровня потери пакетов для k-й службы.

Воспользовавшись соотношением и характеристическим свойством полипачечного трафика получим

При методе МСКК



Из этих равенств для k-й службы запишем

Эти формулы позволяют оценить значение показателя G_i(t) для конкретных случаев.

При , упростим выражение до

после сокращений получим

С помощью соотношения

введем новую переменную д. Тогда вышеприведенная зависимость сводится к уравнению относительно

Преобразуем эту формулу в квадратное уравнение

Данное уравнение позволяет аналитически определить .

Приведем рисунок, который получен путем от статического мультиплексирования в зависимости от отношения пиковой скорости

В_р = В_max к пропускной способности ЦГТ В_тр при вероятности потери ячейки не более P_PLR ? 10^-3 для однопачечного трафика. При этом чем больше коэффициенты пачечности k_п тем больше выигрыш от применения метода статического мультиплексирования.

Рисунок 3.5 - Графики статического мультеплексирования

Приведенные графики еще раз подчеркивают, что статическое мультиплексирование дает значительный выигрыш тогда и только тогда, когда скорость любого источника значительно ниже скорости ЦГТ. Это утверждение означает, что пропускная способность абонентских линий, в которых может мультиплексироваться малое количество высокоскоростных источников, должна обеспечить их одновременную работу.

3.7 Пример расчета эффекта статического мультиплексирования в АТМ сети

Приведем иллюстрацию выигрыша по количеству обслуживаемых с одинаковым качеством соединений, которую дает технология АТМ, по сравнению с методом МСКК. Предположим, что между двумя центрами быстрой коммутации пакетов используется цифровая система передачи синхронной цифровой иерархии со скоростью В_тр = 155 Мбит/с с однопачечным трафиком, предназначенных для обеспечения пользователей трех служб

· Видеотелефонии (В^(ВТФ)_max = 10 Мбит/с, В^(ВТФ)_ср = 2 Мбит/с, k^(ВТФ)_п = 5);

· Телефонии (В^(ТФ)_max = 64 кбит/с, В^(ТФ)_ср = 32 кбит/с, k^(ТФ)_п = 2)

· Высокоскоростной передачи файлов данных (В^(ПД)_max = 2 Мбит/с, k^(ПД)_п = 1)

Произведенные расчеты показывают, что если вся пропускная способность ЦГТ используется для обслуживания ВС только одной службы, то в цифровом тракте 155 Мбит/с может быть обеспеченно соединений: 4548 - для телефонии; 55 - для высокоскоростной передачи файлов данных; 36 - для видеотелефонии при P_PLR ? 10^-3 .

Результаты расчетов приведем в таблице 3.1

Таблица 3.1 - Результаты расчетов

Результаты расчетов предельного количества ВС для трех служб приведем на рис 3.6

Рисунок 3.6 - Расчеты предельного количества ВС для трех служб.

Если находится на плоскости АВС или ниже ее, то ЦГТ обеспечивает вероятность потери пакетов не более допустимого значения.

Выделим на плоскости ЛВС точку D(x = 1546; у = 21; 2=12). Цифровая система передачи тракта обслуживает с заданным качеством одновременно: 1546 ВС - для телефонии; 21 ВС - для высокоскоростной передачи данных и 12 ВС - для видеотелефонии.

По расчетам видно, что для такого же количества ВС с таким же качеством обслуживания методом МСКК каналов потребовался бы ЦГТ со скоростью не менее 420 Мбит/с. Таким образом, ATM технология, решающая проблему стати-стического мультиплексирования всех видов информации в едином ЦГТ, обеспечивает выигрыш в пропускной способно-сти трактов не менее чем в 2,5...3 раза.

3.8 Оценка пропускной способности ЦГТ связи и производите-льности центров быстрой коммутации

Приведённые выше соотношения помогают решать следующие задачи анализа и синтеза ЦГТ

при известных параметрах скорости , и пропускной способности В_трi(t) i-го ЦГТ при учете

в момент t может быть спрогнозирована верхняя граница вероятности потери пакетов = 1 -- Ф(у). При этом используется информация, приведенная в таблице, и и^(к) заменяется на

при известных параметрах и допусти-мом значении верхней границы вероятности потери пакетов в момент t может быть спрогнозирована требуемая скорость i-й цифровой системы передачи для данного тракта связи или необходимое значение производите-льности i-го узла связи

При - нормативное значение производительности i-го узла связи или пропускной способности ЦГТ в момент t, в устройствах абонентского доступа, на входах или/и выходах коммутационных центров могут образоваться очереди.

Отметим вероятность потери пакета АТМ из-за переполнения буфера, тогда

Где l_щ - длинна очереди ячеек АТМ.

За счет увеличения емкости буферного устройства можно уменьшить значение этой вероятности. Но при слишком большой емкости есть вероятность того, что пакет потеряется, за счет превышения допустимого времени пребывания в очереди . При выборе необходимой пропускной способности ЦГТ и емкости буфера в момент t следует применять условия:

В заключении хочу отметить, что разработанная математическая модель трафика Ш-ЦИС по технологии АТМ учитывает, с одной стороны, поток заявок пользователей различных служб на предоставление виртуальных соединений, а, с другой - потребности служб в скорости передачи с учетом полипачечности трафика источников как с изменяющейся, так и с постоянной скоростью передачи.

Аналитические соотношения дают нам возможность определить максимальное количество виртуальных соединений для различных служб.

Статическое мультиплексирование дает значительный выигрыш тогда и только тогда, когда скорость любого источника значительно ниже скорости цифрового тракта. Чем больше коэффициенты пачечнности источника, тем выше эффективность статического мультиплексирования. [4]

3.9 Расчет блокировок коммутационного поля в режиме индивидуального искания

Режим индивидуального искания (ИИ) характеризуется соединением конкретного канала с конкретным трактом. Необходимо рассчитать блокировки данного коммутационного поля в режиме ИИ. Для расчета блокировок КП используется метод вероятностных графов или метод Ли. Вероятностный граф отображает структуру КП в графе своих состояний. Вероятностный граф трехзвенного коммутационного поля (режим ИИ) изображен на рисунке 3.7

Рисунок 3.7 - Вероятностный граф трехзвенного коммутационного поля

Метод вероятностных графов основан на замене вероятности блокировки р интенсивностью нагрузки Y:

Вероятность блокировки коммутационного поля рассчитывается по формуле:



3.10 Сложность реализации схем коммутации типа ВПВ

Сложность реализации схем коммутации типа ВПВ можно рассчитать как сумму числа точек коммутации на звене пространственной коммутации, эквивалентного числа точек коммутации на управляющей памяти звена пространственной коммутации, эквивалентного числа точек коммутации на двух звеньях временной коммутации и эквивалентного числа точек коммутации на управляющей памяти на звеньях временной коммутации:

где N - число трактов с ВРК (число коммутаторов первого/третьего звеньев);

l - число временных интервалов работы звена пространственной коммутации;

c - число информационных каналов в каждом тракте с ВРК;

N_bk - число бит на один информационный канал (8; 16; 32)

- число бит на одну точку коммутации;

N² - число точек коммутации на звене пространственной коммутации;

N·l ·log₂N - эквивалентное число точек коммутации на управляющей памяти на звене пространственной коммутации;

2·N·c· N_bk - эквивалентное число точек коммутации на звеньях временной коммутации;

2· N·l · log₂ c - эквивалентное число точек коммутации на управляющей памяти на звеньях временной коммутации;

N·c - емкость коммутационной схемы ВПВ.



4. РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СХЕМЫ

4.1 Разработка пространственно-временного коммутатора

В данном разделе выпускной квалификационной работы, я занимаюсь разработкой пространственно-временного коммутатора на (N каналов)

Исходные данные: общее число входов коммутационного поля N=512;

число входов одного коммутатора n=256;

число коммутаторов в среднем звене m=4;

интенсивность нагрузки Y =0,2 Эрл.

Функциональная схема пространственно-временного коммутатора представлена на рисунке 4.1 на которой введены следующие сокращения:

– S/P - последовательно-параллельный преобразователь;

– P/S - параллельно-последовательный преобразователь;

– РЗУ - речевое запоминающее устройство;

– АЗУ - адресное запоминающее устройство;

– СЧ - счетчик;

– МX1 - мультиплексор адреса РЗУ;

– МX2 - мультиплексор адреса АЗУ.

Данный коммутатор осуществляет пространственно-временную коммутацию входящих трактов ВРК в исходящие.

Последовательно-параллельный преобразователь S/P осуществляет преобразование входящих ВРК-трактов, представленных в последовательной форме, в параллельную.

РЗУ предназначено для записи и хранения в определенных ячейках, по адресам счетчика, кодовых комбинаций и считывания их в нужный момент времени.



Рисунок 4.1 - Функциональная схема пространственно-временного коммутатора

АЗУ используется для записи и хранения информации о том, какой входящий и исходящий канал необходимо с коммутировать, и в последующем обеспечивает считывание в нужный момент времени номера входящего канала на адресные входы РЗУ при помощи счетчика.

Счетчик в свою очередь выдает адреса на РЗУ для записи по ним входящих каналов, а на АЗУ для считывания по ним номеров входящих каналов.

Дешифратор, получая адреса со счетчика, выдает логическую 1 на соответствующих выводах, что необходимо для разрешения параллельной загрузки информации на регистры S/P, и P/S при преобразовании кода в последовательную форму в исходящем тракте.

Мультиплексор MХ1 РЗУ осуществляет переключение сигналов со счетчика и сигналов, приходящих с АЗУ на выход, осуществляя тем самым запись и считывание по приходящим адресам.

Принцип работы мультиплексора МХ2 АЗУ аналогичен.

Параллельно-последовательный преобразователь P/S преобразует параллельную кодовую комбинацию с выхода РЗУ в последовательную форму для последующей коммутации с заданным исходящим каналом.

4.2 Назначение основных элементов коммутатора и принцип их работы

4.2.1 Последовательно-параллельный и параллельно - последовательный преобразователи, стробирующие регистры

В последовательно-параллельном преобразователе используются
15 регистров К155ИР13. Первые восемь из них работают в режимах параллельной загрузки и сдвига вправо (режим определяется сигналами, приходящими с дешифратора), данные с входящих трактов с ВРК поступают на параллельные входы D0-D7 8 регистров, а снимаются с выходов Q7. Затем данные поступают на входы последовательного ввода данных остальных
7 регистров (второй ряд) и сдвигаются вправо, что необходимо для синхронного вывода данных с последовательно-параллельного преобразователя, причем каждый из 7 этих регистров осуществляет задержку на разное число тактов, так регистр обрабатывающий младший разряд кода сдвигает принятый импульс на 7 тактов, регистр обрабатывающий следующий разряд - соответственно на 6 тактов и т.д.

Элементная база и принцип действия параллельно-последовательного преобразователя аналогичны.

Так основным критерием коммутационных устройств с ВРК является согласование всех входов и выходов по частоте и времени (синхронные устройства), то для надлежащей работы схемы необходимо применять стробирующие регистры задержки на 1 такт.

Рисунок 4.2 - Микросхема К155ИР13

Микросхема К155ИР13 - универсальный, восьмиразрядный, синхронный регистр сдвига (рисунок 4.2). Каждая операция продолжается в регистре не более 20 нс. Синхронную работу регистру обеспечивают специальные входы выбора режима S0 и S1 (таблица 4.1). Таблица 4.1 содержит сочетания уровней на этих входах, позволяющие переводить регистр в тот или иной режим. Кроме однотипных параллельных входов D0-D7, имеются также дополнительные D-входы: DR - вход последовательного ввода данных при сдвиге информации вправо, DL - вход последовательного ввода данных при сдвиге информации влево.

При параллельной загрузке слово, подготовленное на входах D0-D7, появится на выходах Q0-Q7 после прихода последующего перепада тактового импульса на входе С. Низким уровнем на входе все выходные сигналы устанавливаются на низкий уровень. Регистр потребляет ток 116 мА, тактовая частота его может превышать 25 МГц.

Таблица 0.1 -Назначение выводов микросхемы К155ИР13

Выводы	Назначение	Обозначение
3,5,7,9,15,17,19,21	Информационные входы	D0 - D7
11	Вход синхронизации	C
2	Сдвиг вправо	DR
22	Сдвиг влево	DL
1,23	Выбор режима	S0 ,S1
13	Вход сброса	R
4,6,8,10,14,16,18,20	Информационные выходы	Q0-Q7
24	Питание	Ucc
12	Общий	0

Таблица 0.2 - Состояния регистра К155ИР13

Режим работы	Вход	Выход
	С		S1	S0	DR	DL	Dn	Q0	Q1-Q6	Q7
Сброс	х	Н	х	х	х	х	х	Н	Н - Н	Н
Хранение		В	н	н	х	х	х	q0	q1- q6	q7
Сдвиг влево		В	в	н	х	н	х	q1	q2 -q7	Н
		В	в	н	х	в	х	q1	q2 -q7	В
Сдвиг вправо		В	н	в	н	х	х	Н	q0 -q5	q6
		В	н	в	в	х	х	В	q0 -q5	q6
Параллельная загрузка		В	в	в	в	х	dn	d0	d1-d6	d7

4.2.2 Дешифратор

Дешифратор К155ИД10 (рисунок 4.2) преобразует трехразрядный двоичный код, поступающий на входы DI1, DI2 и DI4. Дешифратор К155ИД10 формирует сигналы параллельной загрузки, которые поступают на вход S0 первого ряда регистров К155ИР13. На входы DI1 подается сигнал частотой , на DI2 -, на DI4 - со счетчика; на вход E подается уровень логического нуля. Таблица истинности микросхемы К155ИД10 приведена в таблице Время задержки распространения сигнала от адресного входа до выхода 50 нс. Ток потребления микросхемы 70 мА. Таблица 4.3 отражает все возможные состояния дешифратора.

Рисунок 0.1 - Микросхема К155ИД10

Таблица 0.3Состояния дешифратора К155ИД10

Входы	Выходы DO
E	DI4	DI2	DI1	0	1	2	3	4	5	6	7
0	0	0	0	1	0	0	0	0	0	0	0
0	0	0	1	0	1	0	0	0	0	0	0
0	0	1	0	0	0	1	0	0	0	0	0
0	0	1	1	0	0	0	1	0	0	0	0
0	1	0	0	0	0	0	0	1	0	0	0
0	1	0	1	0	0	0	0	0	1	0	0
0	1	1	0	0	0	0	0	0	0	1	0
0	1	1	1	0	0	0	0	0	0	0	1
1	X	X	X	0	0	0	0	0	0	0	0

4.2.3 Речевое и адресное запоминающие устройства

Для унификации элементов в качестве РЗУ и АЗУ используем БИС статического оперативного запоминающего устройства.

Тип микросхемы выбираем по критериям быстродействия и емкости. Быстродействие запоминающего устройства определяется временем выборки адреса:

РЗУ и АЗУ построены на основе микросхемы КМ185РУ7. Параметры микросхемы, назначение выводов и таблица истинности микросхемы КМ185РУ7 приведены в таблицах 4.4-4.6.



Рисунок 4.3 - Микросхема КМ185РУ7

Таблица 4.4 - Параметры микросхемы КМ185РУ7

Информационная емкость	1024 бит
Организация	256 слов4 разряда
Напряжение питания	5 В 5%
Потребляемая мощность	не более 710 мВт
Диапазон температур	-10…+700С
Совместимость по входу и выходу	с ТТЛ - схемами
Входное напряжение низкого уровня высокого уровня	не более 0,8 В не менее 2,1 В
Входное напряжение низкого уровня высокого уровня	не более 0,45 В не менее 2,4 В
Входной ток низкого уровня высокого уровня	не более 0,3 мА не менее 0,04 мА
Выходной ток низкого уровня высокого уровня	не более 8 мА не менее 5,2 мА
Время выборки адреса tА(А)	не более 45 нс
Время выбора tСS	не более 30 нс
Время выборки считывания tА(RD)	не более 40 нс
Время выборки сигнала разрешения по выходу tА(СЕО)	не более 30 нс
Время установления сигнала записи относительно адреса tSU(А-WR)	не менее 10 нс
Время установления сигнала записи относительно входных данных tSU(DI-WR)	не менее 5 нс
Длительность сигнала записи tW(WR)	не менее 30 нс
Время сохранения адреса после сигнала записи tV(WR-A)	не менее 5 нс
Время сохранения входных данных после сигнала записи tV(WR-DI)	не менее 5 нс
Время восстановления высокого сопротивления после сигнала считывания tDIS(RD)	не более 35 нс
Время цикла записи tCY(WR)	не менее 45 нс

Таблица 0.5 - Назначение выводов микросхемы КМ185РУ7

Выводы	Назначение	Обозначение
1-7, 21	Адресные входы	А1-А7, А0
9, 11, 13, 15	Входы данных	DI0-DI3
10, 12, 14, 16	Выходы данных	DO0-DO3
17, 19	Выбор микросхемы	CS1, CS2
20	Сигнал запись - считывание	W/R
18	Разрешение по выходу	CEO
22	Напряжение питания	UCC
8	Общий	ОВ

Таблица 4.6 - Таблица истинности микросхемы КМ185РУ7

CS1	CS2	CEO	WR	A0 - A7	DI0 - DI3	DO0 - DO3	Режим работы
М	M	X	X	X	X	Roff	Хранение
В	Н	X	Н	A	Н	Roff	Запись 0
В	Н	X	Н	A	В	Roff	Запись 1
В	Н	Н	В	A	X	Данные в прямом коде	Считывание
В	Н	В	В	A	X	Roff	Запрет выхода

Примечание: М - любая комбинация уровней, отличная от CS1=В и CS2=Н;

X - безразличный уровень сигнала;

В - высокий уровень сигнала;

Н - низкий уровень сигнала;

A - значение текущего адреса.

На информационные входы АЗУ подаются сигналы номера входящего канала. На адресные входы - с мультиплексора адреса АЗУ.

Сигнал записи WR представляет собой последовательность частоты fт.

Сигнал разрешения по выходу СЕО является отрицанием fт.

На вход CS1 подается уровень логической единицы, CS2-логического нуля.

Информация с выходов, данных DO0-DO7 АЗУ поступает на информационные входы регистра К155ИР13, работающего в режиме параллельной загрузки, в котором происходит стробирование сигналов с частотой fт для увеличения длительности сигналов и синхронизации сигналов относительно тактовой частоты fт. Синхронную работу регистра обеспечивают входы выбора режима S0 и S1, на которые подается уровень логической единицы. На вход синхронизации подается сигнал fт. На входы DR и DL подается уровень логического нуля. На выходе регистра получаем данные с задержкой на 1 такт. Сигнал с выхода стробирующего регистра подаются на мультиплексор адреса РЗУ.

На адресные входы РЗУ подаются сигналы с мультиплексора адреса РЗУ. Так как сигналы с мультиплексора адреса РЗУ приходят с задержкой в 1 такт, то сигналы с параллельно-последовательного преобразователя, приходящие на информационные входы РЗУ, необходимо задержать на 1 такт. Задержка данных осуществляется на регистре К155ИР13, работающего в режиме параллельной загрузки. Информация, поступившая на входы данных регистра с параллельно-последовательного преобразователя, появится на его выходах с приходом фронта синхроимпульса на вход С, поэтому на вход синхронизации подается сигнал fт. Режим параллельной загрузки обеспечивается подачей на входы S0 и S1 уровня логической единицы. На входы DR и DL подается уровень логического нуля. Сигналы с выхода данных регистра подаются на вход данных РЗУ.

Запись информации в ячейки РЗУ происходят по адресу со счетчика постоянно, но считываются не все ячейки, а только те, в которых имеется информация 7-и входящих трактов. Таким образом, ячейки по сквозной нумерации 8, 16 и т.д. не будут считываться.

Сигнал записи WR и сигнал разрешения по выходу CEO подаются аналогично сигналам АЗУ; на вход CS1 подается уровень логической единицы, CS2 -логического нуля. Информация с выходов данных РЗУ поступает на параллельно-последовательный преобразователь.

4.2.4 Счетчик

Двоичный счетчик К555ИЕ10 запускается положительным перепадом тактового импульса и имеет синхронную загрузку. Специально для синхронного каскадирования микросхема имеет два входа разрешения: СЕР (параллельный) и СЕТ (вспомогательный), а также выход TC (окончание счета). В применяемом двухкаскадном счетчике сигнал с выхода TC первого счетчика поступает на вход E1 второго счетчика, на вход С обоих счетчиков подается fт. Счетчик считает тактовые импульсы, если на обоих его входах СЕТ и СЕТ напряжение высокого уровня. Вход СЕР последующего счетчика получает разрешение счета в виде напряжения высокого уровня от выхода TC предыдущего счетчика. Счетчик потребляет от источника питания ток 32 мА. Максимальная тактовая частота счета 25 МГц. Время распространения сигнала от входа С до выхода TC составляет 27 нс.

Рисунок 4.4 - Микросхема К555ИЕ10

Режимы работы счетчика К555ИЕ10 сведены в таблицу 4.7.

4.2.5 Мультиплексоры

Мультиплексоры предназначены для автоматической выборки одного из двух информационных каналов и подключения его к своему выходу.

Мультиплексоры адреса АЗУ и РЗУ построены на основе микросхемы К155КП11. Назначение выводов и таблица истинности микросхемы К155КП11 приведены в таблицах 4.9 и 4.10.

Таблица 0.6 - Режимы работы счетчика К555ИЕ10

Режим	Вход	Выход
		C	СЕР	СЕТ	РЕ	Dn	Qn	TC
Сброс	Н	х	х	х	х	х	Н	Н
Параллельная	В		х	х	н	н	Н	Н
загрузка	В		х	х	н	в	В	В
Счет	В		в	в	в	х	Счет	В
Хранение	В	х	н	х	в	х	qn	B
	B	x	x	н	в	х	qn	B

Рис. 0.2. Микросхема К155КП11

Таблица 0.7 - Параметры микросхемы К155КП11

Напряжение питания	5 В 5%
Выходное напряжение низкого уровня высокого уровня	0,4 В
	2,4 В
Входной ток низкого уровня	-1,6мА
высокого уровня	0,04мА

Таблица 0.8 - Назначение выводов микросхемы К155КП11

Выводы	Назначение	Обозначение
2,3,5,6,10,11,13,14	Информационные входы	DI00 - DI30 ,DI01 - DI31
1	Вход выборки адреса	S
15	Вход стробирования	EO
4,7,9,12	Информационные выходы	DO0 - DO3
8	Общий	0
16	Напряжение питания	Ucc

Таблица 0.9 - Таблица истинности микросхемы К155КП11

EO	S	DIi0	DIi1	DOi
1	X	X	X	Z
0	0	Данные в прямом коде	X	Данные в прямом коде
0	1	X	Данные в прямом коде	Данные в прямом коде

Мультиплексор адреса АЗУ. На нулевые информационные входы мультиплексора адреса АЗУ подаются сигналы со счетчика, а на единичные - с регистра номера исходящих каналов. На адресный вход S подаются сигналы частотой fт. На стробирующий вход EO сигнал логического 0.

В режиме записи в АЗУ мультиплексор пропускает сигналы с регистра, в режиме считывания из АЗУ - со счетчика.

Мультиплексор адреса РЗУ. На нулевые информационные входы мультиплексора адреса РЗУ подаются сигналы с АЗУ, а на единичные - со счетчика. На адресный вход S подаются сигналы частотой fт co счетчика. На стробирующий вход EO сигнал логического 0. В режиме записи в РЗУ мультиплексор пропускает сигналы со счетчика, в режиме считывания из РЗУ - с выхода АЗУ.

Принципиальная схема коммутатора представлена на рисунке 4.6.

Рис. 0.6. Принципиальная электрическая схема коммутационного модуля

Для проверки работоспособности проведена верификацию работы счетчика. Данная схема представлена на рисунке 4.7

Рисунок 4.7 - Модель счетчика в среде Multisim

5. МОДЕЛИРОВАНИЕ МНОГОКООРДИНАТНОГО КОММУТАТОРА

5.1 Схема коммутатора на 8 каналов

На рисунке 5.1 приведена блок диаграмма коммутатора на 128 каналов в среде Lab View, которую необходимо смоделировать.

Рисунок 5.1 - диаграммная панель виртуального коммутатора на 128 каналов

Лицевая панель виртуального коммутатора коммутатора на 128 канал представлена на рисунке 5.2

Рисунок 5.2 - лицевая панель виртуального коммутатора на 128 каналов

6. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ СИСТЕМЫ

В данном разделе выпускной квалификационной работе, я провожу расчёт технико-экономических показателей для проектируемого коммутационного оборудования АТМ.

Потребителями данного оборудования будут предприятия и население.

Размещение проектируемого оборудования АТМ предполагается осуществлять в офисном помещении существующего здания, кабель будет прокладываться в существующей кабельной канализации. Приём нового штата не предусматривается.

При продаже системы приоритет будет отдаваться крупным промышленным предприятиям, так как именно крупные предприятия способны делать большие заказы на приобретение информационной системы. Также будут рассматривать заказы и от менее крупных предприятий и небольших фирм.

6.1 Расчет затрат на этапе проектирования и себестоимости системы

Для расчета затрат на этапе проектирования определяем продолжительность каждой работы (начиная с составления технического задания (ТЗ) и до оформления документации включительно). Продолжительность работ определяется либо по нормативам (при этом пользуются специальными справочниками), либо рассчитывают их по экспертным оценкам.

Затраты на этапе проектирования состоят из трех частей: заработной платы программиста (Р), накладных расходов (Н) и машинного времени (М):

К_П = Р + Н + М, (1)

где М = с · t, Н - примерно 80% - 100% от зарплаты.

Общую заработную плату на весь этап проектирования можно рассчитать по следующей формуле:

, (2)

где Р_д - дневная заработная плата,

Т - итоговая ожидаемая длительность,

а_с - социальные отчисления (примерно 30% от зарплаты),

а_п - процент премии (от 50% от зарплаты).

В свою очередь итоговая ожидаемая длительность представляет собою сумму ожидаемых длительностей:

, где (3)

Дневную заработную плату программиста будет считать из расчета 15000 руб./месяц, тогда Р_д = 681 рублей (будем считать, что в месяце
22 рабочий день). Из расчета зарплаты имеем: а_с = 4500

а_п - примем равным 70% от заработной платы, тогда а_п = 10500 руб.

Так как показатели длительности являются приближенными значениями, итоговую длительность примем равной 110 дней.

Н примем равно 60% от заработной платы, Н = 9 000 руб.

М возьмем из расчета 20 руб/час. Рабочий день будем считать равным
7 часам, тогда М_{дневное} = 20 · 7 = 140 руб/день. Итоговое значение машинного времени рассчитаем из формулы: М_итог = М_{дневное} · Т, М_итог = 15400 руб.

Подставляя полученные значения в формулу (1) получим:

К_П = 75660 + 9000 + 15400 = 100060

Таблица 6.1

Наименование работы	Длительность, дн.
	миним.	максим.	ожид.
1) Анализ технического задания	1	2	1,5
2) Сбор материалов	2	5	3,5
3) Анализ собранного материала	2	3	2,5
4) Выбор и адаптация коммутирующего аппарата	11	15	12
5) Разработка архитектуры и топологии ЛВС	12	20	16
6) Выбор источников информации	3	4	3,8
7) Разработка базы данных	15	25	20
8) Графическое изображение информации	15	20	16
9) Разработка сетевого интерфейса	17	20	18
10) Отладка коммутатора	6	14	9,9
11) Тестирование коммутатора	6	4	9,8
12) Внедрение коммутатора	-	-	-
Итоговая ожидаемая длительность	113

Себестоимость системы складывается из затрат на разработку комплексной модели надежности информационно вычислительных систем и заработной платы проектировщика.

К = 75660 + 15400 + 100060 = 191 120 (руб.)

Расчет трудоемкости по созданию программного продукта не представляется возможным, так как программный продукт представляет собой базу данных с графическим представлением хранящихся в ней данных. Значение затрат на этапе проектирования не является фиксированным значением, так как параметры длительности были взяты приближенными и расчет затрат производился из расчета, что работы выполняются последовательно и последующая не может быть начата пока не будет закончена предыдущая. В действительности же некоторые виды работ можно совмещать и выполнять параллельно, что значительно может сократить длительность проектирования. Так как затраты на этапе проектирования являются частью себестоимости системы в целом, то оптимизировав график работ на этапе проектирования тем самым сократив скорость работ, мы уменьшим себестоимость разрабатываемой системы контроля.

6.2 Оценка технико-экономического эффекта у потребителя

Конечная цель любой разработки заключается в удовлетворении потребностей потребителя. То есть, если функции, актуальность, цена продукта не устраивают покупателя, то нашему продукту покупатель предпочтет другой. Поэтому в данном пункте проводится оценка экономического эффекта для потребителя, а также содержание эксплуатационных затратах.

Ожидаемый годовой экономический эффект у потребителя можно вычислить по формуле:

Э_{ож. г.} = (И₁ · К_и - И₂) - Е_н · К,

где И₁ - эксплуатационные затраты по аналогу; И₂ - эксплуатационные затраты по разработке; К_и - интегральный показатель качества; E_Н - норма рентабельности (принимаем Ен = 0,25); К - капитальные затраты потребителя (цена разработки без НДС).

Эксплуатационные затраты потребителя как по аналогу, так и по разработке будут складываться из следующих составляющих

- основная заработная плата обслуживающего персонала, И_ОЗП;

- дополнительная заработная плата обслуживающего персонала, И_ДЗП;

- отчисления на социальное страхование и травматизм, И_ССТ.

Эксплуатационные затраты потребителя будут такие же как и по разработке, то есть

И₁ = 5 · И₂.

Рассчитаем эксплуатационные затраты потребителя по разработке.

Основная заработная плата обслуживающего персонала И_ош равна
7000 рублям.

Дополнительная заработная плата обслуживающего персонала составляет 10% от основной, то есть

И_ДЗП = 0,1 · И_ОЗП = 0,1 · 7000 = 700 (руб.)

Отчисления на социальное страхование и травматизм составляет 30,2 % от общей заработной платы

И_ССТ = 0,302 · (И_ОЗП + И_ДЗП) = 0,302 · (7000 + 700) = 2310 (руб.)

Тогда получаем,

И₂ = И_ОЗП + И_ДЗП + И_ССТ = 7000 + 700 + 2310 = 10010 (руб.)

Эксплуатационные затраты потребителя

И₁ = 5?И₂ = 50050 (руб.)

В результате, годовой экономический эффект для потребителя равен:

Э_{ож. г.} = (50050· 1,55 - 10010) - 0,25 · 191120 = 19787,5 (руб.)

Для нахождения расчетной рентабельности воспользуемся формулой:

Р = (И₁· К_И - И₂)/К

Тогда, получаем

Р = (50050· 1,55 - 10010)/ 191120 = 0,353

Критерием принятия решения о целесообразности покупки разрабатываемого устройства является положительная величина показателя годового экономического эффекта для потребителя, а также превышение рентабельности затрат Р = 0,353 над нормативом Ен = 0,25. Таким образом анализируя полученные показатели Э_{ож. г.} и Р, приходим к выводу о экономической жизнеспособности данной разработки.

6.3 Расчет интегрального технико-экономического показателя аналога и разработки, расчет сравнительной технико-экономической эффективности разработки

Единовременные капитальные затраты включают в себя стоимость комплекта запасных частей, затраты на транспортировку и ремонт устройства. Для разрабатываемой системы экспертная оценка расходов составляет 17%, для системы с использованием аналогов - 9%. Экспертная оценка затрат на эксплуатацию за все время работы (на обслуживание и ремонт) составляет соответственно по 17% и 9%.

Таблица 6.2 - Определение рыночной цены

Наименование статьи калькуляции	Разрабатываемый комплекс Сумма, руб.	С использованием аналогов Сумма, руб.
Полная себестоимость	191120	211356
Закладываемая прибыль (30%)	57336	63406,8
Итого, цена без НДС	248456	274762,8
НДС (18%)	44722,1	49457,3
Итого, цена с НДС (рыночная)	293178,1	324220,1

Расчет интегрального технического показателя проводим в аддитивной форме, так как выбранные для сравнения параметры не имеют нулевых численных значений. Выберем для сравнения по аддитивной форме
5 параметров, такое количество не приведет к сглаживанию результатов.

Формула для расчета интегрального технического показателя

,

где  - весовой коэффициент i-го параметра;

- значение i-го параметра.

Таблица 6.3 - Вычисление интегрального стоимостного показателя I_С

Наименование статьи калькуляции	Разрабатываемый комплекс Сумма, руб.	С использованием аналогов Сумма, руб.
Полная себестоимость	191120	211356
Рыночная цена	293178,1	324220,1
Единовременные капитальные затраты	49840,3	29178,8
Интегральный стоимостный показатель (цена потребления) IС	343018,3	353399,8

Весовые коэффициенты для каждого параметра устанавливается экспертным путем, при этом учитывается важность параметра для потребителя.

Значения каждого параметра для комплекса с использованием аналогов задается равным единице, а значение соответствующего параметра для разработанного комплекса задается в разы больше или меньше в зависимости от того, лучше или хуже разработанный комплекс по текущему параметру.

Интегральный технико-экономический показатель I_TЭ определяется по формуле:

,

где I_T - интегральный технический показатель;

 _ интегральный стоимостный показатель, определенный в таблице 6.4

В таблице 7.4 интегральные стоимостные показатели представлены в относительных единицах, а именно: интегральный стоимостный показатель оборудования с использованием аналога приравнивается к 1, а интегральный стоимостный показатель разработанного оборудования принимает, соответственно, значение 0,09, отражающее удешевление в разы.

Сравнительная технико-экономическая эффективность разработки вычисляется следующим образом:

,

где _ интегральный технико-экономический показатель разработанного оборудования;

 _ интегральный технико-экономический показатель оборудования с использованием аналогов.

Вывод по экономическому обоснованию можно сделать следующий.

В экономическом анализе я рассчитал себестоимость, рыночную цену и другие технико-экономические показатели разрабатываемого коммутационного оборудования. Произвел сравнение разработки с аналогом. Несмотря на то, что по некоторым параметрам сравнения разработка уступает аналогу, экономически она превосходит. Главным преимуществом разработки является цена.

Таблица 6.4 - Расчет технико-экономических критериев

Параметры и характеристики	Весовой коэффициент	Оборудование с использованием аналогов	Разрабатываемое оборудование
		Показа тель	Значе ние	Показа тель	Значе ние
Максимальная скорость установления соединения	0,3	1	0,3	7	0,5
Надежность и отказоустойчивость	0,3	1	0,2	5	1,5
Обеспечение протоколирования работы	0,15	1	0,15	8	1,5
Временные затраты на разработку модифицирования ПО оборудования	0,15	1	0,25	6	0,6
Проведение приемо-сдаточных испытаний	0,1	1	0,1	7	0,9
Интегральный технический показатель	-	1		5
Интегральный стоимостный показатель	-	1		0,98
Интегральный технико-экономический показатель	-	1		5
Сравнительная технико-экономическая эффективность	-			5

7. Безопасность и экологичность системы

7.1 Анализ условий труда, степени тяжести и напряженности труда разработчика

Анализ и моделирование АТМ коммутатора выполняется на ЭВМ, где основную опасность представляет ЭВМ.

В настоящие время, в связи с всё более убыстряющимися темпами компьютеризации общества, возрастает актуальность проблемы влияния компьютера на гомеостаз организма человека-оператора. Использование ЭВМ без принятия мер безопасности может привести к повышению уровня заболеваемости пользователей вследствие негативного влияния факторов

· воздействие различных полей и излучений;

· ортопедический фактор - нарушение нормального

функционирования опорно-двигательного аппарата

человека-оператора;

· воздействие на зрительный анализатор (быстрая утомляемость

глаз);

· шумовые воздействия;

· психологические (психосоматические расстройства).

Воздействие ортопедического фактора проявляется в нарушении нормального функционирования опорно-двигательного аппарата человека-оператора. Работая с компьютером, пользователь может часами находиться в фиксированных позах. Совершая движения лишь пальцами рук, работая на клавиатуре. В результате чего у него может возникнуть синдром длительных статических нагрузок (СДСН). Одной из форм СДСН является запястный синдром, который может появиться при длительной работе с клавиатурой. В результате возникают болевые ощущения при движении кисти и пальцев. СДСН также может возникнуть из-за длительного нахождения человека-оператора в сидячем положении. В этом случае возникает перенапряжение мышц спины и ног. Это проявляется в виде болезненных ощущений в нижней части спины. У операторов, которым приходится долго работать с мышью, может возникнуть СДСН, поражающий плечо и руку. При неправильном расположении дисплея могут страдать мышцы шеи и спины.

Если рабочее место организовано неправильно, то у оператора, кроме СДСН, может развиться сутулость или искривление позвоночника.

При работе с комплексом рабочая поза инженера несвободная (сидя), корпус и конечности в удобном положении. Физические динамическая и статическая нагрузки практически отсутствуют. Продолжительность смены - 8ч. После каждого часа работы необходим 5-7 минутный перерыв.

Воздействия на зрительный анализатор проявляются у человека-оператора в виде быстрой утомляемости глаз после продолжительной работы за компьютером. Точный механизм этого воздействия еще не известен, однако установлена статистическая связь между астенопией и продолжительным использованием компьютерных дисплеев. Кроме астенопии у операторов также возможно появления трудностей, связанных с фокусировкой зрения.

Из всего многообразия психических состояний, которые могут возникать в процессе трудовой деятельности, выделяют производственные психические состояния. Они классифицируются по группам:

· относительно устойчивые и длительные по времени состояния, которые определяют отношение человека к данному конкретному производству или виду труда. Эти состояния (удовлетворенность/неудовлетворенность работой, заинтересованность трудом или безразличие и т.п.) отражают общий психологический настрой коллектива.

· временные, ситуативные, быстропроходящие состояния. Возникают под влиянием разного рода изменений в производственном процессе или во вза...