Проект реорганизации телефонной сети города Гомеля путем замены морально и физически устаревших станций типа "Пентаконта 1000С"

СОДЕРЖАНИЕ

• ВВЕДЕНИЕ
• Цель и задачи дипломного проектирования
• 1. Обзор источников информации
• 2. Техническая часть
• 2.1 Обзор сетей общего пользования нового поколения
• 2.2 Развитие мультисервисных сетей
• 2.2.1 Беспроводный доступ
• 2.2.2 Проводной доступ
• 2.3 Характеристика телефонной сети города Гомеля
• 2.4 Анализ существующей сети телекоммуникаций города Гомеля
• 2.5 Характеристика станции АТС-57
• 2.6 Предпосылки замены оборудования АТС-57
• 2.7 Виды цифровых коммутационных систем
• 2.7.1 Цифровая система коммутации SI-2000
• 2.7.2 Система Alcatel 1000 S12
• 2.7.3 Цифровая коммутационная система 5ESS
• 2.8 Сравнительный анализ систем коммутации
• 2.9 Архитектура и технические характеристики коммутационной системы Alcatel 1000 S12
• 2.9.1 Плата терминального интерфейса (TERA)
• 2.9.2 Модуль аналоговых абонентов (АSМ)
• 2.9.3 Модуль цифровых каналов (DTM)
• 2.9.4 Модуль подключения блока удаленных абонентов
• 2.9.5 Блок удалённых абонентов (RSU)
• 2.9.6 Модуль ОКС №7
• 2.9.7 Цифровая коммутационная система
• 2.9.8 Программное обеспечение
• 2.9.9 Архитектура программного обеспечения
• 3. Исследовательская часть
• 3.1 Исследование надежностных характеристик аппаратуры связи
• 3.1.1 Общие сведения о надежности
• 3.1.2 Надежность аппаратуры «Alcatel 1000 S12»
• 3.1.3 Надежность аппаратуры «Пентаконта 1000С»
• 3.1.4 Сравнительный анализ надежностных характеристик
• 3.2 Комплектация станции
• 3.2.1 Расчет объема оборудования
• 3.2.2 Состав оборудования
• 3.2.3 Размещение оборудования в автозале
• 3.3 Минимизация структуры дискретных устройств в системе компьютерной математики Maple
• 2.3.1 Необходимость оптимизации структуры дискретных устройств
• 2.3.2 Разработка программы на базе пакета Logic
• 2.3.3 Проверка результатов на базе пакета Active-HDL
• 4. Технико-экономическое обоснование реконструкции АТС
• 4.1 Укрупненный расчет капитальных вложений
• 4.2 Определение годовых текущих издержек
• 4.3 Основные технико-экономические показатели
• 4.4 Расчет срока окупаемости
• 5. Молниезащита объектов связи
• ЗАКЛЮЧЕНИЕ
• ВВЕДЕНИЕ
• С бурным развитием телекоммуникаций в современном мире общество неуклонно идёт к усложнению взаимосвязи между различными звеньями общественного производства, увеличению информационных потоков в технической, научной, политической, культурной, бытовой и других сферах общественной деятельности.
• Сегодня очевидно, что ни один процесс в жизни современного общества не может происходить без обмена информацией, для своевременной передачи которой используются различные средства и системы связи.
• На сегодняшний день прогресс коммутационной техники вышел за пределы обычной передачи речи или телеграммы. Сейчас клиент требует от местного оператора такие услуги как Интернет, электронная почта, видео конференция и это далеко не весь спектр запросов потребителей. Такие потребности связаны с новейшими достижениями и бурным развитием электронной и вычислительной техники, что требует создания и внедрения качественно новых систем автоматической коммутации. К таким системам относятся электронные и цифровые автоматические станции и узлы, в которых система управления построена на основе использования вычислительных средств. Чтобы в дальнейшем удовлетворить запросы потребителей нужно идти в ногу со временем, внедрять все самые передовые технологии в области телекоммуникации.
• Современные автоматические системы коммутации с программным управлением имеют ряд важных преимуществ, среди которых, прежде всего, следует отметить высокую надежность и малый объем оборудования автоматических телефонных станций. Преимуществом новых систем коммутации является значительное снижение эксплуатационных расходов за счет автоматизации и централизации процессов контроля за работоспособностью оборудования, поиска неисправностей и устранения повреждений путем переключения неисправного блока на резервный.
• Снижение эксплуатационных расходов обеспечивается также благодаря автоматизации процессов сбора статистических данных о параметрах поступающей телефонной нагрузки, качестве обслуживания вызовов. На современном этапе развития автоматической электросвязи наблюдается тенденция разделения функций эксплуатационно-технического обслуживания узлов коммутации и функций управления процессами обслуживания вызовов и создания специальных центров технической эксплуатации (ЦТЭ), которые должны реализовать дистанционное наблюдение за работоспособностью оборудования узлов и станций, а также каналов связи.
• Весьма существенной в системах коммутации с управлением по записанной программе является возможность расширения круга телефонных услуг, предоставляемых абонентам, т.е. предоставление дополнительных видов обслуживания (ДВО). Введение ДВО представляет собой несложную процедуру и сводится к изменению алгоритмов функционирования системы и управления путем простой замены или перезаписи программ в памяти управляющего устройства.
• На автоматических телефонных станциях этого типа осуществляется так называемая цифровая коммутация, при которой соединения осуществляются с помощью операций над цифровыми сигналами электросвязи без преобразования их в аналоговую форму.
• Развитие цифровых телефонных сетей шло по линии уплотнения каналов за счет мультиплексирования низкоскоростных первичных каналов и за счет использования более рациональных методов модуляции. Сегодня развитие схем мультиплексирования привело к возникновению цифровых иерархий с разными уровнями стандартизованных скоростей передачи. Эти иерархии, названные плезиохронными цифровыми иерархиями PDH (ПЦИ), синхронными SDH (СЦИ), которые широко использовались и продолжают использоваться и в телефонии и в передаче данных.
• Цель и задачи дипломного проектирования

Основной целью дипломного проектирования является повышение экономической эффективности существующих систем телекоммуникаций, посредством постепенного внедрения современных технологий электросвязи.

Главная задача заключается в устранении существующих недостатков коммутационного оборудования координатной системы. Для этого необходимо произвести реорганизацию телефонной сети города Гомеля, путем замены морально и физически устаревших станций типа «Пентаконта 1000С», на примере АТС-57 (установленной в 1984 г.), расположенной в Железнодорожном районе города и не обеспечивающей потребности этого района в качественной и надежной связи.

Проведя анализ существующих сооружений сети телекоммуникаций города Гомеля, ставятся следующие задачи для дипломного проектирования:

рассмотреть наилучший вариант построения сети;

выбрать оборудование;

произвести сравнительный анализ надежности существующего и нового оборудования станции;

осуществить оптимизацию оборудования внедряемой системы;

выполнить технико-экономическое обоснование реконструкции;

рассмотреть варианты решения вопросов молниезащиты объектов связи.

Помимо этого, в ходе дипломного проектирования планируется исследование основных тенденций модернизации телефонных сетей общего пользования и, в соответствии с этим, выбор наиболее перспективных технологий для совершенствования структуры сети электросвязи Республики Беларусь.

1. ОБЗОР ИСТОЧНИКОВ ИНФОРМАЦИИ

Для реализации поставленных задач дипломного проектирования был произведён обзор следующих библиографических источников.

В статье [1] исследованы радикальные изменения в технологиях, а также ситуация конвергенции сетей и услуг связи, в которой находится коммутационная техника.

В первом томе трехтомного пособия [2] рассматриваются основные понятия теории передачи сигналов, первичные и вторичные сети электросвязи.

Основное внимание уделяется современным направлениям развития телекоммуникационных сетей и систем: цифровым методам передачи, цифровым сетям интегрального обслуживания, интеллектуальным сетям, сетям данных, системам управления электросвязью.

В источниках [3] и [4] рассмотрены основные направления развития современной цифровой телефонной связи. Разобраны вопросы, касающиеся цифровых АТС, ISDN и ADSL сетей, а также цифровых выделенных линий PDH и SDH. Рассмотрена возможность использовать цифровые сети как сети общего назначения, обеспечивающие передачу любого типа информации (для передачи речи - телефонные сети, трансляция видео - сети ТВ и кабельного телевидения).

На сайте [5] приведена первая глава книги об использовании компьютерных систем в телефонии. В данной главе рассмотрены варианты организации телефонных сетей: этапы развития ТфОП, особенности внутренних, мобильных и интеллектуальных сетей.

Концепции построения сетей следующего поколения (NGN), в которых на сетевом и транспортном уровнях предполагается применять IP-ориентированные протоколы, приведены в статье [6].

В статье [7] рассматриваются вопросы взаимодействия пользователей друг с другом через глобальные сети и коммуникационные системы зданий в реальном масштабе времени.

В статье [8] рассматривается перспектива организации телефонной связи по сети Интернет.

В статье [9] рассматривается подход к обоснованию наиболее предпочтительного варианта программы модернизации на основе комплексного анализа технико-экономической эффективности альтернативных вариантов на примере задач модернизации коммутационного оборудования. Отличительная особенность - использование в составе технико-экономической эффективности величины остаточного ресурса оборудования, что позволяет более обоснованно определить необходимость, приемлемые способы и сроки модернизации АТС.

В третьем томе пособия [10] рассмотрены вопросы построения МСС. В компактном виде представлен материал по сетям доступа, транспортным сетям и сетям управления. Приведено описание таких технологий как Softswitch и MPLS и даны примеры построения сетей на их основе.

Общие требования к современным технологиям мультисервисного доступа сформулированы в статье [11].

Во втором томе трехтомного учебного пособия [12] рассматриваются системы радиосвязи, радиовещания и телевидения.

Основное внимание уделяется перспективным направлениям развития беспроводной связи: спутниковая связь, связь с подвижными объектами.

В статье [13] рассмотрены основные особенности, преимущества, виды и структура систем абонентского радиодоступа WLL.

В статье [14] анализируются современные возможности и перспективы развития технологий, обеспечивающих решение проблемы «последней мили».

Сравнительная характеристика современных стандартов беспроводных сетей передачи данных приведена в статье [15].

На сайте [16] представлена информация о состоянии развития сетей передачи WLL в Республике Беларусь.

Интервью директора ООО СП «БелСел» о состоянии и перспективах компании приведено в статье [17].

В пяти частях статьи [18], посвященных углубленному исследованию технологий беспроводного абонентского радиодоступа, детально представлены этапы развития систем WLL, их разновидности, проблемы и варианты развития.

Описание платформы мультисервисного доступа Litespan 1540 и способы ее внедрения сформулированы в ходе организованного компанией North-West Group семинара [19].

Структура, технические характеристики, функции и основные достоинства масштабируемой платформы Alcatel Litespan 1540 приведены на сайте [20].

В книге [21] описывается координатная система Пентаконта: принципы построения и установления соединения, элементная база, конструкция, структура и т.д. Основное внимание уделено описанию системы Пентаконта 1000С, предназначенной для использования на городских телефонных сетях, поэтому часть материала посвящена анализу работы коммутационных блоков, управляющих устройств и комплектов.

На сайте [22] приведен перечень показателей для сравнительной характеристики эксплуатирующихся на сетях связи цифровых систем коммутации, главная из которых - любая цифровая система коммутации должна легко вписываться в телефонные сети и способствовать их оптимальному построению и преобразованию.

Основные технические данные, описание возможностей, структура, принципы эксплуатации и технического обслуживания и основная документация цифровой системы коммутации Alcatel 1000 S12 представлены в документациях [23]-[27].

В книге [28] представлено описание систем сигнализации в российских телефонных сетях. Следует отметить практически полную с технической точки зрения идентичность этих сетей и телефонных сетей других независимых государств, ранее входивших в СССР.

В главе 10 этой книги представлено подробное описание ОКС №7.

В учебнике [29] излагаются основы теории ПДС, построение оконечных приемно-передающих устройств дискретной связи. Рассмотрены методы повышения верности передачи и аппаратура, построенная на их основе. Описываются структура сетей передачи дискретных сообщений, их характеристики, методика проектирования сетей ПДС и коммутационных станций.

В пособии [30] Рассматриваются вопросы задания и минимизации полностью и не полностью заданных функций алгебры логики при помощи законов алгебры логики, карт Карно, методами Квайна, Квайна-Мак-Класки и существенных переменных.

Авторы книги [31] рассматривают один из современных пакетов символьных вычислений Maple 5. Подробно описаны интерфейс, правила общения с пакетом и внутренний язык.

В пособии [32] рассматриваются вопросы создания схемных реализаций компонентов систем автоматики, телемеханики и связи, предлагаются варианты увязки созданных компонентов для реализации действующих систем с применением интегральных микросхем.

При осуществлении экономической части расчеты основывались на методических указаниях [34], в которых дана методика технико-экономического обоснования дипломных проектов.

При анализе техники безопасности были использованы источники [35] и [36], подробно описывающие основные требования и особенности молниезащиты объектов связи.

Таким образом, в результате обзора литературы и других источников информации можно сделать вывод об актуальности выбранной темы.

2. ТЕХНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Обзор сетей общего пользования нового поколения

Существующие телефонные сети общего пользования (ТфОП) проектировались для обслуживания речевого трафика, т.е. для предоставления традиционных услуг телефонной связи ТфОП. Телеграфные сообщения передавались через отдельную, ранее существовавшую сеть, а системы передачи данных и изображений появились гораздо позже.

Сегодня появились сети общего пользования нового поколения, которые основаны на принципах коммутации пакетов и протоколах, разработанных для передачи данных, и обещают как более низкие цены, так и большую функциональность. Структура обусловлена тем, что именно IP-технология является движущей силой конвергенции сетей связи, информационных технологий и мультимедийных продуктов. На сетевом уровне IP создает единую управляемую приложениями интерактивную сеть, способную обеспечить высокоскоростную пакетную связь между абонентскими устройствами проще и дешевле, чем традиционные сети [1].

Дальнейшая эволюция телекоммуникационных технологий идет в направлениях увеличения скорости передачи информации, интеллектуализации сетей и обеспечения мобильности пользователей.

Высокие скорости необходимы для передачи изображений, в том числе телевизионных, интеграции различных видов информации мультимедийных приложениях, организации связи локальных, городских и территориальных сетей.

Интеллектуальность позволит увеличить гибкость и надежность сети, сделает более легким управление глобальными сетями. Благодаря интеллектуализации сетей пользователь перестает быть пассивным потребителем услуг, превращаясь в активного клиента - клиента, который сможет сам управлять сетью, заказывая необходимые услуги.

Мобильность. Успехи в области миниатюризации электронных устройств, снижение их стоимости создают предпосылки к глобальному распространению мобильных оконечных устройств. Это делает реальной задачу предоставления услуг связи каждому в любое время и в любом месте.

Объем информации, передаваемой через информационно-телекоммуникационную инфраструктуру мира, удваивается каждые 2-3 года. Появляются и успешно развиваются новые отрасли информационной индустрии, существенной возрастает информационная составляющая экономической активности субъектов рынка и влияние информационных технологий на научно-технический, интеллектуальный потенциал и здоровье наций [2, c.9].

Эти задачи, в основном, и стимулировали развитие концепции Интеллектуальной сети (AIN) в ее современной трактовке, ориентированной на три разные, но всё более перекрывающиеся инфраструктуры: телефонные сети, сеть Интернет и сети мобильной телефонной связи.

Современные интеллектуальные сети строятся на рекомендациях Международного союза электросвязи (ITU-T) Signaling System №7 (SS7), первая версия которых была принята в 1992 г. В настоящее время SS7 широко внедряется во всем мире, в том числе и в Беларуси (ОКС №7) [3, c.83].

ОКС №7 определяет все основные компоненты AIN и протоколы их взаимодействия, которые, по замыслу их разработчиков: не зависят от вида услуг, от структуры сети и производителя оборудования.

В ОКС №7 используется сеть передачи данных на основе коммутации пакетов, логически независимая от обычной сети для разговорных каналов.

Ещё несколько лет назад IP-технология рассматривались как едва ли не единственная сетевая технология будущего. Высокая значимость Всемирной паутины, огромная вычислительная мощность и повсеместное проникновение Интернет, совместимость с инфраструктурой Web были и остаются чрезвычайно привлекательными свойствами IP-технологий. Все это не добавляло оптимизма в оценке перспектив ТфОП и, соответственно, AIN. Но по истечении нескольких лет ситуация не выглядит такой простой. Наряду с IP, столь же популярными стали такие концепции, как WAP, а рост мобильной связи послужил причиной пересмотра многих положений, на которых строился успех чисто IP-инфраструктуры [4, c.59].

Сети для обмена речевой информацией и сети передачи данных основывались на разных философиях - коммутации каналов и коммутации пакетов, соответственно, - и потому предлагали различные механизмы доставки информации. Это определило и различие в подходах к предоставлению услуг. В области традиционной телефонии для введения новых услуг используется архитектура централизованного управления услугами на основе концепции AIN; в IP-сетях “интеллект” (логика услуг и сопутствующие данные) распределен по множествам приложений, размещенных в оконечных пунктах сети (пользовательских компьютерах и серверах).

Однако рынок услуг связи диктует потребность видеть эти два мира объединенными в одной глобальной сети, способной предложить лучшее от каждого из них. Для такой конвергенции требуются унифицированные принципы предоставления услуг и управления ими [5].

Таким образом, для того чтобы удержать абонентов, повысить свою конкурентоспособность или хотя бы обеспечить элементарное выживание, операторам ТфОП в самое ближайшее время необходимо понадобятся мультисервисные платформы, сочетающие высокую производительность с экономичностью и гибкостью [6].

2.2 Развитие мультисервисных сетей

Сегодня информационные и телекоммуникационные технологии становятся одним из основных факторов формирования мировой экономики. Их развитие и конвергенция - это шаг к созданию единой глобальной информационной инфраструктуры, неотъемлемой частью которой являются современные средства создания, обработки, хранения, доступа и передачи информации. В этих условиях одной из приоритетнейших задач национальной экономики любой страны становится обеспечение соответствия ее развития общемировому движению по пути создания глобального информационного пространства.

В последние годы наметился переход от разнородных телекоммуникационных сетей, каждая из которых была предназначена для оказания узкого круга услуг, к сетям следующего поколения (NGN) или, так называемым, мультисервисным сетям. В таких сетях предоставляются услуги по передаче голоса, данных и видео, в них осуществлена конвергенция мобильных и фиксированных сетей [7].

Общее требование к современным технологиям мультисервисного доступа сформулировать несложно: должна обеспечиваться передача любых видов трафика в одном канале. Сегодня более красиво это называется 'triple-plays': видео, речь и данные, причем переход к NGN требует более широкой трактовки этих понятий. Передача речи - это и услуги местной телефонной связи, и выход на междугородную и международную связь (по новым правилам должен быть реализован выход на альтернативного оператора), и IP-телефония. Аналогичным образом расширяются и понятия услуг передачи видео и данных.

Конечно, новые инфокоммуникационные услуги сначала будут востребованы сравнительно небольшой группой абонентов, но это будет самая высокодоходная категория пользователей в абонентской базе оператора. Расслоение абонентов по уровню спроса на новые виды услуг продолжится и в дальнейшем, дифференцируя тем самым приносимые доходы. Собственно говоря, сегодня задача оператора заключается в том, чтобы найти разумные решения при построении сети доступа, учитывающие возникающую дифференциацию уровня спроса на услуги среди отдельных групп абонентов [9].

Сетевая инфраструктура следующего поколения может быть охарактеризована как мультисервисная с децентрализованным управлением услугами. Ее основу составит универсальная транспортно-ориентированная сеть, основанная на технологии распределенной коммутации пакетов. Кроме традиционных узлов (мультиплексоров, маршрутизаторов, коммутаторов) в состав элементов этой сети входят контроллеры сигнализации и шлюзы разнообразного назначения. Доступ к услугам, предоставляемым конечным пользователям, производится с использованием серверов разного назначения (политики обслуживания, защиты, услуг, банков приложений и пр.).

Основное отличие сетей следующего поколения от традиционных сетей в том, что вся информация, циркулирующая в сети, разбита на две составляющие. Это сигнальная информация, обеспечивающая коммутацию абонентов и предоставление услуг, и непосредственно пользовательские данные, содержащие полезную нагрузку, предназначенную абоненту (голос, видео, данные). Пути прохождения сигнальных сообщений и пользовательской нагрузки могут не совпадать.

Сети NGN базируются на интернет технологиях включающих в себя IP протокол и технологию MPLS. На сегодняшний день разработано несколько походов к построению сетей IP-телефонии, предложенных организациями ITU-T и IETF: H.323, SIP и MGCP

1. H323. Сети, построенные на базе протоколов H.323, ориентированы на интеграцию с телефонными сетями и могут рассматриваться как наложенные на сети передачи данных сети ISDN.

2. SIP. Протокол SIP широко применяется для предоставления IP-услуг. Softswitch - программный коммутатор, который управляет IP-сессиями. Одной из важнейших особенностей протокола SIP является его независимость от транспортных технологий.

3. MGCP. При использовании протокола MGCP, каждый шлюз разбивается на три функциональных блока:

Media Gateway - отвечает за передачу пользовательских данных

Signalling Gateway - отвечает за передачу сигнальной информации

Call Agent - устройство управления, где заключен весь интеллект декомпозированного шлюза [10, c.137-148].

При построении сети NGN, может использоваться как отдельный подход, так и их сочетание.

Наиболее оптимальным подходом к созданию мультисервисной сети является разработка клиент ориентированной бизнес модели новых услуг связи и построение на ее основе сетевой инфраструктуры, способной реализовать спрос на эти услуги. При этом стратегия построения новой инфокоммуникационной инфраструктуры состоит в:

· создании инфраструктуры пакетной широкополосной мультисервисной сети;

· разгрузке существующей телефонной сети общего пользования. Т.е., продолжая предоставлять на ее базе традиционные голосовые услуги, минимизируются инвестиции в данную сеть, при этом обеспечивается дальнейшее развитие спектра услуг и объемов трафика за счет новой мультисервисной сети;

· обеспечении полномасштабного доступа абонентов существующей телефонной сети общего пользования к новой мультисервисной сети и предоставлении им на ее базе новых услуг.

Однако в ближайшие годы голосовые услуги пока еще будут оставаться главным источником доходов большинства национальных операторов, для поддержания уровня этих доходов будут необходимы инвестиции в сеть с коммутацией каналов. В этих условиях телекоммуникационная сеть функционально пока еще будет развиваться и как телефонная с коммутацией каналов, и как пакетная. Это сосуществование есть условие поддержания доходов и дальнейшее развитие. При этом телефонные сети постепенно будут преобразовываться в сети доступа.

Пересматривая подходы к построению сети доступа, операторы преследуют несколько основных целей: удержать эксплуатационные расходы в разумных пределах, избежать построения специализированных сетей для каждого типа трафика и обеспечить удовлетворяющее абонентов качество услуг. Таким образом, и появляется понятие мультисервисной сети доступа, основное назначение которой - обеспечение быстрого, экономичного и качественного доступа любого пользователя ко всем услугам сети оператора связи [11].

Достаточно важно отметить некоторые аспекты работы современного оборудования доступа. Основная транспортная технология мультисервисной сети - IP. Следовательно, и доступ должен базироваться на IP-протоколе. Вместе с тем большинство решений в области мультисервисного доступа, предлагаемых сегодня на рынке, основано на технологии ATM. Кроме того, доступ становится широкополосным: уровень доступа уже не должен оказываться 'узким местом' операторской сети.

Производители оборудования, как правило, используют термин 'оборудование доступа', не стараясь привязать свой продукт к какой-то классификации. Гораздо более важен набор поддерживаемых технологий, которые позволят оператору предоставить абонентам требуемый набор услуг.

Второй ключевой момент - эффективность и простота внедрения оборудования в сети доступа.

Итак, какие же технологии следует использовать при реализации мультисервисной сети доступа? В настоящее время оператору доступны самые разные технологии для модернизации сетей доступа. Перед тем, как начать анализ, попробуем разделить все технологии по используемой среде передачи: беспроводный и проводной доступ.

2.2.1 Беспроводный доступ

К недостаткам систем проводного доступа можно отнести длительность сроков организации сети, большие объемы инвестиций на начальном этапе внедрения, ограничения в планировании сети, значительные эксплуатационные расходы и т.д. В результате этого в последние годы на рынке систем доступа возникла тенденция к переходу на оборудование, в работе которого используются радиотехнологии, отвечающие современным требованиям компаний-операторов [13].

Применение систем абонентского радиодоступа (WLL) для обслуживания стационарных абонентов, не подключенных к PSTN, позволяет операторам расширять их потенциальные возможности и улучшать качество услуг сетей доступа и способов их предоставления. К неоспоримым преимуществам этих систем относятся:

1) короткие сроки развертывания;

2) рентабельность;

3) малый объем инвестиций на начальном этапе строительства сети;

4) возможность повторной установки и переустановки, которые обусловлены гибкой модульной конфигурацией системы. Таким образом, сроки окупаемости систем WLL более короткие по сравнению с проводными системами;

5) эффективное использование коммутационных и других ресурсов сети благодаря применению многократного доступа;

6) снижение эксплуатационных расходов, обусловленное высокой надежностью и отказоустойчивостью системы [12, c.13].

Строго говоря, WLL - это системы, обеспечивающие абонентские окончания АТС местной телефонной сети посредством группового или индивидуального радио-интерфейса. Разновидностей таких систем много, но их главная особенность состоит в том, что роль коммутационного оборудования выполняет АТС местной телефонной сети, являющаяся шлюзом между WLL и ТфОП. Самые мощные WLL-системы построены на базе стандартов DECT или Airspan и обслуживают на территории площадью в один квадратный километр до 10 тысяч абонентов.

Для организации беспроводного абонентского доступа, помимо системы WLL, используются технологии классов WPAN, WLAN и WMAN.

Персональные сети (WPAN) служат для связывания между собой компонентов компьютера (монитор, клавиатура, мышь, принтер) в пределах малого радиуса действия - в так называемой персональной зоне [14].

К категории WPAN относится целый ряд технологий. Самой старой из технологий передачи данных в пределах малого радиуса действия является IrDA - технология передачи данных в инфракрасном диапазоне. Более современной является технология Bluetooth. Для установления беспроводного соединения Bluetooth прямая видимость между устройствами не требуется, в отличие от инфракрасной связи. Перспективной является технология ZigBee - беспроводная сетевая технология короткого радиуса действия, базирующаяся на стандарте IEEE 802.15.4, которая была разработана с целью обеспечения более дешевого и менее энергоемкого решения по сравнению с другими WPAN-технологиями. Самым известным на рынке стандартом локальных сетей радиодоступа WLAN на сегодняшний день можно с уверенностью назвать IEEE 802.11a/b/g (Wi-Fi). Помимо беспроводных домашних и офисных сетей технология Wi-Fi нашла широкое применение в сфере организации публичного доступа в Интернет.

Европейский (ETSI) аналог стандарта называется HiperLAN2. Различные версии стандарта ориентированы на работу в диапазонах от 2,4 до 5,8 ГГц и обеспечивают скорость передачи данных от 1 до 54 Мбит/с.

WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) - телекоммуникационная технология, разработанная с целью предоставления универсальной беспроводной связи на больших расстояниях для широкого спектра устройств (от рабочих станций и портативных компьютеров до мобильных телефонов). Основана на стандарте IEEE 802.16, который так же называют WMAN.

Системы класса RFID - это совокупность электронных средств автоматизированного контроля и сбора информации о различных объектах, таких как транспорт, персонал, грузы, товары, ценности и др. [15].

Сравнительная характеристика наиболее известных технологий беспроводного радиодоступа (таблица 1) позволяет выявить соотношения дальности (Д) и скорости (V) связи (рисунок 1) и, следовательно, сделать вывод о наиболее оптимальном варианте решения проблемы «последней мили». Из рисунка 1 видно, что это решение главным образом зависит от степени модернизации технологий коммуникаций. Современные сети радиодоступа обладают всеми требуемыми параметрами качества, но выбор подходящей системы определяет территория населенного пункта и уровень информатизации его обитателей.

Таблица 1

Сравнительная характеристика беспроводных сетей

Рисунок 1 - Соотношение “дальность - скорость” беспроводных технологий коммуникаций

Для комплексной оценки радиосистем принято использовать так называемую оценочную «розу ветров». На рисунке 2 приведена оценочная «роза ветров», построенная для сравнения технологий WLL, WPAN, WLAN, WMAN и RFID.

Рисунок 2 - Сравнение технологий WLL, WPAN, WLAN, WMAN и RFID

Из неё видно, что стандарты технологии RFID имеют самое лучшее качество передачи информации и самую высокую безопасность, но при этом характеризуются наименьшими значениями скорости передачи информации, радиуса действия и мобильности.

В то же время стандарты WPAN, имея самую высокую мобильность пользователей и самую низкую стоимость CPE (Customer Premises Equipment - устройства для подключения локальных сетей и удаленных рабочих мест к Интернету), существенно уступают стандартам WLL, WLAN и WMAN в степени покрытия территории.

Стандарты технологии WLAN характеризуются наименьшей помехозащищенностью и худшим качеством передачи информации.

Самые высокие показатели скорости передачи информации и стоимости СРЕ свойственны стандартам WMAN.

Технология WLL обладает максимальной зоной покрытия и не имеет существенных недостатков ни по одному из анализируемых параметров по отношению к остальным стандартам.

Для удаленных абонентов, проживающих за пределами границ крупного города (пригороды, дачные поселки, редконаселенная сельская местность) развертывание системы WLL, по сравнению с остальными технологиями, занимает гораздо меньше времени и стоит меньше денег. Поскольку радиус действия этой сети наибольший, то возможна установка станции в районном центре.

Для Республики Беларусь такая система является наиболее перспективной, так как территория нашей страны более чем на 70% занята поселениями сельского типа, жители которых больше нуждаются в высоком качестве связи, чем в высокоскоростном Интернете.

Технология WLL стала доступной для предприятия РУП 'Белтелеком' с 2007 г. Уже в 2008 г. было телефонизировано несколько удаленных населенных пунктов. К настоящему времени установлено более 6 тыс. WLL-терминалов фирмы Huawei. В 2009-2010 гг. планируется закрыть очередь на установку телефонов в сельской местности [17].

На территории Гомельской области по состоянию на февраль 2009 г. к системе WLL через компанию «БелСел» было подключено уже 1519 абонентов.

WLL-терминалы конвергируют стационарные и мобильные сети, используя СDМА-стандарт связи и вышки компании 'БелСел'; специальные адаптеры преобразуют звуковые сигналы в цифровые. При этом абонент получает обычный телефонный номер. Качество связи и стоимость установки сохраняются на уровне проводных телефонов.

Кроме того, WLL-терминалы позволяют жителям сельской местности пользоваться Интернетом [18].

Очевидно, что однозначного ответа на вопрос: 'Какой же тип абонентского доступа лучше?' увы, нет. Все существующие сети доступа хороши по-своему, а что касается идеального способа доступа, то он не вырисовывается, так как каждый имеет свои недостатки.

Главное - это набор услуг, их качество и цена, три основные составляющие, определяющие выбор конкретного типа абонентского доступа.

И это оператор должен хорошо понимать, как и то, что стоимость этих услуг и возможность их дальнейшего развития заложены в самой сети доступа.

Поэтому очень важно то, как оператор с самого начала решит для себя проблему 'последней мили', опираясь на существующие ресурсы, экономический расчет, здравый смысл и целесообразность внедрения той или иной технологии доступа на своей сети.

2.2.2 Проводной доступ

Среди проводных технологий доступа первое место все еще занимает ISDN. Базовый доступ ISDN (ISDN BRI) можно назвать устаревшей технологией, но для многих операторов и абонентов это по-прежнему вполне эффективное и удобное решение. ISDN - это полностью цифровая, но все же телефонная, сеть общего пользования. Основное приложение ISDN - коммутируемый доступ к ресурсам Интернета - в лучшем случае позволит получить полосу пропускания 128 кбит/с. Если же соединение устанавливается только по одному каналу, то общая полоса пропускания сравнима с тем, что может обеспечить современный модем. Для массового внедрения услуг ISDN необходима дорогостоящая модернизация ТфОП, поэтому ISDN будет пользоваться популярностью только в тех странах, где такая модернизация финансировалась государством (например, в Германии). Ключевым ISDN-приложением могла бы стать видеоконференц-связь, однако со времен создания ISDN техника видеоконференций активно развивалась на основе протокола IP, а не коммутации каналов ISDN.

Поддерживаемый набор протоколов семейства xDSL - наверное, самая важная характеристика оборудования доступа, поскольку использование технологий DSL наиболее актуально в Беларуси.

Для организации домашнего высокоскоростного доступа в Интернет удобны асимметричные DSL-решения, например, ставшая наиболее распространенной в сегменте индивидуальных пользователей технология ADSL. Сегодня с ее помощью обеспечивается доступ на скоростях всего около 64-128 кбит/c из-за ограничений полосы пропускания в магистральных каналах существующих Интернет-провайдеров.

Все более популярным и востребованным, особенно среди корпоративных пользователей, становится симметричный доступ, например SHDSL. Стандарт описывает технологию передачи данных с одинаковой скоростью в прямом и обратном направлениях - до 2,3 и 4,6 Мбит/с по одной и по двум парам проводов соответственно. Технология SHDSL допускает использование репитеров, что позволяет организовывать каналы связи длиной до 18,5 км [11].

Для объединения выше перечисленных возможностей на единой платформе мультисервисного доступа компанией Alcatel была создана технология Alcatel Litespan 1540.

Alcatel Litespan 1540 представляет собой платформу мультисервисного доступа, которая обеспечивает экономичную поддержку современных узкополосных и широкополосных приложений для корпоративных и домашних пользователей со 100%-ной поддержкой услуг “triple-plays”. Это решение, совместимое с продуктами многих производителей, поддерживает самые разные сетевые топологии и транспортные опции.

Alcatel Litespan 1540 поддерживает и самые современные технологии, и технологии традиционной телефонии (TDM), а также xDSL, передачу голоса в пакетах IP (VoIP) и соединения Ethernet, популярность которого растет с каждым днем. Платформа Litespan создает возможность гладкого перехода от традиционных голосовых сетей к сетям следующего поколения (NGN).

Кроме мультисервисной платформы это семейство продуктов включает интегрированную систему сетевого управления Alcatel 1353 Litespan Management System (LMS), которая позволяет минимизировать расходы заказчика, связанные с эксплуатацией и поддержкой предлагаемых решений. И мультисервисная платформа шлюза доступа Alcatel 1540 Litespan AGW, и система управления Alcatel 1353 LMS интегрированы и протестированы на совместимость со всеми другим продуктами Alcatel, что обеспечивает возможность создания комплексных (end to end) решений для сетей NGN [19].

Гибкие мультисервисные возможности решения Alcatel Litespan 1540 создают для операторов новые перспективы для получения доходов. Помимо базовых узкополосных услуг по передаче голоса и данных (POTS, ISDN, BRI/PRI, цифровые выделенные линии), эта система поддерживает широкополосный доступ в Интернет, а также передачу данных и мультимедийной информации по цифровым абонентским линиям ADSL и SHDSL, что значительно повышает скорость доступа к Web-страницам и ускоряет загрузку файлов по сети.

Alcatel Litespan 1540 хорошо интегрируется с транспортными механизмами PDH и SDH в сетях с коммутацией каналов и сетях передачи данных. Мультиплексор ввод/вывода цифровых потоков ADM SDH интегрируются на одной плате. Кроме того, в системе изначально интегрированы транспортные возможности PDH, ATM и Ethernet. Трафик передается между узлами Litespan EU (exchange units) и удаленными узлами RU (remote units) по медным кабелям (с помощью транспортных протоколов HDSL или SHDSL), волоконно-оптическим каналам или внешним линиям. Широкополосный трафик (xDSL) и узкополосный трафик (голос и данные, передаваемые по выделенным линиям) может передаваться по одному и тому же оптоволокну (SDH STM-1 или STM-4). Широкополосный трафик (xDSL) может передаваться в магистраль АТМ с помощью оптических (STM-1) или электрических (E3/DS3) интерфейсов. Трафик xDSL может также передаваться в магистраль (как правило, IP-магистраль) через порт Ethernet (10/100Base-T или оптический 100FX). Все это значительно повышает гибкость решения Litespan при подключении к IP-магистрали через сети Metro Ethernet.

Структура платформы изображена на рисунке 3.

Рисунок 3 - Платформа мультисервисного доступа Alcatel Litespan 1540

Alcatel Litespan 1540 имеет стандартные интерфейсы (V5 для TDM; ATM или Ethernet для xDSL). Это дает возможность эффективно работать в сетях с множеством поставщиков. Открытый дизайн позволяет сервис-провайдерам создавать решения, настроенные на конкретные потребности пользователей и совместимые с уже установленным оборудованием.

Внедрение решений Alcatel Litespan 1540 упрощается из-за того, что шкафы и монтажные стойки, предназначенные для установки в помещениях и за их пределами, поставляются полностью укомплектованными и протестированными на заводе. Конфигурация установленной системы может осуществляться через единый центр управления или через локальный терминал администратора (craft terminal). Все перечисленное позволяет резко сократить сроки окупаемости данной системы.

Сокращение капитальных и текущих расходов с помощью Alcatel 1540 Litespan достигается также за счет следующих факторов:

1) использование оптоволоконных технологий в самой экономичной точке;

2) использование стандартных интерфейсов;

3) подключение ATM, PSTN/ISDN, TDM и т.д. к единому сетевому узлу;

4) поддержка множества топологий с помощью единой системы;

5) использование открытых интерфейсов и совместимость с продуктами других производителей;

6) использование интегрированной системы управления.

Alcatel Litespan 1540 занимает лидирующие позиции в области сетей доступа в мире. Исследование, проведенное компанией RHK Inc. в 3 квартале 2003 года, показало, что решение Alcatel Litespan 1540 является лидером на рынке ETSI DLC (32%). Alcatel Litespan 1540 используется в 30 странах мира и поддерживает более 7 млн. эквивалентов абонентских линий (POTS, ISDN, выделенных линий и xDSL), в том числе 504000 линий широкополосного доступа. Вообще, по данным Alcatel в настоящее время в мире установлено более 50 млн. линий, поддерживаемых Litespan. Таким образом, можно сделать вывод о необходимости внедрения данной системы на сетях городских узлов электросвязи Беларуси. При этом создание современной белорусской информационно-телекоммуникационной инфраструктуры следует рассматривать как важнейший фактор подъема национальной экономики, роста деловой активности общества, а также укрепления авторитета страны в международном сообществе [20].

2.3 Характеристика телефонной сети города Гомеля

Гомельская городская телефонная сеть - самое крупное обособленное подразделение, входящее в состав Гомельского филиала РУП “Белтелеком”. Начиналась городская телефонная сесть с ручной телефонной станции на 30 номеров, смонтированной в 1944 году.

В 1958 году введена в действие первая автоматическая телефонная станция (АТС-52) по ул. Жарковского на 3500 номеров на декадно-шаговом коммутационном оборудовании. Первая автоматическая междугородная телефонная станция декадно-шагового типа АТС-1М запущена в эксплуатацию в 1979 году, которую в 1983 году сменила механоэлектронная АМТС типа АXЕ-13, а в 1995 - современная электронная АМТС АХЕ-10.

В настоящее время монтированная емкость АТС составляет почти 150000 номеров на 13 автоматических телефонных станциях; практически вся сеть в настоящий момент задействована.

Основные производственные фонды ГТС составляют 1 триллион 298 миллиардов рублей, что является 22% от основных производственных фондов области. Протяженность кабельных линий связи почти достигла 4000 км. В последние 2 года ГТС обеспечивает хорошее качество работы телефонов и плановое расширение сети практически без увеличения штата сотрудников.

Плотность телефонов на 100 семей г. Гомеля достигла 75,2 телефона (29,4 телефона на 100 человек), что обеспечивает городу III место среди областных центров Республики Беларусь.

Начиная с 1995 года на ГТС вводятся в эксплуатацию только современные электронные и цифровые АТС, монтированная емкость которых составляет более 21 тысячи номеров.

Практически все станции оборудованы аппаратурой повременного учета стоимости разговоров, что, по сравнению с системой абонентской платы, позволило значительно увеличить экономическую отдачу ГТС.

В настоящее время коллектив ГТС приступает к техническому перевооружению городской сети, демонтажу устаревших декадно-шаговых типов коммутационного оборудования и переключению действующих абонентов на вновь вводимые электронные телефонные станции. Уже введены в эксплуатацию электронные узлы связи - АТС 71/72 типа АХЕ-10, а также цифровые узлы связи - УВС-3,4,5,7 типа «Алкатель 1000 S12».

Первоначально Гомельская телефонная сеть входила в состав Гомельского областного управления связи, образованного 25 апреля 1938 года, затем в 1996 году с образованием государственных предприятий «Гомельоблтелеком» и «Гомельоблпочта», ГТС перешла в ведомость ГП «Гомельоблтелеком».

Техническое перевооружение и модернизация телефонной сети позволили осуществить интеграцию областных сетей связи в мировое телекоммуникационное пространство. Для этих целей построены: новая междугородная автоматическая телефонная станция, международная волоконно-оптическая линия связи Минск-Жлобин-Буда-Кошелево-Гомель-Киев и внутриобластные волоконно-оптические линии Жлобин-Рогачев и Жлобин-Светлогорск. В результате проделанной работы все абоненты городской телефонной сети и 91,3% сельской получили возможность автоматического выхода не только на страны СНГ, но и на любые страны мира.

Для более полного удовлетворения потребности государственных органов управления и делового сектора в качественных услугах связи введено 400 номеров емкости наложенной цифровой сети, которая позволяет предоставлять интегрированные услуги (ISDN), а также услуги 'Центрекс' и видеоконференцсвязи.

Построена сеть передачи данных с коммутацией пакетов Бел ПАК общей емкостью 136 портов, позволяющая пользоваться электронной почтой и сетью Интернет.

В Гомеле введены в действие системы персонального радиовызова (пейджинг) и транкингового типа по протоколу МРТ 1327. Функционирует государственная сеть радиотелефонной связи 'Алтай'.

В почтовой связи развиваются новые виды услуг EMS (международная ускоренная почта) и 'Экспресс' (внутриреспубликанская ускоренная почта).

2.4 Анализ существующей сети телекоммуникаций города Гомеля

Гомельская городская телефонная сеть (ГГТС) на техническом уровне представляет собой совокупность станционных и линейных сооружений. К станционным сооружениям относятся помещения АТС и узлов связи и находящееся в них оборудование. Линейные сооружения представляют собой кабельные линии связи, оборудование кабельных магистралей и каналообразующую аппаратуру.

Таким образом, в структуру телефонной сети входят коммутационные узлы, соединенные между собой соединительными линиями.

На Гомельской ГТС различают несколько видов коммутационных узлов:

1) автоматические телефонные станции (АТС);

2) узлы входящих связей (УВС) или опорные пункты транзитной сигнализации (ОПТС);

3) узлы учрежденческих и производственных телефонных связей (УУПТС);

4) узел спецслужб (УСС);

5) сельско-пригородный узел (УСП);

6) мини-АТС;

7) удаленные коммутационные ступени (выносы) или подстанции электронные (ПСЭ);

8) автоматическая междугородная телефонная станция (АМТС).

Автоматические телефонные станции являются основным типом узлов телефонной сети и представляют собой узлы, к которым подключены абоненты. Таким образом, АТС являются одновременно и производителями, и потребителями сообщений.

Узлы входящих связей введены в структуру ГТС для увеличения ее экономической эффективности вследствие снижения затрат на прокладку соединительных линий. Телефонные станции города Гомеля условно поделены на 2 группы. Сообщения между станциями одной группы передаются через соединительные линии (СЛ) внутри этой группы, где телефонные станции связаны по принципу «каждый с каждым». Сообщения из одной группы в другую передаются через УВС.

Узел входящих связей УВС4 обслуживает: АТС-44, АТС-45, АТС-47, АТС-48, УУПТС-49; узел УВС5 - АТС-50, АТС-51, АТС54, АТС57, УУПТС-59.

Отдельно от этих групп стоит ОПТС-З (Новобелицкий район), которая не обслуживает отдельные АТС.

УУПТС являются обычными АТС, отведенными для обслуживания учреждений и предприятий.

УСС обрабатывает только входящие сообщения, адресованные спецслужбам (101, 102,103,104,109,188 и т.п.).

УСП работает аналогично АТС, но приспособлен для обработки сообщений от сельских абонентов. Выход на железнодорожную ведомственную сеть связи предоставляется также этим узлом.

Мини-АТС на Гомельской ГТС ввиду их малой емкости подключаются не к узлам сообщений и всем другим телефонным станциям, а к какой-либо одной АТС или УУПТС. Так, мини-АТС «Квант», расположенные на ПО «Кристалл» и ПО «Сейсмотехника», подключены к УУПТС-49, а мини-АТС типа Ф50/1000 подключена к АТС-77.

Удаленные коммутационные ступени (выносы) представляют собой удаленные ступени абонентского искания ОПТС. На Гомельской ГТС выносы имеют: электронные ПСЭ-71/72 типа АХЕ10 и цифровые ПСЭ-35/36/37/39, ПСЭ-40/43, ПСЭ-52/58/60/61/62/64/68 типа Alcatel 1000 S12.

АМТС типа АХЕ10 представляет собой узел коммутации, соединяющий междугородние телефонные каналы и городскую сеть. Особенностью подключения АМТС на Гомельской ГТС является то, что входящие междугородние связи направляются АМТС на АТС и УУПТС через УВС.

Условная схема размещения коммутационных узлов Гомельской ГТС и прокладки соединительных линий приведена на рисунке 4.

Рис. 4. Схема Гомельской телефонной сети

Данные об оборудовании ГТС приведены в таблице 2.

Таблица 2

Станционное оборудование Гомельской ГТС

Типы оборудования: К -- координатное; Э - электронное; Ц- цифровое.

2.5 Характеристика станции АТС-57

Станция АТСК-57 типа «Пентаконта 1000С» имеет емкость 10000 номеров, располагается в здании УВС-5, по ул. 50 лет БССР, 2 г. Гомеля.

Особенностью городских АТС Пентаконта является способ обмена информацией внутри АТС между регистрами и маркерами блоков АИ (абонентского искания) и ГИ (группового искания). В отличие от европейских систем АТС информация передается не по разговорным трактам, а по многопроводным информационным цепям (шинам) постоянным током в коде «2 из 5». При межстанционных соединениях информация передается многочастотным способом по системе сигнализации R2 или декадным кодом.

Много характерных черт системы Пентаконта обусловлено принятым принципом построения коммутационных блоков искания, который определяет как способ управления установлением соединений, так и эксплуатационные характеристики системы. В АТС Пентаконта 1000С в основном используются двухзвенные коммутационные блоки искания, в которых для уменьшения внутренних блокировок одно звено содержит внутризвенные обходные линии и избыточная телефонная нагрузка обслуживается через три звена.

Городские АТС Пентаконта 1000 (в частности, Пентаконта 1000С) обеспечивают гибкое построение телефонных сетей с помощью выноса одного или нескольких 1000-линейных абонентских блоков и установки их в непосредственной близости от абонентов. Такой блок АИ соединяется с оборудованием опорной АТС так же, как будто он является интегральной частью станции. Оборудование этого блока носит название подстанции.

Для организации исходящих и входящих соединительных линий к АТС типа «Пентаконта 1000С» требуется использование специальных исходящих и входящих, комплектов (трансляций), представляющие собой сочетание шнурового комплекта АТС (как входящего, так и исходящего) и комплекта РСЛ. В перечне оборудования «ПЕНТАКОНТА-1000С», выпускавшегося для использования на телефонных сетях СССР эти устройства назывались исходящими и входящими трансляциями, соответственно ТИФ-3 (D-6026-385А); ТВФ-К3 (D-6026-605А).

Для подключения дополнительных релейных комплектов ТИФ/ТВФ при расширении межстанционных связей необходимо, кроме установки самих комплектов, оборудовать статив комплектом электропитания и надзора BAS, внутристативными соединительными жгутами с разъемами, промщитом концентрации (вводным устройством статива).

Все это оборудование в настоящее время не поставляется, так, как серийное производство оборудования «ПЕНТАКОНТА» предприятием-изготовителем (TELKOM-ZWUT, Польша) прекращено.

Необходимо, также, располагать достаточным количеством свободных стативов в автозале АТС (либо местом для их установки), что для АТС введенных в эксплуатацию 20-25 лет назад часто бывает проблематично. Релейных комплектов на стативе размещается всего 24 ТИФ либо 30 ТВФ.

Кроме того, необходимо соединить с комплектами и задействовать групповые и общестанционные устройства: выдержки времени (ОВВ), сигнально-вызывные устройства (СВУ), групповые приемники аппаратуры АОН, что требует дополнительных затрат на расширение межстанционных связей к АТС «ПЕНТАКОНТА» с использованием релейных комплектов ТИФ/ТВФ [21, c.4-17].

2.6 Предпосылки замены оборудования АТС-57

На сегодняшний день, телефонная сеть города Гомеля насчитывает 8 АТС координатного типа (АТС - 50; 51; 54; 57; 45; 47; 48; 74). Наличие у операторов связи таких систем, серьезно ограничивает возможности внедрения ими новых услуг и снижает возможности получения доходов. Дополнительным ограничением является также отсутствие у большинства АТСК средств повременного учета стоимости телефонных соединений (АПУС), что, безусловно, затрудняет, а порой делает невозможным, проведение правильных расчетов за предоставленные услуги, как между разными операторами, так и между операторами и абонентами.

Громкий треск многочисленных реле, частые отказы блоков и необходимость в их регулировке - это отличительные особенности многочисленных образцов АТСК, выпущенных в середине 1970-х годов и установленных на оконечных пунктах связи во всех районах Гомеля. Физическое и моральное старение оборудования этого типа уже привело пользователей к необходимости его замены или хотя бы реконструкции.

2.7 Виды цифровых коммутационных систем

2.7.1 Цифровая система коммутации SI-2000

Семейство цифровых телефонных станций SI-2000 предназначено для работы в общегосударственных сетях, ГТС, СТС, а также в гостиницах, офисах и учреждениях.

Коммутационная система нового поколения SI-2000 версии V5 с функциями ОКС№7 и ЦСИС (ISDN) обеспечивает предоставление телекоммуникационных услуг как для аналоговых абонентов, так и абонентов ISDN, а также реализацию дополнительных функций управления и технического обслуживания системы. Особенностью системы SI-2000 версии V5 является возможность ее включения как в самые современные участки сети (в том числе с помощью прямых высокоскоростных интерфейсов уровня STM-1) с предоставлением услуг интеллектуальной сети, группы услуг Centrex, услуг радиодоступа, так и в устаревшие участки сети с использованием аналоговых сигнализаций. Более того, система может использоваться в качестве шлюза между сетями ISDN и устаревшими участками сети, построенными на базе координатных телефонных станций, выполнять функцию преобразователя сигнализаций ОКС №7, DSS1, QSIG в аналоговые и цифровые межстанционные телефонные сигнализации.

Отличительными особенностями используемых в системе аппаратных средств являются:

1) новейшая технология на основе схем сверхвысокой интеграции, а также схем FPGA (Field Programmable Gate Array ? программируемая пользователем вентильная матрица);

2) механическая конструкция согласно стандарту ETSI;

3) небольшое число разнотипных съемных блоков;

4) малое энергопотребление.

Для управления всеми узлами системы разработан универсальный узел управления (Management Node), подключаемый к контролируемым узлам посредством сети TCP/IP.

2.7.2 Система Alcatel 1000 S12

Система S-12 является первой полностью цифровой системой, разработанной по всем новым концепциям управления. Особая функциональность распределенного управления и единственная в своем роде концепция цифрового коммутационного поля подвели перспективную базу под систему S-12 и ясно отличают ее от других конкурентных изделий..

Коммутационная система S-12 состоит из цифрового коммутационного поля (DSN), к которому через стандартный интерфейс подключаются различные типы терминальных модулей. Функции управления каждого модуля размещены внутри модуля. Так называемые функциональные управляющие устройства (АСЕ) выполняют общие задачи, которые не могут присваиваться терминальным модулям. Каждый терминальный модуль состоит из двух частей, из прикладного терминального устройства и терминального управляющего устройства (ТСЕ). Коммуникация между управляющими устройствами отдельных терминальных модулей осуществляется по цифровому коммутационному полю в виде стандартных сообщений. Для данного обмена сообщениями могут использоваться все пути внутри цифрового коммутационного поля. Благодаря этому нет нужды в использовании комплексной шинной системы

Система S-12 имеет модульную структуру, которая дублируется. Модульная структура системы S-12 обеспечивает возможность простой интеграции ISDN. Это обеспечивает передачу по телефонной линии не только речевых сигналов, но и данных, текстов и рисунков.

Система S-12 имеет распределенное управление, а также распределены основные функции коммутации.

Коммутационные станции создаются на основе малого количества типов аппаратных модулей, в которые загружаются только те программные модули, которые необходимы для выполнения функций данной коммутационной станции. Важное свойство системы S-12 состоит в том, что даже коммутационные станции самой малой емкости могут легко и экономно расширяться до самой большой мощности с помощью одинаковых аппаратных и программных модулей. Тем самым система S-12 обеспечивает действительную гибкость при планировании сети. Система S-12 может обслуживать 120000 абонентских линий для городских коммутационных станций; 85000 соединительных линий для транзитных станций; и обрабатывать как минимум 750000 попыток занятия в ЧНН. Системы S-12 была разработана для обеспечения возможности простого расширения сети.

2.7.3 Цифровая коммутационная система 5ESS

Система 5ESS разработана фирмой АТ&Т. Система 5ESS - цифровая коммутационная система общего пользования. Разработанная таким образом, чтобы удовлетворять потребности наиболее крупных во всем мире администраций служб связи и соответствовать международным стандартам, ее новейшая архитектура позволила этой системе постоянно использовать преимущества последних технологических разработок.

Система 5ESS является полностью цифровой коммутационной системой с разделенной архитектурой обработки данных и коммутации. Коммутация основывается на 32-канальной структуре, а обработка данных обеспечивается 32-битовыми процессорами. Использование таких мощных процессоров дало возможность гибкого определения архитектуры коммутационной системы. В соответствие с желанием обеспечить местную связь, микропроцессоры были использованы во всей сети. Так, на периферии станции, использование мощных 32-битовых процессоров дает возможность обрабатывать данные более эффективно, но оно также позволяет увеличить возможности обработки данных пропорционально увеличению емкости станции.

Гибкость системы обеспечивается за счет архитектуры, которая разработана с расчетом на максимальную нагрузку 45000 Эрл. и более 900000 вызовов в ЧНН.

Система 5ESS является универсальной цифровой коммутационной системой. Она может обслуживать как местная станция до 350 тысяч абонентских линий или до 90 тысяч соединительных линий; она также может функционировать как узловая станция, междугородная или международная станция; как коммутационный узел для обеспечения услуг интеллектуальной сети; она может работать как передвижной центр коммутации или как любая комбинация вышеперечисленного. Она может обслуживать небольшие населенные пункты с количеством абонентов 100 или большие метрополии, насчитывающие свыше 100000 абонентов [22].

2.8 Сравнительный анализ систем коммутации

Рассмотрев три наиболее передовые системы коммутации, мы убедились, что каждая из них может быть использована для реконструкции ГТС г. Гомеля. Проведем их краткий сравнительный анализ для выбора одной из них.

При создании связи в Республике Беларусь необходимо учитывать имеющееся электронное оборудование. Так как станции SI2000 на сети Республики не используются, поэтому установка этой станции нецелесообразна. К тому же, такая станция больше подходит для использования на сельской телефонной сети с небольшим количеством абонентов, а не для ГТС.

Кроме того, станции 5ESS и SI-2000 имеют иерархическое управление, а взаимосвязь между управляющими устройствами (УУ) осуществляется с помощью общей шины. Управляющие устройства поочередно (с разделением во времени) используют ее для передачи необходимой информации. В любой момент по общей шине информация может передаваться только между одной парой УУ. Использование общей шины приводит к снижению живучести системы, так как пропускная способность общей шины ограничена.

В коммутационной системе S-12 этой проблемы не существует, так как в ней полностью децентрализованное управление и коммуникация между УУ отдельных терминальных модулей осуществляется по цифровому коммутационному полю в виде стандартных сообщений. Для данного обмена сообщениями могут использоваться все пути внутри цифрового коммутационного поля. Благодаря этому нет нужды в использовании комплексной шинной системы, так как цифровое коммутационное поле станции S-12 легко перестраивается и в случае расширения коммутационной системы не требуется его реконфигурации.

Эти два фактора являются признаками самого перспективного направления в развитии цифровых систем коммутации.

С учетом вышесказанного можно сделать вывод о целесообразности замены АТС-57 именно на систему S-12, имеющую решающие преимущества перед другими перспективными системами коммутации. Такой выбор упрощается еще и тем, что на УВС-5 уже установлено оборудование станции Alcatel 1000 S12. В результате выполнение реорганизации будет сводиться к демонтажу существующей координатной станции и перенаправлению абонентских линий на абонентские платы ALCN системы Alcatel.

2.9 Архитектура и технические характеристики коммутационной системы Alcatel 1000 S12

Базовая архитектура S-12 представлена на рисунке 5. Она содержит цифровое коммутационное поле и совокупность терминальных модулей. Управляющее устройство терминалом обеспечивает логику управления и память для терминальных комплектов, имеется в каждом модуле и использует идентичное оборудование для всех модулей. Они взаимодействуют через цифровое поле коммутации по стандартному интерфейсу. Дополнительная мощность процессоров предоставляется дополнительными элементами управления АСЕ. Коммутационное поле DSN представляет собой совокупность идентичных коммутационных элементов, каждый из которых содержит логику и память, необходимые для управления полем.

Коммутационная станция системы S-12 состоит из цифрового коммутационного поля DSN, к которому через стандартный интерфейс подключаются различные типы терминальных модулей.

Ядром цифровой коммутационной станции системы S-12 является цифровое коммутационное поле. Разработка системы S-12 вызвала создание коммутационного поля, которое постепенно может расширяться с помощью увеличенного ассортимента.

Разработка печатной платы (цифровой коммутационный элемент) используется для конструирования всего коммутационного поля. Цифровое коммутационное поле является четырехступенчатым расположением, которое состоит из первой ступени - входящего коммутационного поля - и группового коммутационного поля, содержащего максимально три уровня. Важным признаком структуры поля является способность к расширению емкости обработки трафика каждого терминального устройства. Это достигается с помощью повышения количества уровней группового коммутационного поля, вследствие чего практически создаются дополнительные параллельные поля.

Рисунок 5 - Базовая архитектура системы S-12

Испытанное цифровое коммутационное поле выполняет функции пространственной и временной коммутации, каждое из которых содержит свой механизм маршрутизации и план маршрутов.

Каждая плата коммутационного элемента состоит из шестнадцати двунаправленных 32-канальных портов с способностью полной взаимозаменяемости [23].

2.9.1 Плата терминального интерфейса (TERA)

Терминальный интерфейс является интерфейсом между терминалом и цифровым коммутационным полем (DSN)

Плата TERA, включает в себя микросхему контролера портов (РОСО), пакет ОЗУ (Paket Ram) и две микросхемы квадратичных портов (QUAR). Один QUAR содержит два приемных и два передающих порта для подключения двухсторонних 32-х канальных ИКМ (РСМ) линий.

Две пары портов служат для связи с терминалом, две пары портов для связи с DSN и приемный порт соединен с системой распределения тактовых сообщений и сигналов текущего времени. Порт приема зуммеров находится в РОСО.

Все порты связаны уплотненной шиной с TDM. В TERA один входящий канал может быть подключен к множеству исходящих каналов. Это позволяет, например любой зуммерный канал с входящего канала зуммерного порта соединить с любым или со всеми исходящими каналами, и речевые сигналы в любом входящем канале подать в любой терминал системы.

Процессорные порты терминального интерфейса обеспечены буферами входящих и исходящих сообщений. Микропроцессор принимает входящие сообщения. Выдает исходящие другим процессорам и команды портам терминального интерфейса буферизация обеспечивается пакетом ОЗУ (Paket Ram) в терминальном интерфейсе.

РОСО - в принципе является интерфейсом между шиной TDM и процессорной шиной (HSB). LSB (низкоскоростная шина) позволяет относительно медленно работающему процессору обмениваться данными с (Paket Ram) посредством TDM шины.

Плата TERA содержит три функциональные части:

QUAR (квадратичные порты);

РОСО (контроллер портов с управляющим зуммером);

PRAM (пакет ОЗУ).

Функционирование платы TERA управляет соответствующая плата TCPB.

Основные функции платы TERA:

Прием и передача последовательных ИКМ данных в канальных и кадровых форматах;

Установление соединительного пути через DSN посредством команды SELECT;

Передача речи и данных между портами платы TERA;

Прием пакетов данных, счетных импульсов, отрицательных сообщений NACK (Negative Acknowledgment) сигналов и команд технического обслуживания;

Распределение зуммеров, информация о времени дня и многоадресной информации;

Выбор и регенерация тактовой частоты, генерация и распределение Frame - частоты (кадровой) 4 МГц и 8 МГц.

Совместно с терминальным управляющим устройством плата TERA устанавливает три вида соединений:

Между DSN и аппаратной частью модуля;

Между DSN и процессором;

Между аппаратной частью модуля и процессором.

Плата TERA распределяет также зуммеры и сигналы тактовой частоты поступающие от платы CCLA (плата типа А центрального генератора тактовых импульсов) [26].

2.9.2 Модуль аналоговых абонентов (АSМ)

Модуль аналоговых абонентов (ASM - Analog Subscriber Module) обеспечивает интерфейс между 128 аналоговыми абонентскими линиями и S-12. Количество АSM зависит от общего числа абонентов, обслуживаемых станцией. Линейный статив с 12 ASM включает в себя 1536 абонентов. Существует два типа РВА ALCN (16 абонентских линий) и ALCР с параметрами ALCB.

ASM включает терминал и ТСЕ. Если один ТСЕ неисправен, то другой ТСЕ может взять на себя управление, контролируя таким образом 256 абонентских линий. После замены неисправного блока один ТСЕ вновь контролирует 128 абонентских линий. Терминал содержит РВА посылки вызова (RNGA) и до 16(12) РВА аналоговых абонентских блоков (ALCB). Дополнительно, терминал делит совместно с другими ASM плату блока тестирования (ТAUA) (одна на четыре ASM) и плату стативной аварийной сигнализации (RLMA) (две на один статив).

Плата ALCB имеет восемь абонентских цепей, каждая из которых обеспечивает интерфейс для аналоговой абонентской линии. Каждый абонентский комплект выполняет следующие функции:

подключение абонентской линии;

обработка аналоговых сигналов;

ИКМ кодирование и фильтрация;

питание линии и контроль;

батарейное питание;

защита от перенапряжения;

подача сигнала посылки вызова;

кодирование и декодирование;

преобразование двух проводной системы в четырех проводную систему.

RNGA PBA генерирует стабилизированный переменный сигнал с помощью двух независимых источников вызывного сигнала для 128 абонентов. Она, также, выполняет следующие функции:

Программное управление вызывным током;

Программный контроль за выдачей вызывного сигнала и шлейфом абонентской линии;

Аппаратный выбор генератора вызывного сигнала, амплитуды сигнала, частоты и постоянной составляющей;

Буфер ИКМ линии между ALCB PBA и TCE.

2.9.3 Модуль цифровых каналов (DTM)

Модуль цифровых каналов (DTM), обеспечивает интерфейс между 32-х канальным цифровым трактом и АТС S-12. Один цифровой тракт включает в себя две линии, где каждая линия представляет односторонний путь для передачи PCM сигналов.

DTM состоит из: TCE и Терминала, представлен на рисунке 6. TCE управляет и контролирует работу терминала, с помощью форматированных и неинформационных пакетов, обычно передаваемых по 16-му каналу PCM линии между TERA и Терминалом.

Рисунок 6 Структурная схема модуля цифровых каналов

DTRX обеспечивает интерфейс к ТСЕ и выделяет сигнальные данные от речи и данных (SPATA).

Типичные функции DTМ следующие:

обеспечение интерфейса для цифрового канала;

преобразование высоко уплотненного биполярного кода HDB3 или дополнительного знакоинверторного кода AMI в NRZ;

выделение и восстановление тактовых сигналов из входящего ИКМ сигнала;

обнаружение неисправностей;

обеспечение тактовой синхронизации;

контроль и сигнализация;

образование шлейфа для тестирования каналов.

2.9.4 Модуль подключения блока удаленных абонентов

RIM обеспечивает интерфейс между блоком RSU и АТС S-12 посредством 30-ти канальной цифровой линии. К модулю может быть подключен одиночный RSU, обслуживающий 488 абонентов, а также до восьми RSU, образующих многоточечную конфигурацию с максимальным количеством абонентов 1000.

RIM имеет ту же структуру аппаратного обеспечения как и DTM. TCE управляет и контролирует работу терминала (16-ый канал в ИКМ линии между TERA и Терминалом). Терминал состоит из одного DTRA/DTRE. Функции терминала RIM идентичны функциям терминала DTM, за одним исключением, в RIM плата DTRA/DTRE управляет подключенным к нему RSU.

Каждый RIM обычно работает в параллели с другими RIM для повышения надёжности работы как показано на рисунке 7. При нормальной работе каждый Терминал управляется своим TCE.

Рисунок 7 Структурная схема модуля подключения блока удаленных абонентов

Если один TCE выходит из строя или выводится из эксплуатации с помощью команд связи “Человек Машина” (MMC Man machine communication), то второй TCE берет на себя управление обоими терминалами.

2.9.5 Блок удалённых абонентов (RSU)

RSU является маленьким линейным коммутационным блоком, находящимся на низшем иерархическом уровне S-12. Он обеспечивает экономично и эффективно предоставлять все услуги связи абонентам, живущим в малонаселённых, обычно сельских местностях. Это обеспечивается уплотнением абонентского трафика в одну или две 31-х канальные ИКМ линии два мега бита к RIM в основной станции.

Один RSU позволяет подключить 488 абонентов. А с помощью, так называемой, многоточечной конфигурации, можно подключить максимум 1000 абонентов в RSU к одному RIM с основной АТС, следовательно, он не имеет программного обеспечения, загруженного в наго.

До 61 платы ALSB может быть подключено к RSU, каждая обслуживает восемь абонентов. Модуль RSU показан на рисунке 8.

Рисунок 8 Структурная схема модуля RSU

Вызывной ток обеспечивается отдельными схемами посылки вызова RNGA PBA. Дополнительно, TAUA PBA даёт аналоговый доступ к абонентским линиям для тестирования линий. PBA комбинированных синхронизационно-аварийных цепей (CALA PBA) обеспечивает передачу аварийной информации к основной станции и имеет интерфейс для подключения портативного MMC терминала и локального дисплея аварийной сигнализации [23].

2.9.6 Модуль ОКС №7

Новый модуль общего канала сигнализации (ОКС) №7 (HCCM High Common Channel Module) разработан для использования в сети, где абонентам предлагаются услуги ISDN и показан на рисунке 9.

Рисунок 9 Структурная схема модуля ОКС 7

Один HCCM выполняет одновременно быструю обработку сообщений, передаваемых по восьми каналам ОКС 7 в обоих направлениях. Терминал модуля состоит из максимум восьми сигнальных терминалов внутристанционных линий (SLTA Signalling Link Termination) PBAs, каждый из которых физически связан через DSN с определённым DTM, таким образом один HCCM обслуживает восемь сигнальных линий. SLTA PBA включает две подсистемы микропроцессоров и выполняет так называемую функцию маршрутизации, используя данные хранящиеся в его собственных таблицах. Другими словами, каждая SLTA PBA обрабатывает сообщения независимо друг от друга, без обращения к другим источникам, за исключением того случая изменяется конфигурация подключенных линий. Во входящем направлении, сообщения приходящие по ОКС из другой АТС принимаются DTM и передаются через DSN на определенный порт HCCM. Определённая SLTA PBA обрабатывает каждое сообщение. Если сообщение предназначено для абонента собственной станции, пользовательская часть передается на определённый модуль. Если сообщение предназначено для другой станции, оно обрабатывается и передается на DTM для дальнейшей передачи на другую станцию.

В исходящем направлении, сообщение передаётся одним из станционных модулей на соответствующий ZCCM, где в начале происходит обработка этого сообщения одним из SLTA PBAs, затем обработанное сообщение переведется на DTM для дальнейшей передачи по ОКС 7 на соответствующую АТС [27].

2.9.7 Цифровая коммутационная система

Цифровая коммутационная система (DSN Digital Switching Network) предназначена для связи Управляющих элементов (CE Control Element) S-12 между собой посредством ИКМ линий (PCM Pulse Code Modulation).

DSN коммутирует речь, данные, внутреннюю сигнализацию, цифровые не кодированные зуммеры, тестовые сигналы и сообщения между управляющими элементами S-12. DSN характеризуется:

допускается плавное расширение коммутационной системы без её рекомендации;

идентичные Цифровые Коммутаторы (DSE Digital Swiching Element) на каждом звене осуществляют коммутацию в пространстве и во времени;

высокая пропускная способность с низкой вероятностью внутренних блокировок;

незначительное уменьшение пропускной способности в случае повреждения DSE, сочетается с высокоэффективной системой диагностики и устранения неисправностей.

DSN состоит из Коммутаторов доступа (AS Access Switches) и Групповой Коммутационной Системы (GS Group Switch) имеющей одно, два или три звена. AS соединены с СЕ и коммутаторами первого звена GS. GS может быть с одним или более уровнями в зависимости от поступающей нагрузки показано на рисунке 10.

Рисунок 10 Структурная схема цифрового коммутатора

Все СЕs имеют доступ к DSN через пару асинхронных последовательных ИКМ линий к паре АSs, обеспеченный терминальным интерфейсом с 60 дуплексными каналами. Поскольку DSЕ имеют возможность соединять любой вход с любым выходом, то соединительный путь для вызовов устанавливается до нужной глубины (точки отражения) коммутационной системы.

Каждый СЕ имеет свой уникальный адрес, состоящий из четырех цифр, которые позволяют управлять установлением соединения на всех четырех звеньях. Таким образом, независимо от того какой DSЕ выбран в качестве точки отражения, входная последовательность импульсов для выбора заданного СЕ будет одинаковой. По известному Системному Адресу (NА Nеtwоrk Аdrеss) по случайному алгоритму ищется соединительный путь до любого DSЕ в точке отражения, а от него устанавливается соединение к требуемому СЕ.

2.9.8 Программное обеспечение

Уникальность концепции разработки S-12 заключается в распределенной архитектуре системы и полностью распределенном процессе функционирования. Это достигается использованием Цифровой Коммутационной Системы (ЦКС) в центре, окруженной независимыми микропроцессорной управляемыми модулями.

Идентичные модули и элементы цифровой коммутационной системы могут быть дополнительно подключены к системе, в случае необходимости расширения емкости АТС. Отказ может случиться только в локализованной зоне системы и функции, которые она выполняет могут быть легко переданы другим процессорам, которые находятся в резервных модулях.

Программное обеспечение имеет модульную структуру. Используется язык высокого уровня СHILL (согласно рекомендациям ССITT). База данных также имеет модульную структуру.

коммуникационный мультисервисный архитектура сеть

2.9.9 Архитектура программного обеспечения

Архитектура программного обеспечения S-12 построена по иерархическому принципу и содержит пять главных областей. В эти области входят четыре области прикладного ПО и плюс операционная система и база данных. Они выполняют следующие функции:

ПО поддержки телефонных функций - обеспечивает сигнализацию на низком уровне и управляет устройствами интерфейса с телефонными цепями. Дополнительно, данный модуль определяет источники (приемники и передатчики, исходящие каналы) для соединения и генерации тарификационных данных.

ПО обслуживания вызовов - обеспечивает повсеместную координацию последовательности действий при установлении соединений, с привлечением ПО других областей.

Управляющее ПО - отражает требования персонала АТС к станционным полупостоянным данным базы данных. Данный модуль позволяет модифицировать данные, на которых базируются другие прикладные программы. Дополнительно, данный модуль координирует ПО при расширении аппаратного обеспечения, собирает статистику о работе АТС, дающую оператору сети контролировать условия эксплуатации АТС в телефонной сети.

ПО технической эксплуатации - обеспечивает местную и центральную эксплуатацию, а также функции восстановления работоспособности оборудования. Если неисправность невозможно устранить на местном уровне, то об этом информируется центральное ПО по технической эксплуатации, которое собирает и координирует результаты анализа неисправностей, выполняет рутинные и диагностические тесты для определения места повреждения [28].

3. ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЧАСТЬ

3.1 Исследование надежностных характеристик аппаратуры связи

3.1.1 Общие сведения о надежности

Важное место в техническом обслуживании сетей связи и систем ПДС занимает повышение надежности изделий и оборудования.

Согласно ГОСТ 27.002-83 надежность есть свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих его способность выполнять требуемые функции в заданных режимах, условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования. Надежность является сложным свойством, которое в зависимости от назначения объекта и условий его эксплуатации состоит из сочетаний следующих свойств: безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости.

Коэффициент готовности К_Г -- вероятность того, что объект окажется в работоспособном состоянии в произвольный момент времени в период нормальной эксплуатации:

(1)

где Т_о - среднее время наработки на отказ, мин.

Т_в - среднее время восстановления, мин.

Из этой формулы следует, что коэффициент готовности характеризует одновременно два различных свойства объекта: безотказность и ремонтопригодность.

Среднее время наработки на отказ характеризует продолжительность работы восстанавливаемого объекта, приходящуюся в среднем на один отказ, в рассматриваемом интервале суммарной наработки или определенной продолжительности эксплуатации.

Значение среднего времени наработки на отказ рассчитываем из следующего соотношения:

(2)

где N(0) - число исправных объектов в начальный момент времени;

t_i - время исправной работы i-го элемента между двумя отказами, мин.

Среднее время восстановления определяется по формуле:

(3)

где m - количество отказов;

t_i - время, затраченное на отыскание m отказов, мин.

Обеспечение требуемой (заданной) надежности любой технической системы, в том числе сетей связи и систем ПДС, должно предусматриваться в процессе их проектирования, изготовления аппаратуры и оборудования (использование надежных материалов и изделий), сооружения сети связи (высокое качество строительных и монтажных работ) и, наконец, в процессе настройки и эксплуатации качественным техническим обслуживанием специалистами высокой квалификации [29, c.183].

3.1.2 Надежность аппаратуры «Alcatel 1000 S12»

Для определения надежности аппаратуры системы Alcatel 1000 S12 были рассчитаны коэффициенты готовности для станционного оборудования (абонентских плат ALCN) и оборудования кросса (разрядников).

Расчет коэффициента готовности станционного оборудования

Расчет произведен на основе данных из журнала учета повреждения станционного оборудования (2006-2008 гг.) УВС-5 г. Гомеля. Исходные данные и результаты приведены в таблице 3.

Таблица 3

Учет повреждений в станционном оборудовании

Для определения коэффициента готовности станционного оборудования необходимо вычислить значение среднего времени наработки на отказ (2) и среднего времени восстановления (3). При этом число исправных объектов в начальный момент времени (t = 03.5617.06.06 (ч.мин.дд.мм.гг.)) N(0) = 21плата.

Общее количество отказов m = 22 платы.

В результате произведенных расчетов получим:

T_o = (1045174 мин.)/(21 плата) = 49770.19048 мин.

Т_в = (1110 мин.)/(22 платы) = 50.45455 мин.

Откуда по формуле (1):

На рисунках 11 и 12 представлены графики распределения отказов станционного оборудования по месяцам и по дням недели за 2005 - 2007 годы.

Рисунок 11 - Распределение отказов станционного оборудования по месяцам за 2006-2008 годы

Рисунок 12 - Распределение отказов станционного оборудования по дням недели за 2006-2008 годы

Расчет коэффициента готовности оборудования кросса

Расчет произведен на основе данных из журнала учета повреждения оборудования кросса (2008 г.). Исходные данные и результаты приведены в таблице 4.

Таблица 4

Учет повреждений в оборудовании кросса

Для определения коэффициента готовности оборудования кросса необходимо вычислить значение среднего времени наработки на отказ (2) и среднего времени восстановления (3). При этом число исправных объектов в начальный момент времени (t = 19.00 4.01.08 (ч.мин.дд.мм.гг.)) N(0) = 21 разрядник. А общее количество отказов m = 22 разрядника.

В результате произведенных расчетов получим:

T_o = (505666 мин.)/(21 разрядник) = 24079.33333 мин.

Т_в = (1238 мин.)/(22 разрядника) = 56.27273 мин.

Откуда по формуле (1):

На рисунках 13 и 14 представлены графики распределения отказов оборудования кросса по месяцам и по дням недели за 2008 год.

Рисунок 13 - Распределение отказов оборудования кросса по месяцам за 2008 год

Рисунок 14 - Распределение отказов оборудования кросса по дням недели за 2008 год

3.1.3 Надежность аппаратуры «Пентаконта 1000С»

Для определения надежности аппаратуры системы Пентаконта 1000С были рассчитаны коэффициенты готовности для станционного оборудования (МКС).

Расчет коэффициента готовности станционного оборудования

Расчет произведен на основе данных из журнала учета повреждения станционного оборудования (2008 г.) АТСК-57 г. Гомеля. Исходные данные (за январь-февраль 2008 г.) и результаты приведены в таблице 5.

Таблица 5

Учет повреждений в оборудовании станции АТСК-57

Для определения коэффициента готовности оборудования станции необходимо вычислить значение среднего времени наработки на отказ (2) и среднего времени восстановления (3). При этом число исправных объектов в начальный момент времени (t = 14.0015.01.08 (ч.мин.дд.мм.гг.)) N(0) = 54 МКС. А общее количество отказов m = 55 МКС.

В результате произведенных расчетов получим:

T_o = (62310 мин.)/(54 МКС) = 1153.88889 мин.

Т_в = (650 мин.)/(55 МКС) = 11.81818 мин.

Откуда по формуле (1):

На рисунках 15 и 16 представлены графики распределения отказов оборудования станции по месяцам и по дням недели за 2008 год. Данные об этих повреждениях не были приведены в таблице 5 в связи с их объемом, но результаты исследований достоверны и взяты из журнала учета повреждений станционного оборудования АТС-57.

3.1.4 Сравнительный анализ надежностных характеристик

В результате анализа надежностных характеристик оборудования кросса и станционного оборудования АТСЦ типа «Alcatel 1000 S12» можно сделать следующие выводы:

Рисунок 15 - Распределение отказов оборудования станции АТС-57 по месяцам за 2008 год

Рисунок 16 - Распределение отказов оборудования станции АТС-57 по дням недели за 2008 год

1. Коэффициент готовности станционного оборудования несколько больше чем оборудования кросса, следовательно, первое является более ремонтопригодным и безотказным. Это подтверждается еще и тем, что на исследование станционного оборудования выбран значительно больший промежуток времени.

2. Станционное оборудование подвержено наибольшему количеству отказов в мае и в сентябре, в то время как оборудование кросса - в декабре. Пик повреждений в декабре объясняется тем, что в этом месяце происходила замена разрядников кросса. Если не учитывать этот фактор, то оборудование кросса подвержено наибольшему количеству отказов в апреле и июле.

3. Статистический анализ отказов по дням недели свидетельствует о том, что наибольшее число повреждений приходится в понедельник, четверг и пятницу - для станционного оборудования, а также - в среду и четверг - для оборудования кросса.

4. Рассчитанные значения коэффициентов готовности приблизительно равны 1, следовательно используемое оборудование АТС обладает высокой степенью надежности.

Сравнительный анализ надежностных характеристик станционного оборудования АТСК типа «Пентаконта 1000С» с надежностными характеристиками оборудования кросса и станционного оборудования АТСЦ типа «Alcatel 1000 S12» позволяет прийти к следующим выводам:

1. Количество отказов оборудования АТСК в несколько раз превышает количество отказов оборудования АТСЦ.

2. Статистический анализ отказов по дням недели свидетельствует о том, что наибольшее число повреждений для любого оборудования приходится на первую половину недели.

3. Станционное оборудование подвержено наибольшему количеству отказов весной и осенью, в то время как оборудование кросса - весной и летом.

4. Коэффициент готовности станционного оборудования АТСК меньше чем коэффициенты готовности станционного и кроссового оборудования АТСЦ, что характеризует станцию координатного типа как менее надежную и является одной из предпосылок ее замены на цифровую.

3.2 Комплектация станции

3.2.1 Расчет объема оборудования

АSМ - модуль аналоговых абонентских линий, обеспечивает соединение между 128 аналоговыми абонентскими линиями АТСЦ-S12.

Абонентская емкость АТС-57 равна 10000 абонентских линий. Необходимое количество модулей АSМ равно:

модулей.

DТМ - модуль цифровых абонентских линий, соединяет цифровые соединительные линии от и в направлении других коммутационных станций с коммутационными полем типа S-12. Обычные линейные сигналы выделяются из входящего битового потока и передаются дальше в терминальные управляющие устройства для оценки. Емкость одного модуля DТМ равна одной ИКМ линии (30 каналам).

Исходящее направление от АТС-57 к другим АТС, АМТС и УСС содержит 600 каналов ИКМ.

Входящее направление к АТС-57 от других АТС и АМТС сети содержит 540 каналов ИКМ.

Из этого следует, необходимое количество модулей DТМ будет равно:

N_DТМ= 20 + 18 = 38 модулей.

СТМ - модуль тактовых и тональных сигналов, используется для предоставления основного тактового сигнала (частоты) для станции, который при необходимости может синхронизироваться с выбранным внешним опорным тактовым сигналом (частотой). Модуль, кроме этого генерирует все акустические сигналы для станции и содержит датчик времени.

Каждая станция типа S-12 содержит два модуля СТМ, которые выполняют идентичные функции и работают в качестве взаимных резервных устройств. Каждый модуль СТМ содержит терминальное устройство тактовых и тональных сигналов и терминальное управляющее устройство.

Таким образом, количество модулей СТМ равно: N_СТМ = 2 модуля.

МРМ - модуль техобслуживания и периферийных устройств. Это один из наиболее важных модулей в станции типа S-12. Станция оборудуется двумя такими модулями, один модуль работает в активном режиме, пока другой находится в режиме готовности. Причем активный модуль постоянно снабжает данными второй модуль, для того чтобы при переключении модулей не терялись обслуживаемые вызовы и другая информация системы.

Необходимое число модулей МРМ равно: N_МРМ = 2 модуля.

ТТМ - модуль испытания соединительных линий, является комплектом печатных плат и программ. Данный модуль в станции типа S-12 может использоваться для испытания и техобслуживания соединительных линий. Модуль содержит оборудование для проведения автоматических, полуавтоматических и ручных испытаний.

Количество модулей ТТМ на станции S-12 равно: N_ТТМ = 1 модуль.

SСМ - модуль многочастотной сигнализации предоставляет сигналы, кодированные методом ИКМ, необходимые для многочастотной регистровой сигнализации. Этот модуль анализирует тональные сигналы, кодированные методом ИКМ, которые входят от соединительных линий и телефонных аппаратов с тастатурным набором номера и преобразует их в цифры.

Для расчета модулей SСМ мы должны знать нагрузку, поступающую на SСМ от координатных и цифровых АТС.

У_SСМ определяем по формуле:

, (4)

где t_SCМ,исх.= t_SСМ,вх = 2,5 с для сети с 6-значной нумерацией;

ц_к - коэффициент относительной величины средней длительности занятий выхода и входа ступени, ц_к = 0,88 для сети с 6-значной нумерацией;

t_вх,DSN= 47,64с ;

?У_к,n и ?У_n,к - суммарная входящая и исходящая интенсивность нагрузки на АТС,

?У_к,n = 505,89 Эрл; ?У_n,к = 427,21 Эрл.

Эрл.

Один модуль содержит 16 приемопередатчиков.

модулей

DSN - коммутационное поле, состоящее из двух частей: переключателя доступа и группового поля.

Основой коммутационного поля DSN являются модули GS Ѕ и GS 3. Групповое поле состоит из ступеней и плоскости переключения. Модули GS Ѕ необходимы для организации ступеней групповых переключателей. В один модуль GS Ѕ включается 480 каналов ИКМ. В нашем примере количество каналов ИКМ равно 1140, значит необходимо три модуля GS Ѕ. Модуль GS 3 необходим для организации плоскости переключения и устанавливается один модуль.

модуля; N_{GS 3} = 1 модуль

3.2.2 Состав оборудования

Комплектация стативов осуществляется на основе сделанных расчетов соединительных линий и объема оборудования.

На одном стативе ЕА00 устанавливается до восьми абонентских модулей АSМ. В один статив ЕА00 можно включить 1024 абонентские линии. Так как емкость станции 10000 номеров, то необходимо 10 стативов ЕА00. А также, на 10 стативах ЕА00 устанавливается 38 модулей DТМ. Еще необходимы стативы ЕJ03, ЕJ02, ЕJ01, ЕН01. В комплектацию этих стативов входит модули GS Ѕ, GS 3, АSМ, DTM, ТТМ, СТМ, МРМ. Стативы JA00 комплектуются модулями SCM, по одному на статив. Отдельно ставится статив ЕК00, содержащий 2 блока с магнитной лентой и статив РDR - распределения питания, один на 10 стативов.

Необходимое количество стативов:

ЕА00 - 10 стативов; ЕJ03 - 1 статив; ЕJ02 - 1 статив; ЕJ01 - 1 статив; ЕН01 - 1 статив; JA00 - 7 стативов; ЕК00 - 1 статив; PDR - 2 статива.

3.2.3 Размещение оборудования в автозале

Оборудование АТСЦ S12 выполнено в виде стативов шкафного типа из жесткого металлического каркаса сварного исполнения. Каждый статив закрывается объемными передними и задними панелями.

Стативы устанавливаются в ряды и крепятся по бокам один к другому. В конце каждого ряда устанавливаются торцевые панели с устройствами сигнализации.

Подача кабелей в стативы идет сверху.

В каждом стативе имеется до семи этажей для установки плат. Для отвода теплого воздуха средний этаж не занимается

На этажах устанавливаются печатные платы размерами 221х254 мм. На одном этаже размещается до 32 печатных плат.

Размеры стативов 2100х900х500 мм.

Станционное оборудование, входящие в состав АТС типа S-12, размещается в автозале с учетом запаса площади для наращивания емкости АТС.

План расположения стативных рядов должен обеспечивать удобство эксплуатации, монтажа и рациональное использование площади автозала с учетом принятого способа вентиляции. С этой целью стативные ряды размещаются перпендикулярно стенам со световыми проемами. Расстояние между стеной и торцами рядов должно быть с одной стороны не менее 900 мм, а с другой - 1350 мм.

Крепление стативов к полу осуществляется с помощью шины высотой 5 см, которая также служит для компенсации неровностей пола.

В систему входит кабельный желоб, устанавливаемый над рядом стативов. По нему прокладывается как межстанционные кабели, так и кабели, исходящие из ряда стативов. Кабели АЛ и СЛ соединяются с разъемами, расположенными на лицевой панели данной платы [24].

Общая площадь автозала определяется, исходя из потребляемой мощности оборудования станции и способа вентиляции. Высота автоматного зала от пола до потолка должна быть такова, что бы над стативами оставалось свободное пространство не менее 0,5 м. Примерный план размещения оборудования проектируемой АТС приведен на рисунке 17.

Рисунок 17 - Размещение дополнительного оборудования в автозале УВС-5

3.3 Минимизация структуры дискретных устройств в системе компьютерной математики Maple

3.3.1 Необходимость оптимизации структуры дискретных устройств

Автоматизация способов решения и упрощения логических выражений и уравнений при проектировании дискретных устройств до настоящего времени является одной из актуальных проблем на современном этапе развития системы телекоммуникаций в связи с необходимостью решения задачи оптимизации структуры ДУ, т.е. получения экономичной и надежной технической реализации. Это означает, что из двух схем ДУ, выполняющих одинаковые функции, следует выбирать ту, которая содержит меньшее число элементов, а при одинаковом числе элементов - ту, суммарное число входов используемых элементов которой будет наименьшим. Решение этой задачи связано с проблемой минимизации (т.е. упрощения и сокращения) форм «объективных» функций многих аргументов, на базе которых и происходит реализация данного ДУ.

Следует заметить, что развитие микропроцессорной и компьютерной техники не снижает актуальность проблемы в связи с тем, что, очевидно, программная реализация алгоритмов управления, построенных на решении логических уравнений, также требует их минимизации, в первую очередь в системах, критических ко времени выполнения операций и объёмам отводимой памяти.

Любая ФАЛ выражается через исходные функции неоднозначно. Поэтому требуется найти такую форму ее представления, которая позволяет построить наиболее простую электрическую схему. При решении этой задачи ФАЛ ДУ вначале оказывается удобным представить в некоторой исходной канонической форме, которую называют нормальной, а затем преобразовать ее так, чтобы она соответствовала наиболее простой электрической схеме с учетом выбранного базиса логических элемент.

Каноническими формами представления ФАЛ являются СДНФ и СКНФ.

СДНФ представляет собой алгебраическое выражение, которое принимает значение, равное true (т.е. логической “1”) на тех наборах переменных, на которых значение заданной функции равно “1”.

СКНФ представляет собой алгебраическое выражение, которое принимает значение “0” на тех наборах переменных, на которых значение заданной функции равно “0” [30, c.14-18].

3.3.2 Разработка программы на базе пакета Logic

Гарантированно найти минимальное выражение для произвольной функции можно лишь методом полного перебора вариантов различных способов группировки в процессе минимизации, а это реально осуществимо лишь при небольшом числе аргументов. С ростом их числа сложность минимизации и поиска экономичной схемы растет экспоненциально и очень скоро становится не под силу человеку.

С целью автоматизации решения подобной задачи и создания эффективного средства минимизации ФАЛ ДУ была создана программа на базе пакета Logic, который входит в систему компьютерной математики (СКМ) Maple.

Пакет Logic - это набор операторов и функций для управления и преобразования выражений, использующих двузначную булевскую логику. Он содержит свой собственный набор логических операторов, таких как &and, &iff, &implies, &nand, &nor, &not, &or, &xor. С их помощью выполняются некоторые преобразования над логическими элементами [31].

В качестве исследуемого ДУ был выбран преобразователь кодов - комбинационное дискретное устройство, предназначенное для перевода одного двоичного кода в другой двоичный код [32, c.14].

Приведем пример решения задачи построения ПК из кода «2 из 5» в код «2 из 6», используемого системой S-12 для взаимодействия с другими коммутационными системами (в частности АТС Пентаконта 1000С) [33]. Коэффициент счета К = 10. Количество входов - 5. Базис реализации И-ИЛИ-НЕ. Реализацию данной задачи осуществим при помощи описанного выше пакета Logic. Назначение переменных и массивов, используемых в данной программе (вводятся пользователем самостоятельно):

N_inputs - количество входов ПК;

N_outputs - количество выходов ПК;

N_states - коэффициент счета;

Truth List - таблица истинности.

В приведённом фрагменте программы задаются начальные параметры, проектируемого преобразователя кодов и далее формируется СДНФ по таблице истинности (ТИ):

> restart: //очистка значений переменных

> with(Logic): //подключение библиотеки Logic

> N_inputs:=5: //количество входов (задается самостоятельно).

N_outputs:=6: //количество выходов (задается самостоятельно).

N_states:=10: //коэффициент счета (К = 10).

prefix_inputs:='Q': //обозначение входов.

prefix_outputs:='X': //обозначение выходов (СДНФ).

truthList:=[['11000','01100','00110','00011','10001','10100','01010','0

0101','10010','01001'],['110000','101000','011000','100100','010100',

'001100','100010','010010','001010','000110']]: //Задание ТИ

Ниже приведён модуль программы, в котором формируется СДНФ по ТИ:

> SDNF:=Array(1..N_outputs,fill=false): //создание массива СДНФ.

for cyc1 from 1 by 1 to N_outputs do //сус1-строка выходов.

for cyc2 from 1 by 1 to N_states do//сус2-столбец номера счета.

if truthList[2][cyc2][cyc1]='1' then//если на выходе 1,то

F:='true': //флаг F = `истина'.

for cyc3 from 1 by 1 to N_inputs do//сус3-строка входов

if truthList[1][cyc2][cyc3]='1' then//если на входе 1,

F:=eval(F and parse(cat(prefix_inputs, //то в флаг F

'[',cyc3,']'))): //запишется обозначение входа

с индексом очередности.

еlse //в противном случае

F:=eval(F and parse(cat('(not //в флаг F

',prefix_inputs,'[',cyc3,']',')'))): // запишется инверсное

обозначение входа с индексом очередности.

end if: //завершение описания if.

end do: //завершение описания do.

SDNF[cyc1]:=eval(SDNF[cyc1] or F): //вычисление СДНФ.

end if: //завершение описания if.

end do: //завершение описания do.

SDNF[cyc1]:=eval(parse(cat(prefix_outputs, //вывод значения

'[',cyc1,']'))=Export(SDNF[cyc1],form=boolean)): //СДНФ в булевской

форме.

end do: //завершение описания do.

Функция > print(SDNF); позволяет вывести СДНФ на экран. Следующее выражение позволяет осуществить вывод на экран компьютера логическое выражение для любого выхода преобразователя:

> assign(convert(SDNF,list)):

print(X[1]); //вывод на экран первого выхода СДНФ

Ниже приведен фрагмент программы, в котором задаются начальные параметры, проектируемого преобразователя кодов и далее формируется СКНФ по ТИ (вводимые параметры такие же, как и в первом фрагменте):

> prefix_inputs:='Q'://обозначение входов.

prefix_outputs:='Y'://обозначение выходов (СДНФ).

truthList:=[['11000','01100','00110','00011','10001','10100','01010','0

0101','10010','01001'],['110000','101000','011000','100100','010100',

'001100','100010','010010','001010','000110']]: //Задание ТИ

(задается самостоятельно).

> SKNF:=Array(1..N_outputs,fill=false): //создание массива СКНФ.

for cyc1 from 1 by 1 to N_outputs do

for cyc2 from 1 by 1 to N_states do

if truthList[2][cyc2][cyc1]='0' then//если на выходе 0,то

H:='true': // флаг Н = `истина'.

for cyc3 from 1 by 1 to N_inputs do

if truthList[1][cyc2][cyc3]='1' then//если на

H:=eval(H and //входе 1,то в флаг F запишется

parse(cat(prefix_inputs,'[',cyc3,']'))): //обозначение входа с

индексом очередности.

еlse //в противном случае

H:=eval(H and parse(cat //в флаг F запишется

('(not ',prefix_inputs,'[',cyc3,']',')')))://инверсное обозначение

входа с индексом очередности.

end if: //завершение описания if.

end do: //завершение описания do.

SKNF[cyc1]:=eval(SKNF[cyc1] or H): //вычисление СКНФ.

end if: //завершение описания if.

end do: //завершение описания do.

SKNF[cyc1]:=eval(parse(cat(prefix_outputs,

'[',cyc1,']'))=Export(SKNF[cyc1],form=boolean))://вывод значения

СКНФ в булевской форме.

end do: //завершение описания do.

Как и в предыдущем случае функция > print(SKNF); позволяет вывести СКНФ на экран, а функции > assign(convert(SKNF,list)):print(Y[N]); позволяют осуществить вывод на экран компьютера логическое выражение для N-го выхода преобразователя:

>assign(convert(SKNF,list)):

print(Y[N]);

> assign(convert(SKNF,list)):

print(Y[1]); //вывод на экран отдельно первого выхода СКНФ.

На следующем фрагменте показан модуль минимизации системы логических функций, то есть СДНФ, и вывода минимизированных логических выражений, описывающих работу проектируемого ПК, на монитор.

> L:=Array(1..N_outputs): //создание массива упрощенных функций.

for x from 1 by 1 to N_outputs do //задание цикла х-число выходов.

L[x]:=eval(parse(cat(S,'[',x,']'))=

Export(BooleanSimplify(Import(X[x], form=boolean)), form=boolean));

end do: //упрощение функций.

> print(L); //вывод результатов упрощения.

S[1] = (Q[1] and Q[2] and not Q[3] and not Q[4] and not Q[5] or Q[2] and

Q[3] and not Q[4] and not Q[5] and not Q[1] or Q[2] and Q[4] and not Q[3]

and not Q[5] and not Q[1] or Q[4] and Q[5] and not Q[3] and not Q[1] and

not Q[2]),

S[2] = (Q[1] and Q[2] and not Q[3] and not Q[4] and not Q[5] or Q[1] and

Q[5] and not

Q[3] and not Q[4] and not Q[2] or Q[3] and Q[4] and not Q[5] and not Q[1]

and not Q[2] or Q[3] and Q[5] and not Q[4] and not Q[1] and not Q[2]),

S[3] = (Q[2] and Q[3] and not Q[4] and not Q[5] and not Q[1] or Q[3] and

Q[4] and not Q[5] and not Q[1] and not Q[2] or Q[1] and Q[3] and not Q[4]

and not Q[5] and not Q[2] or Q[1] and Q[4] and not Q[3] and not Q[5] and

not Q[2]),

S[4] = (Q[4] and Q[5] and not Q[3] and not Q[1] and not Q[2] or Q[1] and

Q[5] and not Q[3] and not Q[4] and not Q[2] or Q[1] and Q[3] and not Q[4]

and not Q[5] and not Q[2] or Q[2] and Q[5] and not Q[3] and not Q[4] and

not Q[1]),

S[5] = (Q[2] and Q[4] and not Q[3] and not Q[5] and not Q[1] or Q[3] and

Q[5] and not Q[4] and not Q[1] and not Q[2] or Q[1] and Q[4] and not Q[3]

and not Q[5] and not Q[2] or Q[2] and Q[5] and not Q[3] and not Q[4] and

not Q[1]),

S[6] = false.

Далее приведён модуль минимизации СКНФ и вывода на монитор минимизированных логических выражений.

> L:=Array(1..N_outputs):

for x from 1 by 1 to N_outputs do

L[x]:=eval(parse(cat(S,'[',x,']'))=Export(BooleanSimplify(Import(Y[x],

form=boolean)), form=boolean));

end do:

> print(L);

S[1] = (Q[2] and Q[5] and not Q[3] and not Q[4] and not Q[1] or Q[1] and

Q[5] and not Q[3] and not Q[4] and not Q[2] or Q[3] and Q[4] and not Q[5]

and not Q[1] and not Q[2] or Q[1] and Q[3] and not Q[5] and not Q[4] and

not Q[2] or Q[3] and Q[5] and not Q[4] and not Q[1] and not Q[2] or Q[1]

and Q[4] and not Q[5] and not Q[3] and not Q[2]),

S[2] = (Q[2] and Q[5] and not Q[3] and not Q[4] and not Q[1] or Q[1] and

Q[3] and not Q[5] and not Q[4] and not Q[2] or Q[1] and Q[4] and not Q[5]

and not Q[3] and not Q[2] or Q[2] and Q[3] and not Q[5] and not Q[4] and

not Q[1] or Q[2] and Q[4] and not Q[5] and not Q[3] and not Q[1] or Q[4]

and Q[5] and not Q[3] and not Q[1] and not Q[2]),

S[3] = (Q[2] and Q[5] and not Q[3] and not Q[4] and not Q[1] or Q[1] and

Q[5] and not Q[3] and not Q[4] and not Q[2] or Q[3] and Q[5] and not Q[4]

and not Q[1] and not Q[2] or Q[2] and Q[4] and not Q[5] and not Q[3] and

not Q[1] or Q[4] and Q[5] and not Q[3] and not Q[1] and not Q[2] or Q[1]

and Q[2] and not Q[5] and not Q[3] and not Q[4]),

S[4] = (Q[3] and Q[4] and not Q[5] and not Q[1] and not Q[2] or Q[3] and

Q[5] and not Q[4] and not Q[1] and not Q[2] or Q[1] and Q[4] and not Q[5]

and not Q[3] and not Q[2] or Q[2] and Q[3] and not Q[5] and not Q[4] and

not Q[1] or Q[2] and Q[4] and not Q[5] and not Q[3] and not Q[1] or Q[1]

and Q[2] and not Q[5] and not Q[3] and not Q[4]),

S[5] = (Q[1] and Q[5] and not Q[3] and not Q[4] and not Q[2] or Q[3] and

Q[4] and not Q[5] and not Q[1] and not Q[2] or Q[1] and Q[3] and not Q[5]

and not Q[4] and not Q[2] or Q[2] and Q[3] and not Q[5] and not Q[4] and

not Q[1] or Q[4] and Q[5] and not Q[3] and not Q[1] and not Q[2] or Q[1]

and Q[2] and not Q[5] and not Q[3] and not Q[4]),

S[6] = (Q[2] and Q[5] and not Q[3] and not Q[4] and not Q[1] or Q[1] and

Q[5] and not Q[3] and not Q[4] and not Q[2] or Q[3] and Q[4] and not Q[5]

and not Q[1] and not Q[2] or Q[1] and Q[3] and not Q[5] and not Q[4] and

not Q[2] or Q[3] and Q[5] and not Q[4] and not Q[1] and not Q[2] or Q[1]

and Q[4] and not Q[5] and not Q[3] and not Q[2] or Q[2] and Q[3] and not

Q[5] and not Q[4] and not Q[1] or Q[2] and Q[4] and not Q[5] and not Q[3]

and not Q[1] or Q[4] and Q[5] and not Q[3] and not Q[1] and not Q[2] or

Q[1] and Q[2] and not Q[5] and not Q[3] and not Q[4]).

3.3.3 Проверка результатов на базе пакета Active-HDL

По полученным результатам осуществим моделирование принципиальной схемы данного ПК на языке VHDL в пакете Active-HDL. Ниже приведены листинг программы, схема и результаты ее моделирования (рисунок 18).

- Title : pk

- Design : logic

- Author : Тамила

- Company : АТС

- File : pk.vhd

- Generated : Wed May 6 22:23:33 2009

- From : interface description file

- By : Itf2Vhdl ver. 1.20

- Description :

-{{ Section below this comment is automatically maintained

- and may be overwritten

--{entity {pk} architecture {pk}}

library IEEE;

use IEEE.STD_LOGIC_1164.all;

entity pk is

port(

Q1 : in STD_LOGIC;

Q2 : in STD_LOGIC;

Q3 : in STD_LOGIC;

Q4 : in STD_LOGIC;

Q5 : in STD_LOGIC;

S1 : out STD_LOGIC;

S2 : out STD_LOGIC;

S3 : out STD_LOGIC;

S4 : out STD_LOGIC;

S5 : out STD_LOGIC;

S6 : out BOOLEAN;

);

end pk;

-}} End of automatically maintained section

architecture pk of pk is

begin

S1<=((Q1 and Q2 and not (Q3) and not (Q4) and not (Q5)) or (Q2 and Q3

and not (Q4) and not (Q5) and not (Q1))

or (Q2 and Q4 and not (Q3) and not (Q5) and not (Q1)) or (Q4 and Q5 and

not (Q3) and not (Q1) and not (Q2)));

S2<=((Q1 and Q2 and not (Q3) and not (Q4) and not (Q5)) or (Q1 and Q5

and not (Q3) and not (Q4) and not (Q2)) or

(Q3 and Q4 and not (Q5) and not (Q1) and not (Q2)) or (Q3 and Q5 and not

(Q4) and not (Q1) and not (Q2)));

S3<=((Q2 and Q3 and not (Q4) and not (Q5) and not (Q1)) or (Q3 and Q4

and not (Q5) and not (Q1) and not (Q2)) or

(Q1 and Q3 and not (Q4) and not (Q5) and not (Q2)) or (Q1 and Q4 and not

(Q3) and not (Q5) and not (Q2)));

S4<=((Q4 and Q5 and not (Q3) and not (Q1) and not (Q2)) or (Q1 and Q5

and not (Q3) and not (Q4) and not (Q2)) or

(Q1 and Q3 and not (Q4) and not (Q5) and not (Q2)) or (Q2 and Q5 and not

(Q3) and not (Q4) and not (Q1)));

S5<=((Q2 and Q4 and not (Q3) and not (Q5) and not (Q1)) or (Q3 and Q5

and not (Q4) and not (Q1) and not (Q2)) or

(Q1 and Q4 and not (Q3) and not (Q5) and not (Q2)) or (Q2 and Q5 and not

(Q3) and not (Q4) and not (Q1)));

S6<=FALSE;

end pk;

Рисунок 18 - Схема, таблица истинности и временные диаграммы работы ПК

В результате проверки была получена первоначальная ТИ, что свидетельствует о верности созданной программы и о возможности ее применения в целях минимизации ФАЛ ДУ.

Решение проблемы оптимизации структуры АТС реализовано путем получения более экономичной и надежной структуры, используемых в системе Alcatel 1000 S12, дискретных устройств, в частности преобразователей кодов. В данной части диплома была впервые разработана, описана и протестирована программа минимизации функции алгебры логики ДУ на базе пакета Logic, который входит в систему компьютерной математики Maple.

4. Технико-экономическое обоснование реконструкции АТС

Отрасль электросвязи - это отрасль материального производства участвующая в создании материальных благ и национального дохода.

Каждой производственной отрасли, кроме общих особенностей, свойственных всем отраслям материального производства, присущи свои особенности, накладывая отпечаток на характер деятельности её предприятий. В отрасли связи это, прежде всего особенность предмета труда, которым являются сообщения, доставляемые потребителям продукции (услуг) связи.

Несмотря на невещественный характер продукции связи, она материальна, так как является продуктом пространственного перемещения, которое по своей природе материально.

Характер полезного эффекта придаёт особое значение качеству продукта этой отрасли производства. Процесс потребления продукции связи неотделим от процесса её производства.

Поэтому возникают особые требования к скорости передачи сообщений. Потребитель полезного эффекта связи заинтересован не только в том, чтобы ему меньше ожидать передачи сообщения, но и в том, чтобы и само сообщение быстрее было получено лицом, которому оно адресовано. И чем быстрее происходит процесс производства передачи, тем выше качество, тем полнее удовлетворение потребностей, тем выше эффективность связи, замедление этого процесса часто ведёт к большим потерям.

Для повышения эффективности связи необходимо дальнейшее совершенствование средств связи, увеличение производственных мощностей предприятий связи, улучшение их использования, совершенствование организации и технологии производства.

К основным технико-экономическим показателям относятся надежность действия аппаратуры, качество связи, улучшение условий труда, повышение производительности труда, улучшение использования оборудования и производственных площадей, капитальные затраты на объект в целом и удельные капиталовложения на принятый измеритель, текущие издержки, годовые и суммарные приведенные издержки и т.д. Существующие АТС обеспечивают:

1) внутреннюю связь абонентов;

2) междугороднюю связь.

Необходимость реконструкции АТС вызвана растущей потребностью в телефонизации абонентов, связанных с обеспечением безопасности движения поездов и полным использованием существующей емкости станции.

В данном обосновании рассматривается следующий вариант реконструкции действующей АТСК «Пентаконта 1000С»: замена действующей станции на АТСЦ «Alcatel 1000 S12».

4.1 Укрупненный расчет капитальных вложений

Капитальные вложения - это затраты на воспроизводство основных фондов, их увеличение и совершенствование. Сумма капитальных вложений характеризует, во что обходится создание и производство новых сооружений и техники связи.

Сумма капитальных вложений рассчитывается при проектировании крупных сооружений связи. При разработке новой техники чаще всего исчисляется цена изделия.

Капитальные вложения включают в себя:

1) стоимость оборудования;

2) монтаж и пуско-наладочные работы (15% от стоимости оборудования);

3) транспортные и заготовительно-складские расходы (3% от стоимости оборудования);

4) прочие (затраты на содержание дирекции строящихся предприятий и технический надзор, расходы на подготовку эксплуатационных кадров для строящихся предприятий, налоги), можно принять 10% от суммы всех расходов.

Капитальные вложения (единовременные затраты) рассчитывают по ценникам, прейскурантам, данным смет и сметно-финансовых расчетов (в сопоставимых ценах и с учетом индексации). Стоимость монтажно-строительных работ берется в базисных ценах 2008 г. с учетом изменения индекса цен.

Укрупненный расчет капитальных вложений производится исходя из стоимости одного номера АТС данного типа. Результаты расчета сводятся в таблицу 6.

Таблица 6

Расчет капитальных вложений, у.е.

По данным таблицы 6 определим стоимость одного порта подключения для АТСК «Пентаконта 1000С» и АТСЦ «Alcatel 1000 S12», которая с учетом монтажных, транспортных и прочих расходов в пересчете на белорусские рубли по курсу 1у.е. = 2850 руб. составит 99141 рубль и 33294 рубля соответственно.

4.2 Определение годовых текущих издержек

Годовые текущие издержки на работу и обслуживание АТС включают в себя:

1) фонд оплаты труда;

2) отчисления на социальные нужды;

3) затраты на электроэнергию;

4) прочие расходы.

Текущие издержки определяются отдельно для АТСК и АТСЦ.

Фонд оплаты труда производственного штата рассчитывается за год, исходя из требуемой численности, тарифных ставок, должностных окладов, доплат и надбавок.

Требуемый штат для обслуживания запроектированного или действующего оборудования определяется расчетным путем или на основании нормативов производственного штата [36, c.21-27].

Так как проектируемая станция будет опираться на уже существующий ЦТЭ, расположенный в здании станции УВС-5, то численность штата данного ЦТЭ будет сокращена. При расчете расходов по труду будет учитываться заработная плата только этих работников. Введение данного объекта предполагает уменьшение штата на 4 сменных электромеханика и 2 электромеханика по регулировочным работам. Необходимый штат сотрудников новой АТСЦ на 10000 абонентов составит 3 инженера-оператора.

Должностной оклад работника:

, (5)

где Т_ст - тарифная ставка первого разряда, у.е. (140000 руб.=54,3 у.е. );

k_тар - тарифный коэффициент работника,

k_тар =3,25 - для инженера-оператора,

k_тар =2,8 - для электромеханика;

ДО₁ = 54,3?3,25 = 176,48 у.е. (для инженера);

ДО₂ = 54,3?2,8 = 152,04 у.е. (для электромеханика).

Основная заработная плата работника АТС определяется по формуле

ЗП_о= ДО( k_п + Д_н + Д_пр) + ДО, (6)

где k_п - коэффициент премирования, k_п = 0,4 (40% от ДО);

Д_н - доплата за работу в ночное время;

Д_пр - доплата за работу в праздничные дни.

ЗП_о1= 176,48?0,4 + 176,48 = 247,1 у.е. (для инженера);

ЗП_о2= 152,04? 0,4 + 152,04 = 212,9 у.е. (для электромеханика регулировочной группы).

За работу в ночное время производится дополнительная оплата в размере 0,4 от должностного оклада за каждый час работы в ночное время (с 22 часов до 6 часов), что составит (8 ? 0,4)/24 -100 = 13,4% или 0,134.

За работу в праздничные дни оплата производится в двойном размере, в связи с этим предусматривается доплата в размере 8/365?100 = 2,2% или 0,022 от ДО.

Доплата за работу в ночное время и праздничные дни начисляется только электромеханикам, работающим в две смены на АТСК.

ЗП_о3= 152,04?(0,4 + 0,134 + 0,022) + 152,04 = 236,6 у.е. (для электромеханика).

Дополнительная заработная плата ЗП_Д составляет 10 % от основной заработной платы и идет на оплату плановых отпусков работников АТС.

ЗП_Д1 = 0,1? 247,1= 24,7 у.е. (для инженера);

ЗП_Д2 = 0,1? 212,9= 21,3 у.е. (для электромеханика);

ЗП_Д3 = 0,1? 236,6= 23,7 у.е. (для электромеханика регулировочной группы).

Все произведенные расчеты сведем в таблицу 7.

Таблица 7

Штат обслуживающего персонала на 10000 абонентов

Основной фонд оплаты труда

ФОТ_О = У(ЗП_одi?Ч_i)?12? k_зам, (7)

где ЗП_одi - основная заработная плата работника определенной квалификации (инженера-оператора), у.е.;

Ч_i - число работников данной квалификации;

k_зам - коэффициент замещения, равный 1,1;

ФОТ_О1 = (247,1?1+212,9?4+236,6?2)?12?1,1 = 20749,1 у.е. (АТСК “Пентаконта 1000С”);

ФОТ_О2 = 247,1?3?12?1,1 = 9785,2 у.е. (АТСЦ «Alcatel 1000 S12»).

Дополнительный фонд оплаты труда

ФОТ_Д = 0,1 ФОТ_О. (8)

ФОТ_Д1 = 0,1?20749,1 = 2074,9 у.е. (АТСК “Пентаконта 1000С”);

ФОТ_Д2 = 0,1?9785,2 = 978,5 у.е. (АТСЦ «Alcatel 1000 S12»).

Отчисления на социальные нужды составляют 34% от основной и дополнительной заработной платы:

СО = (ФОТ_О + ФОТ_Д)? 0,34 . (9)

СО₁ = (20749,1+2074,9)?0,34 = 7760,2 у.е. (АТСК “Пентаконта 1000С”);

СО₂ = (9785,2+978,5)?0,34 = 3659,7 у.е. (АТСЦ «Alcatel 1000 S12»).

Затраты на электроэнергию определяются по формуле

З_ЭН = (Р_п?N_п +P_к?N_к)?Ц?Т/1000?з (10)

где Р_п - мощность, потребляемая одним номером (портом),

Р_п = 2,75 Вт?ч (АТСК),

Р_п = 0,9 Вт?ч (АТСЦ);

N_п - число номеров (портов),

N_п = 10000 номеров;

Р_к - мощность, потребляемая ПЭВМ,

Р_к = 250 Втч;

N_к - число ПЭВМ, N_к = 1;

Ц - стоимость 1 кВт?ч,

Ц = 255 руб/кВт^.ч = 0,09 у.е.;

Т - продолжительность работы оборудования (24?365), ч;

з - коэффициент полезного действия электропитающей установки; з = 0,8.

З_ЭН1 = (2,75?10000 +250?1)?0,09?24?365/1000?0,8 = 27347,6 у.е. (АТСК).

З_ЭН2 = (0,9?10000 +250?1)?0,09?24?365/1000?0,8 = 9115,9 у.е. (АТСЦ).

Прочие расходы включают в себя: материалы и запасные части, топливо, общие хозяйственные расходы, ремонт и обслуживание зданий, сооружений и оборудования (ремонтный фонд), страхование имущества, налоги на себестоимость и определяются как 40% от общей суммы расходов.

Пр₁ = 0,4?(20749,1+2074,9+7760,2+27347,6) = 23172,7 у.е. (АТСК “Пентаконта 1000С”);

Пр₂ = 0,4?(9785,2+978,5+3659,7+9115,9) = 9415,7 у.е. (АТСЦ «Alcatel 1000 S12»).

Тогда общие годовые текущие издержки определяются по формуле

И = ФОТ_О + ФОТд + СО + З_ЭН + Пр. (11)

И₁ = 20749,1+2074,9+7760,2+27347,6+23172,7 = 81104,5 у.е. (АТСК “Пентаконта 1000С”);

И₂ = 9785,2+978,5+3659,7+9115,9+9415,7 = 32955 у.е. (АТСЦ «Alcatel 1000 S12»).

4.3 Основные технико-экономические показатели

К основным технико-экономическим показателям проекта относятся: абонентская емкость, тарифные доходы, численность производственных работников, производительность труда, эксплуатационные расходы, годовой расход электроэнергии, балансовая прибыль и т.д.

Рассчитаем недостающие показатели.

Доходы от функционирования АТС состоят из единовременных доходов от подключения новых абонентов и текущих доходов (абонентская плата и АПУС).

Доходы от подключения новых абонентов в данном случае не будут учитываться, так как происходит замена существующей станции с уже подключенными абонентами, и с них не будет взиматься дополнительная плата за подключение.

Годовые текущие доходы определим по формуле

Д_т = Т_с?t_год?N + T_A?12?N, (12)

где Т_с - тариф за пользование услугами связи, Т_с = 12 руб. за 1 мин разговора = 0,0042 у.е. за 1 мин разговора;

t_год - суммарное среднее время разговора одного абонента в течение года;

N - число подключенных абонентов;

Т_А - тариф на абонентскую плату, Т_А= 1950 руб. = 0,68 у.е.

Величину t_год определим по формуле

t_год = t_ср?n, (13)

где t_ср - средняя продолжительность одного разговора, мин;

п - интенсивность поступления вызовов от одного абонента, выз./год.

По данным статистики t_ср = 200 с = 3,3 мин, п = 14,57 выз./мес. или 174,84 выз./год. Тогда

t_год = 3,33?174,84 = 582,2.

Годовые текущие доходы

Д_т = 0,0042?582,2?10000 + 0,68?12?10000 = 106052,4 у.е.

Определим балансовую прибыль

П_б = Д_т - И. (14)

П_б1 = 106052,4 - 81104,5 = 24947,9 у.е. (АТСК “Пентаконта 1000С”);

П_б2 = 106052,4 - 32955 = 73097,4 у.е. (АТСЦ «Alcatel 1000 S12»).

Чистая прибыль определяется вычитанием из балансовой прибыли налога на прибыль (24%):

П_ч = П_б - 0,24?П_б. (15)

П_ч1 = 24947,9 - 0,24?24947,9 = 18960,4 у.е. (АТСК “Пентаконта 1000С”);

П_ч2 = 73097,4 - 0,24?73097,4 = 55554 у.е. (АТСЦ «Alcatel 1000 S12»).

Производительность труда определяется делением среднегодового значения годовых текущих доходов от услуг на число работников проектируемого предприятия.

Рассчитанные показатели сведем в таблицу 8.

Таблица 8

Основные технико-экономические показатели

4.4 Расчет срока окупаемости

Определим значение прироста балансовой прибыли по формуле

ДП = П_б2 - П_б1. (16)

ДП = 73097,4 - 24947,9 = 48149,5 у.е.

Экономия капитальных вложений составит

ДI = I₂ - I₁, (17)

где I₁ и I₂ - капитальные вложения, соответственно старой и новой станции.

ДI = 116820 - 347864 = - 231044 у.е.

Срок окупаемости новой станции без учета фактора времени составит

. (18)

Экономический эффект определяется по формуле

Э_t = ДП - I₂. (19)

Дисконтированный эффект определяется по формуле

Э_д = Э_t?б_t, (20)

где б_t - коэффициент дисконтирования.

Расчет срока окупаемости стоимости АТСЦ с учетом фактора времени приведен в таблице 9.

Таблица 9

Срок окупаемости стоимости АТСЦ

Таким образом, можно сделать вывод о том, что капитальные вложения, инвестируемые в новую станцию, окупятся в течение 4 лет.

5. МОЛНИЕЗАЩИТА ОБЪЕКТОВ СВЯЗИ

В последние годы наблюдается заметное увеличение грозовой активности на всей планете в целом, что обусловлено, по всей видимости, изменением климата. Естественно, что это, наряду с усложнением конструкции и повышением степени интеграции оборудования связи и электропитания, приводит к необходимости решения ряда вопросов, связанных с проблемой защиты от импульсных токов и перенапряжений.

Основными техническими мероприятиями в области защиты от импульсных перенапряжений, возникающих между различными элементами и составными частями изделия или объекта в целом при прямом или близком ударе молнии, являются:

– создание системы внешней молниезащиты;

– создание качественного заземляющего устройства для отвода на него импульсных токов молнии;

– экранирование оборудования и линий, входящих в него, от воздействия электромагнитных полей, возникающих при протекании токов молнии по металлическим элементам системы молниезащиты, строительным металлоконструкциям и другим проводникам при близком размещении оборудования к ним;

– создание системы уравнивания потенциалов внутри объекта путем присоединения к главной заземляющей шине (ГЗШ) с помощью потенциалоуравнивающих проводников всех металлических элементов и частей оборудования (за исключением токоведущих и сигнальных проводников)

– установка на всех линиях, входящих в объект (или отдельно размещенное оборудование), устройств защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП), с целью уравнивания потенциалов токоведущих или сигнальных проводников относительно заземленных элементов и конструкций объекта. Иногда может понадобиться защита и внутренних линий, соединяющих различное оборудование, например, шины постоянного тока на выходе выпрямителя и т.д.

Из вышесказанного следует, что проблема защиты от импульсных грозовых перенапряжений может быть решена только комплексным путем, при условии выполнения всех перечисленных технических мероприятий. Такой подход дает зоновая концепция защиты, изложенная в стандартах МЭК серии 62305. Данная серия стандартов приходит на смену стандартам МЭК 61024 и 61312.

Стандарты МЭК определяют зоны молниезащиты с точки зрения прямого и непрямого воздействия молнии:

Зона 0_А: Зона внешней среды объекта, все точки которой могут подвергаться воздействию прямого удара молнии (иметь непосредственный контакт с каналом молнии) и возникающего при этом электромагнитного поля.

Зона 0_B: Зона внешней среды объекта, точки которой не подвергаются воздействию прямого удара молнии (ПУМ), так как находятся в пространстве, защищенном системой внешней молниезащиты. Однако в данной зоне имеется воздействие неослабленного электромагнитного поля.

Зона 1: Внутренняя зона объекта, точки которой не подвергаются воздействию ПУМ. В этой зоне токи во всех токопроводящих частях имеют значительно меньшее значение по сравнению с зонами 0_А и 0_B. Электромагнитное поле также снижено по сравнению с зонами 0_А и 0_B за счет экранирующих свойств строительных конструкций.

Последующие зоны (Зона 2, и т.д.). Если требуется дальнейшее снижение разрядных токов или электромагнитного поля в местах размещения чувствительного оборудования, то необходимо проектировать так называемые последующие зоны. Критерий для этих зон определяется соответственно общими требованиями по ограничению внешних воздействий, влияющих на защищаемую систему. Имеет место общее правило, по которому с увеличением номера защитной зоны уменьшаются влияние электромагнитного поля и грозового тока. На границах раздела отдельных зон необходимо обеспечить защитное последовательное соединение всех металлических частей, с обеспечением их периодического контроля.

На распределение энергии электромагнитных полей внутри объекта оказывают влияние различные элементы строительных конструкции такие как: отверстия или щели (например, окна, двери), обшивки из листовой стали (водосточные трубы, карнизы), а также места ввода-вывода кабелей электропитания, связи и других коммуникаций.

На рисунке 19 приводится пример разделения защищаемого объекта на несколько зон. Кабели электропитания, связи и другие металлические коммуникации должны входить в защитную Зону 1 в одной точке и своими экранными оболочками или металлическими частями подключаться к главной заземляющей шине на границе раздела Зон 0_А - 0_B и Зоны 1.

Рисунок 19 - Разделение объекта на зоны

Описанное выше разделение объекта на условные зоны позволяет на практике эффективно решать вопросы защиты электропитающих сетей до 1000 В, а также линий связи, передачи данных, компьютерных сетей и других коммуникаций, входящих в объект, с помощью применения различного типа устройств защиты от импульсных перенапряжений (или так называемой внутренней системой молниезащиты).

Система внешней молниезащиты важна с точки зрения защиты объекта от ПУМ, уменьшения амплитудного значения токов растекания по его металлическим конструкциям, корпусам установленного внутри оборудования и подключенным к ним кабельным линиям, а так же для предотвращения искрения и возможности возникновения пожара. Достигается это за счет создания путей отвода токов молнии к заземляющему устройству по специально проложенным токоотводам. Система внешней молниезащиты здания автоматической телефонной станции может быть выполнена в соответствии с рекомендациями «Инструкции по устройству молниезащиты зданий и сооружений», РД 34.21.122-87 или «Инструкции по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций», СО-153-34.21.122-2003. Обе инструкции носят рекомендательный характер и до выхода соответствующего технического регламента могут быть использованы при решении задач проектирования и строительства объектов разного назначения [34, c.18-32].

С точки зрения защиты антенно-фидерных устройств, размешенных на мачтах и вышках необходимо учитывать зоны защиты, образуемые металлическими конструкциями этих антенно-мачтовых сооружений (АМС). Но всегда необходимо помнить и о том, что сооружения высотой более 60 м могут себя вести в отношении молнии несколько иначе, чем низкие объекты. Вопрос защиты от ПУМ оборудования установленного, например, на крыше технического здания, при наличии рядом высокой мачты, не решается так просто, как кажется на первый взгляд.

Зона защиты такой мачты не может быть определена по формулам для расчета зоны защиты штыревого молниеприемника. Более реальную картину можно получить при помощи метода фиктивной сферы, который описан в «Инструкции по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций», СО-153-34.21.122-2003.

На рисунке 20 приведен пример применения метода фиктивной сферы к произвольному объекту, состоящему из двух АМС и технических зданий. Поверхности касания сфер различных радиусов с элементами объекта указывают места открытые для поражения молнией при различных уровнях защиты. Как видно из приведенных рисунков метод фиктивной сферы дает существенно меньшие зоны защиты для молниеприемников высотой более 60-100 метров и объясняет боковые удары молнии в АМС.

Рисунок 20 - Взаимосвязь уровней защиты и радиуса сферы

При размещении оборудования связи непосредственно на крыше технического здания так же необходимо учитывать зоны защиты, создаваемые его строительными элементами и имеющимися элементами внешней системы молниезащиты. В некоторых случаях (установка антенн на козырьке крыши или на пристройке к зданию и т.п.) может появиться необходимость в доработке системы молниезащиты с целью создания дополнительной зоны защиты оборудования связи (рисунок 21).

Заземляющее устройство системы молниезащиты предназначено для отвода токов молнии в землю и должно иметь прямую электрическую связь с защитным заземляющим устройством электроустановки (с целью уравнивания потенциалов). При этом, чем более низкое сопротивление будет иметь заземляющее устройство, тем ниже будет значение потенциала на главной заземляющей шине (ГЗШ) объекта при ударе молнии, что, соответственно, уменьшит амплитудные значения перенапряжений в силовых и сигнальных цепях и на входах оборудования.

Рисунок 21 - Защита объектов связи на крыше здания

Экранирование помещений объекта связи, установленного в них оборудования, электропитающих и сигнальных кабелей позволяет минимизировать значения токов и напряжений, которые могут быть индуцированы в них при воздействии сильных электромагнитных полей. Часто случается, что необходимость экранировки возникает и внутри объекта: при плохих экранирующих свойствах строительных конструкций (дерево, кирпич); при сложной электромагнитной обстановке внутри объекта (наличие источников сильных электромагнитных полей); при близкой прокладке с посторонними кабелями и коммуникациями, имеющими выход за пределы здания в зоны молниезащиты 0_А и 0_B и т.п.

Система уравнивания потенциалов на любом объекте важна, прежде всего, с точки зрения обеспечения электробезопасности персонала при коротких замыканиях в оборудовании на корпус, а так же при растекании токов молнии при прямом ударе в объект или в случае заноса опасных токов и напряжений через входящие линии и коммуникации. Основные требования к этой системе определены ПУЭ главой 1.7 и ГОСТ Р 50571. Также очень важное значение имеет система уравнивания потенциалов с точки зрения защиты от перенапряжений самого оборудования. Хорошо известно, что если в некоторой системе удается достигнуть равенства потенциалов между ее различными элементами (корпусами оборудования, электропитающими и сигнальными проводниками), то перенапряжений, способных вызвать пробой изолирующих материалов, а соответственно и токов уравнивания потенциалов, в такой системе не будет.

Выбор той или иной схемы защиты для объекта связи будет зависеть в основном от его конфигурации, наличия АМС, их высоты, и типа ввода электропитающих линий (воздушный или подземный кабельный).

Для объектов связи, имеющих высокие АМС или воздушный ввод электропитания сети 220/380В, рекомендуется применение как минимум двухступенчатой схемы защиты от перенапряжений, с применением устройства для защиты от импульсных перенапряжений в низковольтных силовых распределительных системах (УЗИЛ) первого и второго класса (согласно МЭК 61643-1-98).

1) В качестве первой ступени защиты рекомендуется устанавливать:

– В цепях L-N - однофазные грозовые разрядники, способные пропускать через себя импульсные токи прямого удара молнии (формы 10/350 мкс) с амплитудным значением не менее 50кА, обеспечивающие уровень защиты (U_р) менее 4кВ, и способные самостоятельно гасить дугу при сопровождающих токах не менее 4 кА.

– В цепях N-PE грозовые разрядники, способные пропускать через себя импульсные токи формы 10/350 мкс с амплитудным значением до 120 кА и гасить сопровождающие токи величиной до 300А, а также обеспечивающие уровень защиты (U_р) менее 2кВ. Эти разрядники не используются в случае четырехпроводных схем электропитания ТN-С.

2) В качестве второй ступени защиты рекомендуется устанавливать:

– В цепях L-N - однофазные (трехфазные) варисторные защитные устройства с максимальным импульсным током 30-40 кА формы 8/20 мкс и уровнем защиты (U_р) менее 1,5кВ.

– В цепях N-PE разрядники второго класса защиты, способные пропускать максимальные импульсные токи с амплитудным значением до 50кА (8/20 мкс) и имеющие уровень защиты (U_р) менее 1,5кВ. В распределительных сетях типа ТN-С эти разрядники не устанавливаются.

Защита кабельных линий от импульсных перенапряжений требует больших материальных и временных затрат. Простои линии связи, связанные с неисправностями в кабельном хозяйстве, обходятся значительно дороже, чем простои, связанные с поломкой оконечного оборудования (требуется выезд ремонтной бригады на место повреждения, доставка техники, кабеля, муфт, рабочих для вскрытия и закрытия кабельной трассы). По самым скромным подсчетам простой линии связи при повреждении кабеля измеряется сутками, а при распутице это время многократно увеличивается.

Повреждения кабелей происходят как при ударе молнии непосредственно в кабель, так и при ударах в землю, деревья, опоры ЛЭП или связи, АМС и т.д., находящиеся рядом с проложенным кабелем. Обычно повреждения возникают на расстоянии до 10-15 метров. Однако наблюдались отдельные случаи, когда повреждение кабеля происходило при ударе молнии в АМС находящееся в 70 м от кабеля.

При ударе молнии в землю в зоне прокладки кабеля возникают пробои земли от точки удара до металлического покрова кабеля. Это может привести к его повреждению. В точке входа тока молнии повреждения могут носить следующий характер: образование вмятин на свинцовой или алюминиевой оболочке кабеля, расплавление оболочки кабеля, разрыв кабельной брони, обугливание изоляции.

Повреждения, обусловленные появлением высокой разности потенциалов между жилами кабеля и его оболочкой:

- пробои изоляции между жилами, расплавление,

- обрыв или короткое замыкание жил кабеля,

- оплавление оболочки с внутренней стороны.

Подобные повреждения наиболее многочисленны и могут появляться на расстоянии до 10 км от места удара молнии. Повреждения аналогичного характера может вызвать и молния между двумя облаками. Высотный разряд вызывает возникновение индукционных токов в оболочках и жилах кабелей.

Количество и объем повреждений, возникающих на подземном кабеле, зависят от ряда факторов:

- Интенсивности грозовой деятельности в данном районе.

- Конструкции кабеля и его грозостойкости.

- Удельного сопротивления и геологического строения грунта.

- Рельефа местности и наличия вблизи трассы кабеля высоких предметов.

Интенсивность грозовой деятельности определяется по удельной плотности ударов молнии в грунт. Ширина эквивалентной полосы, удары в которую вызывают повреждение кабеля, в среднем равна 30 м с кабелем посередине. Степень грозостойкости кабеля определяется его добротностью: отношением максимального импульсного напряжения на жиле кабеля к омическому сопротивлению металлического покрова на длине 1 км. Размерность определяется в кА/км.

Поражаемость кабеля в различных грунтах не одинакова. Наиболее не благоприятны в этом отношении грунты с большим удельным сопротивлением, слоистые и многолетнемерзлые грунты. С точки зрения геологического строения не благоприятны для прокладки кабеля районы тектонических разломов и контакты различных геологических пород. В этих районах наблюдается наибольшая плотность наземных разрядов.

Снизить вероятность поражения подземных металлических кабелей связи от ударов молнии можно следующим образом:

– Путем прокладки специальных грозостойких кабелей с повышенной проводимостью оболочки.

– С помощью проложенных в земле параллельно кабелю медных, биметаллических или стальных оцинкованных проводов, шин, торсов.

– С помощью действующей воздушной линии связи, проходящей параллельно кабелю и оборудованной искровыми разрядниками с выносными заземлениями,

– С помощью разрядников, включенных между жилами и оболочкой в муфтах.

Эффективная защита оборудования объекта связи от перенапряжений и опасных токов возможна только при комплексном подходе к данной проблеме. Рассмотрим более подробно построение защиты различных частей данного оборудования.

Защита оборудования АТС, в основном абонентских комплектов, производится при помощи установки на кроссе специальных защитных устройств. Кроссовые защитные устройства подразделяются на три вида.

1. Защита по напряжению применяется для абонентских линий подверженных по условиям прокладки влиянию удаленных разрядов молнии и влиянию ЛЭП. По условиям прокладки на эти линии не возможно попадание сетевого напряжения.

2. Защита по току применяется для абонентских линий, на которые возможно попадание сетевого напряжения. По условиям прокладки (кабельная канализация в городской застройке) эти линии слабо подвержены влиянию удаленных разрядов молнии и ЛЭП.

3. Комплексная защита применяется для абонентских линий подверженных влиянию, как по току, так и по напряжению [35].

По результатам исследования системы молниезащиты аппаратуры и линий связи существующего здания узла входящих связей №5 можно сделать вывод о его полном соответствии всем техническим требованиям защиты. Для этого используется весь перечисленный комплекс технических мероприятий: системы внешней молниезащиты; заземляющие устройства; экранирование оборудования и линий, входящих в него; ГЗШ; УЗИП; кроссовые защитные устройства (разрядники) и т.д.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В дипломном проекте был произведен анализ существующих сооружений телекоммуникаций города Гомеля, в результате которого сделан вывод о необходимости усовершенствования сети электросвязи при помощи технологий нового поколения. В частности рекомендуется использовать: платформы мультисервисного доступа Alcatel Litespan 1540 - при организации связи в новых районах города; системы абонентского радиодоступа WLL - для обслуживания удаленных абонентов, проживающих за пределами границ города, не подключенных к ТфОП; цифровые АТС типа «Alcatel 1000 S12» - при замене морально и физически устаревшего оборудования координатных городских АТС типа «Пентаконта 1000С».

Сравнительный анализ надежностных характеристик станционного оборудования АТСК типа «Пентаконта 1000С» с надежностными характеристиками кроссового и станционного оборудования АТСЦ типа «Alcatel 1000 S12» позволяет прийти к следующим выводам:

1. Количество отказов оборудования АТСК в несколько раз превышает количество отказов оборудования АТСЦ.

2. Статистический анализ отказов по дням недели свидетельствует о том, что наибольшее число повреждений для любого оборудования приходится на первую половину недели.

3. Станционное оборудование подвержено наибольшему количеству отказов весной и осенью, в то время как оборудование кросса - весной и летом.

4. Коэффициент готовности станционного оборудования АТСК меньше чем коэффициенты готовности станционного и кроссового оборудования АТСЦ, что характеризует станцию координатного типа как менее надежную и является одной из предпосылок ее замены на цифровую.

Преимуществом S-12 является снижение эксплуатационных расходов за счет автоматизации и централизации процессов контроля за работоспособностью оборудования. Именно автоматизация оптимизации оборудования современной коммутационной системы является наиболее актуальной задачей в процессе ее усовершенствования. В эпоху создания практически идеальных технологий важно обращать внимание на мельчайшие детали композиции системы.

Решение проблемы оптимизации системы АТС реализовано путем получения более экономичной и надежной структуры, используемых в S-12, дискретных устройств (на примере преобразователей кодов). В данном проекте была разработана, описана и протестирована программа минимизации функции алгебры логики дискретного устройства на базе пакета Logic, который входит в систему компьютерной математики Maple. По результатам проверки можно сделать вывод о возможности применения данного алгоритма в целях минимизации ФАЛ ДУ.

По результатам исследования системы молниезащиты аппаратуры и линий связи существующего здания узла входящих связей №5 можно сделать вывод о его полном соответствии всем техническим требованиям защиты.

Приведенный расчет в технико-экономической части показал экономическую выгоду замены координатную АТС типа «Пентаконта 1000С» на цифровую АТС типа «Alcatel 1000 S12». Капитальные вложения, инвестируемые в новую станцию, окупятся в течение 4 лет.

ПЕРЕЧЕНЬ ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Гольдштейн, А.Б. Э(Ре)волюция комутационой техники / А.В. Гольдштейен // Вестник связи.- 2002. - № 11. - С. 48-52.

2. Телекоммуникационные системы и сети: Учебное пособие. В 3 т. / редакт.: В.П. Шувалов. - М.: Горячая линия - Телеком, 2003-2005. - Т. 1: Современные технологии / Б.И. Крук, В.Н. Попантонопуло, В.П. Шувалов. - 2003. - 647 с.

3. Прокис, Д. Цифровая связь / Д. Прокис.- М.: Радио и связь, 2000. - 800 с.

4. Лихтциндер, Б.Я. Интеллектуальные сети связи / Б.Я. Лихтциндер. - М.: Эко-Трендз, 2002. - 206 с.

5. Галичский, К. Компьютерные системы в телефонии [Электронный ресурс] / Телефоны - Москва, 2002

6. Руин, А.А. Транспортные сети следующего поколения / А.А. Руин, Г.Г. Янковский // Вестник связи. - 2004. - №2. С. 9-11.

7. Барник, М. Откройте дорогу коммуникациям будущего / М. Барник // Сети и системы связи. - 2004. - №14. С. 3-4.

8. Нейман, В.И. Телефонная связь по сети Интернет / В.И Нейман // Автоматика, связь, информатика. - 2003. - №9.

9. Андреев, Е.А. Подход к обоснованию программ модернизации коммутационного оборудования / Е.А. Андреев, В.Е. Виноградский // Вестник связи. - 2004. - №9. С. 25-30.

10. Телекоммуникационные системы и сети: Учебное пособие. В 3 т. / редакт.: В.П. Шувалов. - М.: Горячая линия - Телеком, 2003-2005. - Т. 3: Мультисервисные сети / В.В. Величко, Е.А. Субботин, В.П. Шувалов, А.Ф. Ярославцев. - 2005. - 592 с.

11. Гольдштейн, А.Б. Устройства мультисервисного широкополосного доступа / А.Б. Гольдштейн // Технологии и средства связи. - 2006. - №1. С. 3-9.

12. Телекоммуникационные системы и сети: Учебное пособие. В 3 т. / редакт.: В.П. Шувалов. - М.: Горячая линия - Телеком, 2003-2005. - Т. 2: Радиосвязь, радиовещание, телевидение / Г.П. Катунин, Г.В. Мамчев, В.Н. Попантонопуло, В.П. Шувалов. - 2004. - 672 с.

13. Савичев, В. Перспективы использования абонентского радиодоступа WLL / В. Савичев // Broadcasting. Телевидение и радиовещание. - 2006. №2. С. 5-9.

14. Барсуков, В.С. Последний дюйм - он трудный самый / В.С. Барсуков, А.А. Пономарев // Специальная Техника. - 2005. - №1. С. 8-14.

15. Прохоров, А. В. Рынок беспроводных сетей в цифрах и фактах / А.В. Прохоров // КомпьютерПресс. - 2006. - №4. С. 13-18.

16. WLL для «Белтелекома» является имиджевым проектом [Электронный ресурс] / It-новости - Минск, 2008

17. Соборов, А.А. Dialogовое окно в будущее / А.А. Соборов // Мой Компьютер. - 2008. - №5. С. 8-9.

18. Голышко, А. Большая семья WLL: ремикс, переходящий в сиквел. Ч. 1-5 / А. Голышко // Мир связи. Connect! - 2002. - №7-11.

19. North-West Group представляет мультисервисные сети доступа на базе Alcatel Litespan 1540 [Электронный ресурс] / Информационная система Телеком-День - Москва, 2004

20. Alcatel Litespan 1540 Множество возможностей на единой платформе мультисервисного доступа [Электронный ресурс] / Alcatel-Lusent - Беларусь, 2009

21. Щепаньский, Е. Пентаконта / Е. Щепаньский, Е. Мерник. - М.: Радио и связь, 1988. - 560 с.

22. ATC&телекоммуникации [Электронный ресурс] / Киевский Институт Связи, 2008

23 Федотов, Д.А. Общее описание А1000С12 / Д.А. Федотов. - Мн, 2002.

24 Деарт, В.Ю. Принципы эксплуатации и технического обслуживания станции С-12 / В.Ю. Деарт. - М.: Мосбелл, 1997.

25. Общие технические требования к цифровым городским АТС. - Alcatel Telekom, 2004. - 156 с.

26. Комбинированная АМТС, АТС Alcatel 1000 S12 с функциями ОКС №7 и ISDN для национальной сети России. Технические условия: ТУ 03.06.97-1999. - Введ. 03.06.97. - Москва: ЛОНИИС-ЦНИИС-КОМСЕТ-ALCATEL, 1997. - 118 с.

27. Гольдштейн, Б.С. Сигнализация в сетях связи / Б.С. Гольдштейн. - М.: Радио и связь, 1998. - 420 с.

28. Документация Заказчика по Системе 12 [Электронный ресурс]. - Электрон. текстовые дан. и прогр. (83 Мб). - Санкт-Петербург: Центр Документации ЗАО Алкатель, 2004. - 1 электрон. опт. диск (CD-ROM).

29. Кудряшов, В.А. Передача дискретной информации на железнодорожном транспорте / В.А. Кудряшов, Н.Ф. Семенюта // Учебник для вузов ж.-д. трансп. - М.: Транспорт, 1986. - 295 с.

30. Березняцкий Ю.Ф. Задание и минимизация функций алгебры логики / Ю.Ф. Березняцкий // Пособие для практических занятий по дисциплине «Теория дискретных устройств». - Гомель: БелГУТ, 2004. - 44 с.

31 Прохоров Г.В. Пакет символьных вычислений Maple 5 / Г.В. Прохоров, М.А. Лебедев, В.В. Колбеев. - М.: Петит, 2001. - 198 с.

32. Бочков, К.А. Синтез дискретных устройств / К.А. Бочков, Ю.Ф. Березняцкий // Пособие для выполнения курсового проекта по дисциплине «Теория дискретных устройств». - Гомель: БелГУТ, 2006. - 160 с.

33. Станции автоматические телефонные. Общие требования по взаимодействию электронных автоматических телефонных станций с координатными: ГОСТ 28449-90. - Введ. 01.07.91. Переизд. 12.09.08 - М.: Государственный комитет СССР по управлению качеством продукции и стандартам, 2005. - 30 с.

34. Емельянова, И.А. Экономика отрасли / И.А. Емельянова // Пособие для студентов электротехнического факультета. - Гомель: БелГУТ, 2004. - 33 с.

35. Базелян, Э.М. Физика молнии и молниезащиты / Э.М Базелян, Ю.П. Райзер. - М.: Физматлит, 2001. - 89 с.

36. Зоричев, А.Л. Молниезащита объектов связи / А.Л. Зоричев, В.Г. Лещинский // Комплексная защита объектов связи от импульсных токов и перенапряжений [Электронный ресурс] / Энерго-Монтаж - Москва, 2008. - Режим доступа: http://www.energo-montage.ru. - Дата доступа: 10.04.2009.

37. Семиход, Д.Д. Оформление дипломных проектов / Д.Д. Семиход, П. М. Буй; под ред. В.Г. Шевчука // Пособие по оформлению дипломных проектов. - Гомель: БелГУТ, 2008. - 69 с.