Разработка системы эксплуатационного управления спутниковых каналов связи для ООО "ДИАЛОГ" на базе платформы LabVIEW
Работа из раздела: «
Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника»
46
/
Министерство образования и науки Российской Федерации
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
'Северо-Кавказский государственный технический университет'
Факультет информационных технологий и телекоммуникаций
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
К ДИПЛОМНОМУ ПРОЕКТУ НА ТЕМУ:
РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ЭКСПЛУАТАЦИОННОГО УПРАВЛЕНИЯ СПУТНИКОВЫХ КАНАЛОВ СВЯЗИ ДЛЯ ООО 'ДИАЛОГ' НА БАЗЕ ПЛАТФОРМЫ LabVIEW
Ставрополь, 2011
РЕФЕРАТ
Кузнецов Игорь Владимирович. Разработка системы эксплуатационного управления спутниковых каналов связи для ООО 'Диалог' на базе платформы LabVIEW. Место дипломирования - СевКавГТУ, кафедра АСОИУ, руководитель проекта доктор тех. наук Мочалов В.П., 2011г., ГЭК _102_стр., _9_ табл., _33_ рис. В мире объем информации, передаваемой через информационно-телекоммуникационную инфраструктуру, удваивается каждые 2-3 года. Появляются и успешно развиваются новые отрасли информационной индустрии, существенно возрастает информационная составляющая экономической активности субъектов рынка и влияние информационных технологий на научно-технический, интеллектуальный потенциал и здоровье наций. Создание российской информационно-телекоммуникационной инфраструктуры следует рассматривать как важнейший фактор подъема национальной экономики, роста деловой и интеллектуальной активности общества, укрепления авторитета страны в международном сообществе. Дипломный проект посвящен рассмотрению характеристик первичных электрических сигналов и соответствующих им каналов передачи, принципов организации двусторонних каналов и особенностей передачи электрических сигналов по таким каналам. Изложены основы построения систем передачи с частотным и временным разделением каналов. Особое внимание уделено построению цифровых систем передачи с временным разделением каналов на основе импульсно-кодовой модуляции. Раскрыты принципы иерархического построения систем передачи. Рассмотрены вопросы построения цифровых волоконно-оптических систем передачи и систем радиосвязи: радиорелейных и спутниковых систем передачи, систем подвижной радиосвязи. Освещены основы построения телекоммуникационных сетей различного назначения и принципы их взаимодействия.
- Содержание
- Введение
- 1. Построение радиорелейных и спутниковых линий передачи
- 1.1 Основные понятия и определения. Принципы многоствольной передачи
- 1.2 Виды модуляции, применяемые в радиорелейных и спутниковых системах передачи
- 2. Спутниковые и комбинированные сети
- 2.1 Геостационарные спутники
- 2.2 Низкоорбитальные спутники
- 2.3 Спутники против оптоволоконных кабелей
- Выводы
- 3. Программно-аппаратный комплекс LabVIEW
- 3.1 Программно-аппаратный комплекса LabVIEW
- 3.2 Применение LabView для тестирования сигнализации сети абонентского доступа
- Выводы
- 4. Подсистема контроля и диагностики спутниковых каналов связи
- 4.1 Базовая структура ПКД СКС
- 5. Технико-экономическая эффективность проекта
- 5.1 Определение трудоемкости выполненных работ
- 5.2 Суммарные затраты на разработку
- 5.3 Технико-экономический эффект от разработки подсистемы документооборота
- 5.4 Оценка экономической эффективности внедрения программного продукта
- Выводы
- 6. Безопасность и экологичность проекта
- 6.1 Общая характеристика опасных и вредных факторов на рабочем месте
- 6.2 Общие мероприятия по обеспечению безопасности на рабочем месте
- 6.3 Расчет искусственного освещения в рабочем помещении
- Выводы
- Заключение
- Список литературы
Введение
Современные телекоммуникационные системы и сети представляют сложный комплекс разнообразных технических средств, обеспечивающих передачу различных сообщений на любые расстояния с заданными параметрами качества. Основу телекоммуникационных систем составляют многоканальные системы передачи по электрическим, волоконно-оптическим кабелям и радиолиниям, предназначенные для формирования типовых каналов и трактов. На основе систем передачи строится телекоммуникационная сеть страны, реализуемая в виде комплексов технологически сопряженных сетей электросвязи общего пользования, ведомственных и частных сетей электросвязи на территории России, охваченная общим централизованным управлением и называемая Взаимоувязанной сетью связи Российской Федерации (ВСС РФ). В последнее время чаще используется термин 'Единая сеть электросвязи РФ' (ЕСЭ РФ).
Единая сеть связи как информационная транспортная среда, кроме сетей передачи привычных сообщений, позволяет создать:
- цифровую сеть связи с интеграцией служб, обеспечивающих полностью цифровые соединения между оконечными устройствами (терминалами) для предоставления абонентам широкого спектра услуг по передаче телефонных и нетелефонных сообщений, доступ к которым осуществляется через ограниченный набор стандартизированных многофункциональных интерфейсов;
- интеллектуальную сеть, которая может предоставить абонентам расширенный набор услуг в заданное время в заданном месте, например установление телефонного соединения с оплатой за счет вызываемого абонента, вызов по кредитной карте, общение по сокращенному набору номера, телеголосование и др.;
- сотовые мобильные сети связи, предоставляющие абоненту, находящемуся в движении, возможность получить услуги связи в любом месте;
- широкополосные цифровые сети с интеграцией услуг со скоростью обмена информацией до десятков Гбит/с; высокоскоростные сети на основе транспортирования информации с помощью технологии асинхронного режима переноса (Asynchronous Transfer Mode - ATM) и др.
Сами системы управления представляют собой сложные программно-аппаратные комплексы, поэтому существует граница целесообразности применения системы управления - она зависит от сложности сети, разнообразия применяемого коммуникационного оборудования и степени его распределенности по территории. В небольшой сети можно применять отдельные программы управления наиболее сложными устройствами, например коммутатором, поддерживающим технику VLAN. Обычно каждое устройство, которое требует достаточно сложного конфигурирования, производитель сопровождает автономной программой конфигурирования и управления. Однако при росте сети может возникнуть проблема объединения разрозненных программ управления устройствами в единую систему управления, и для решения этой проблемы придется, возможно, отказаться от этих программ и заменить их интегрированной системой управления.
Сетевое управление состоит из отдельных и независимых задач по управлению разнородными системами. К основным функциям сетевого управления относится:
– Проектирование, установка и обслуживание физической инфраструктуры, соединительных кабелей и коммутационных панелей, тестирование кабелей и проверка их длины.
– Настройка устройств, мостов, маршрутизаторов, коммутаторов и повторителей. Настройка процессов резервирования, архивирования и документирование. Создание и обновление топологических карт, отражение взаимосвязей устройств, определение места хранения конфигурационной информации.
– Мониторинг состояния связей и служб, определение базовых показателей сетевой производительности и ее измерение. Упреждающее и экстренное тестирование неполадок в связях и сетевых службах. Мониторинг безопасности сети.
– Отслеживание сбоев в управляемых компьютерах и устройствах, определение и устранение их причин, исправление их последствий и предотвращение сбоев.
– Управление конфигурированием компьютеров и сетевых устройств (инициализация, переконфигурирование, выключение управляемых сетевых устройств и компьютеров).
– Управление потребление сетевых ресурсов пользователями и группами пользователей (например, регулирование дисковых и иных квот).
– Управление производительностью сетевых устройств и сервисов (с помощью сбора и анализа статистики интенсивности применения и частоты ошибок сетевых устройств и искусственной установки уровня их производительности на основе полученных данных).
– Управление защитой данных с помощью контроля доступа к сетевым ресурсам на основе заранее установленной политики безопасности.
Кроме систем управления сетями существуют и системы управления другими элементами корпоративной сети: системы управления ОС, СУБД, корпоративными приложениями. Применяются также системы управления телекоммуникационными сетями: телефонными, а также первичными сетями технологий PDH и SDH.
Независимо от объекта управления, желательно, чтобы система управления выполняла ряд функций, которые определены международными стандартами, обобщающими опыт применения систем управления в различных областях. Существуют рекомендации ITU-T X.700 и близкий к ним стандарт ISO 7498-4, которые делят задачи системы управления на пять функциональных групп:
– управления конфигурацией сети и именованием;
– обработка ошибок;
– анализ производительности и надежности;
– управление безопасностью;
– учет работы сети.
Рассмотрим задачи этих функциональных областей управления применительно к системам управления сетями.
Управление конфигурацией сети и именованием (Configuration Management). Эти задачи заключаются в конфигурировании параметров как элементов сети (Network Element, NE), так и сети в целом. Для элементов сети, таких как маршрутизаторы, мультиплексоры и т.п., с помощью этой группы задач определяются сетевые адреса, идентификаторы (имена), географическое положение и пр.
Управление конфигурацией (как и другие задачи системы управления) могут выполнятся в автоматическом, ручном или полуавтоматическом режимах. Например, карта сети может составляться автоматически, на основании зондирования реальной сети пакетами-исследователями, а может быть введена оператором системы управления вручную. Чаще всего применяются полуавтоматические методы, когда автоматически полученную карту оператор подправляет вручную. Методы автоматического построения топологической карты, как правило, являются фирменными разработками.
Более сложной задачей является настройка коммутаторов и маршрутизаторов на поддержку маршрутов и виртуальных путей между пользователями сети. Согласованная ручная настройка таблиц маршрутизации при полном или частичном отказе от использования протокола маршрутизации (а в некоторых глобальных сетях, например Х.25, такого протокола просто не существует) представляет собой сложную задачу. Многие системы управления сетью общего назначения ее не выполняют, но существуют специализированные системы конкретных производителей, например система NetSys компании Cisco Systems, которая решает ее для маршрутизаторов этой же компании.
Обработка ошибок (Fault Management). Эта группа задач включает выявление, определение и устранение последствий сбоев и отказов в работе сети. На этом уровне выполняется не только регистрация сообщений об ошибках, но и их фильтрация, маршрутизация и анализ на основе некоторой корреляционной модели. Фильтрация позволяет выделить из весьма интенсивного потока сообщений об ошибках, который обычно наблюдается в большой сети, только важные сообщения, маршрутизация обеспечивает их доставку нужному элементу системы управления, а корреляционный анализ позволяет найти причину, породившую поток взаимосвязанных сообщений (например, обрыв кабеля может быть причиной большого количества сообщений о недоступности сетей и серверов).
Устранение ошибок может быть как автоматическим, так и полуавтоматическим. В первом случае система непосредственно управляет оборудованием или программными комплексами и обходит отказавший элемент за счет резервных каналов и т. п. В полуавтоматическом режиме основные решения и действия по устранению неисправности выполняют люди, а система управления только помогает в организации этого процесса -- оформляет квитанции на выполнение работ и отслеживает их поэтапное выполнение (подобно системам групповой работы).
В этой группе задач иногда выделяют подгруппу задач управления проблемами, подразумевая под проблемой сложную ситуацию, требующую для разрешения обязательного привлечения специалистов по обслуживанию сети.
Анализ производительности и надежности (Performance Management). Задачи этой группы связаны с оценкой на основе накопленной статистической информации таких параметров, как время реакции системы, пропускная способность реального или виртуального канала связи между двумя конечными абонентами сети, интенсивность трафика в отдельных сегментах и каналах сети, вероятность искажения данных при их передаче через сеть, а также коэффициент готовности сети или ее определенной транспортной службы. Функции анализа производительности и надежности сети нужны как для оперативного управления сетью, так и для планирования развития сети.
Результаты анализа производительности и надежности позволяют контролировать соглашение об уровне обслуживания (Service Level Agreement, SLA), заключаемое между пользователем сети и ее администраторами (или компанией, продающей услуги); Обычно в SLA оговариваются такие параметры надежности, как коэффициент готовности службы в течение года и месяца, максимальное время устранения отказа, а также параметры производительности, например, средняя и максимальная пропускная способности при соединении двух точек подключения пользовательского оборудования, время реакции сети (если информационная служба, для которой определяется время реакции, поддерживается внутри сети), максимальная задержка пакетов при передаче через сеть (если сеть используется только как транзитный транспорт). Без средств анализа производительности и надежности поставщик услуг публичной сети пли отдел информационных технологий предприятия не сможет ни проконтролировать, ни тем более обеспечить нужный уровень обслуживания для конечных пользователей сети
Управление безопасностью (Security Management). Задачи этой группы включают в себя контроль доступа к ресурсам сети (данным и оборудованию) и сохранение целостности данных при их хранении и передаче через сеть. Базовыми элементами управления безопасностью являются процедуры аутентификации пользователей, назначение и проверка прав доступа к ресурсам сети, распределение и поддержка ключей шифрования, управления полномочиями и т. п. Часто функции этой группы не включаются в системы управления сетями, а реализуются либо в виде специальных продуктов (например, системы аутентификации и авторизации Kerberos, различных защитных экранов, систем шифрования данных), либо входят в состав операционных систем и системных приложений.
Учет работы сети (Accounting Management). Задачи этой группы занимаются регистрацией времени использования различных ресурсов сети -- устройств, каналов и транспортных служб. Эти задачи имеют дело с такими понятиями, как время использования службы и плата за ресурсы -- billing. Ввиду специфического характера оплаты услуг у различных поставщиков и различными формами соглашения об уровне услуг, эта группа функций обычно не включается в коммерческие системы и платформы управления типа HP Open View, а реализуется в заказных системах, разрабатываемых для конкретного заказчика:
Модель управления OSI не делает различий между управляемыми объектами -- каналами, сегментами локальных сетей, мостами, коммутаторами и маршрутизаторами, модемами и мультиплексорами, аппаратным и программным обеспечением компьютеров, СУБД. Все эти объекты управления входят в общее понятие 'система', и управляемая система взаимодействует с управляющей системой по открытым протоколам OSI.
Однако на практике деление систем управления по типам управляемых объектов широко распространено. Ставшими классическими системы управления сетями, такие как StinNet Manager, HP OpenView или Cabletron Spectrum, управляют только коммуникационными объектами корпоративных сетей, то есть концентраторами и коммутаторами локальных сетей, а также маршрутизаторами и удаленными мостами, как устройствами доступа к глобальным сетям. Оборудованием территориальных сетей обычно управляют системы производителей телекоммуникационного оборудования, такие как RADView компаний RAD Data Communications, MainStreetXpress 46020 компании Newbridge и т. п.
Рассмотрим, как преломляются общие функциональные задачи системы управления, определенные в стандартах X.700/ISO 7498-4, в задачи такого конкретного класса систем управления, как системы управления компьютерами и их системным и прикладным программным обеспечением. Их называют системами управления системой (System Management System). Обычно система управления системой выполняет следующие функции:Учет используемых аппаратных и программных средств (Configuration Management). Система автоматически собирает информацию об установленных в сети компьютерах и создает записи в специальной базе данных об аппаратных и программных ресурсах. После этого администратор может быстро выяснить, какими ресурсами он располагает и где тот или иной ресурс находится, например, узнать о том, на каких компьютерах нужно обновить драйверы принтеров, какие компьютеры обладают достаточным количеством памяти, дискового пространства и.т. п.
– Распределение и установка программного обеспечения (Configuration Management), После завершения обследования администратор может создать пакеты рассылки нового программного обеспечения, которое нужно инсталлировать на всех компьютерах сети или на какой-либо группе компьютеров. В большой сети, где проявляются преимущества системы управления, такой способ инсталляции может существенно уменьшить трудоемкость этой процедуры. Система может также позволять централизованно устанавливать и администрировать приложения, которые запускаются с файловых серверов, а также дать возможность конечным пользователям запускать такие приложения с любой рабочей станции сети.
– Удаленный анализ производительности и возникающих проблем (Fault Management and Performance Management). Эта группа функций позволяет удаленно измерять наиболее важные параметры компьютера, операционной системы, СУБД и т. д. (например, коэффициент использования процессора, интенсивность страничных прерываний, коэффициент использования физической памяти, интенсивность выполнения транзакций). Для разрешения проблем эта группа функций может давать администратору возможность брать на себя удаленное управление компьютером в режиме эмуляции графического интерфейса популярных операционных систем. База данных системы управления обычно хранит детальную информацию о конфигурации всех компьютеров в сети для того, чтобы можно было выполнять удаленный анализ возникающих проблем.
Примерами систем управления системами являются Microsoft System Management Server (SMS), CA Umcenter, HP Operationscenter и многие другие.
Как видно из описания функций системы управления системами, они повторяют функции системы управления сетью, но только для других объектов. Действительно, функция учета используемых аппаратных и программных средств соответствует функции построения карты сети, функция распределения и установки программного обеспечения -- функции управления конфигурацией коммутаторов и маршрутизаторов, а функция анализа производительности и возникающих проблем -- функции производительности.
Эта близость функций систем управления сетями и систем управления системами позволила разработчикам стандартов OSI не делать различия между ними и разрабатывать общие стандарты управления.
На практике уже несколько лет также заметна отчетливая тенденция интеграции систем управления сетями и системами в единые интегрированные продукты управления корпоративными сетями, например CA Unicenter TNG или ТМЕ-10 IBM/Tivoli. Наблюдается также интеграция систем управления телекоммуникационными сетями с системами управления корпоративными сетями.
1. Построение радиорелейных и спутниковых линий передачи
1.1 Основные понятия и определения. Принципы многоствольной передачи
Радиолиния передачи, в которой сигналы электросвязи передаются с помощью наземных ретрансляционных станций, называется радиорелейной линией передачи. Радиорелейная линия передачи (РРЛП) представляет собой цепочку приемопередающих радиостанций (оконечных, промежуточных, узловых), которые осуществляют последовательную многократную ретрансляцию (прием, преобразование, усиление и передачу) передаваемых сигналов.
Радиорелейная линия передачи, соседние станции которой размещаются одна от другой на расстоянии прямой видимости между антеннами этих станций, называется РРЛП прямой видимости (рис. 1.1).
Рисунок 1.1 - Радиолинейная линия передачи прямой видимости
Здесь приняты следующие обозначения: ОРС - оконечная радиорелейная станция, обеспечивающая преобразование отдельных подлежащих передаче сигналов в диапазоне частот радиосигнала, объединения их в общий радиосигнал и передачу его в среду распространения, а также прием встречного радиосигнала, разделение его на отдельные принимаемые сигналы, их преобразования и выдачу потребителю; ПРС - промежуточная радиорелейная станция, обеспечивающая прием, преобразование, усиление или регенерацию и последующую передачу радиосигнала; УРС - узловая радиорелейная станция, обеспечивающая разветвление и объединение потоков сообщений, передаваемых по разным РРЛП, на пересечении которых и располагаются УРС.
К УРС относятся также станции РРЛП, где осуществляется ввод и вывод телефонных, телевизионных и других сигналов. На ОРС и УРС всегда имеется технический персонал, который обслуживает не только эти станции, но и осуществляет контроль и управление с помощью специальной системы телеобслуживания ближайшими ПРС.
Участок РРЛП (300 ... 500 км) между ОРС (УРС) делится примерно пополам так, что одна часть ПРС входит в зону телеобслуживания одной ОРС (УРС), а другая часть ПРС обслуживается другой УРС (ОРС).
Радиорелейная линия передачи, в которой используется рассеяние и отражение радиоволн в нижней области тропосферы при взаимном расположении соседних станций, называется тропосферной радиорелейной линией передачи (ТРРЛП) (рис. 1.2).
Рисунок 1.2 - Тропосферная радиорелейная линия передачи
Радиолиния передачи, в которой используются космические станции, пассивные спутники или иные космические объекты, называется космической линией передачи. Космическая линия передачи, осуществляющая электросвязь между земными станциями этой линии с помощью установленных на искусственных спутниках Земли ретрансляционных станций или пассивных спутников, называется спутниковой линией передачи (СЛП) (рис. 1.3).
Рисунок 1.3 - Спутниковая линия передачи
Здесь приняты такие обозначения: ЗС - земная станция, т. е. станция спутниковой линии передачи, расположенная на земной, водной поверхностях или в основной части земной атмосферы и предназначенная для космической линии передачи; КС - космическая станция, расположенная на объекте, который находится за пределами основной части земной атмосферы; ИСЗ - искусственный спутник Земли.
Под космической линией передачи понимается радиолиния, в которой используются космические станции, пассивные спутники или иные космические объекты. При использовании одного ИСЗ, расположенного на геостационарной или вытянутой орбите, максимальная дальность радиосвязи СЛП около 15000 км.
Радиорелейные линии прямой видимости, тропосферные радиорелейные линии и спутниковые линии передачи в большинстве своем работают в диапазонах дециметровых и сантиметровых волн (в диапазонах УВЧ и СВЧ). Однако имеются малоканальные радиорелейные системы передачи (РРСП), работающие в диапазоне метровых волн (на ОВЧ). Использование этих диапазонов обусловлено, главным образом, возможностью передачи широкополосных сигналов (телевидения, первичных, вторичных, третичных широкополосных каналов и трактов, первичных, вторичных, третичных, четверичных потоков и потоков синхронной цифровой иерархии).
Совокупная ширина полосы частот дециметрового и сантиметрового диапазонов в сотни раз превышает ширину полосы частот всех более длинноволновых диапазонов, вместе взятых. Это позволяет организовать совместную работу большого числа широкополосных РРСП, передавать любые виды сообщений, а также строить многоканальные РРСП с высокой пропускной способностью (до нескольких тысяч каналов тональной частоты или основных цифровых каналов с эквивалентной скоростью передачи, соответствующей нескольким сотням мегабит в секунду).
Широкополосность систем позволяет применять эффективные помехоустойчивые методы передачи сигналов такие, как частотная модуляция, импульсно-кодовая модуляция, дельта-модуляция и их разновидности, а также использовать эффективные методы кодирования.
Кроме того, в диапазонах УВЧ и СВЧ довольно просто создать антенны с узконаправленным излучением и приемом радиоволн. Применение таких антенн, имеющих относительно небольшие габариты, позволяет получить энергетический выигрыш по сравнению с ненаправленным излучением (приемом) примерно 30 ... 50 дБ. Это недостижимо для антенн более длинноволновых диапазонов и дает возможность упростить приемо-передающую аппаратуру (уменьшить необходимые мощности передатчиков и чувствительность приемников), а также облегчить электромагнитную совместимость различных систем радиосвязи. Наконец, в этих диапазонах мало влияние промышленных и атмосферных помех.
Для повышения пропускной способности, надежности и экономичности при построении РРСП и спутниковых систем передачи (ССП) широко используется принцип многоствольной передачи. При этом на каждой станции устанавливается несколько комплектов оборудования ствола - линейного тракта.
На рис. 1.4 приведена структурная схема четырехствольной радиолинии связи, содержащей три радиосистемы передачи (РСП): аналоговую телефонную, цифровую, аналоговую телевизионную и отдельный резервный ствол. На рис. 1.4 приняты следующие обозначения: АКГпер(пр) - аналоговое каналообразующее оборудование и оборудование формирования типовых групп каналов (обычно оборудование систем передачи с частотным разделением) тракта передачи (приема); ЦКГпер(пр) - цифровое каналообразующее оборудование и оборудование формирования типовых цифровых потоков (обычно оборудование цифровых систем передачи на основе импульсно-кодовой модуляции с временным разделением каналов) трактов передачи (приема); СЛпер(пр) - соединительные линии; ОТФпер(пр), ОЦпер(пр) и ОТВпер(пр) - оконечное оборудование телефонного, цифрового и телевизионного стволов передачи (приема) соответственно; каналы ТЧ, ТВ, ЗС, ЗВ - каналы тональной частоты, телевидения, сигналов звукового сопровождения телевидения и сигналов звукового вещания; R (R'), Т (Т') - точки подключения к соединительным линиям различного оборудования.
Совокупность нескольких однотипных или разнотипных РСП и отдельных стволов, имеющих общие тракты распространения радиоволн, оконечные и ретрансляционные станции, а также устройства их обслуживания, образуют многоствольную радиолинию связи (РЛС), а совокупность стволов, входящих в состав радиолинии связи, образует многоствольную радиолинию передачи (РЛП).
Рисунок 1.4 - Структурная схема четырехствольной радиолинии связи
В многоствольных РЛП с резервированием каждый из стволов включает в себя радиоствол, оконечное оборудование и аппаратуру резервирования, обеспечивающую переключение на резервный ствол при выходе из строя основного радиоствола. В некоторых РЛП предусмотрен отдельный ствол служебной связи, содержащий упрощенное оборудование. Использование общих антенн, фидерных трактов, источников электроснабжения, систем служебной связи и телеобслуживания, сооружений для размещения оборудования значительно повышает экономичность многоствольных РЛП.
Совместная работа нескольких стволов в одной РЛП обеспечивается путем их частотного разделения. При многоствольной работе частоты передачи и приема стволов должны быть выбраны таким образом, чтобы свести к минимуму влияние трактов передачи на тракты приема в отдельных стволах и взаимные помехи между ними.
Для этого в многоствольных РЛП применяется группирование частот передачи и приема, в соответствии с которым частоты передачи всех стволов размещаются в одной половине отведенной полосы частот, а частоты приема - в другой. В стволах РЛП могут использоваться двух- и четырехчастотные планы. На рис. 1.5, а и б изображены двухчастотный и четырехчастотный планы для трехствольной РЛП соответственно (см. рис. 1.4). Двухчастотные планы обычно применяются на радиорелейных линиях (РРЛ) и спутниковых линиях передачи (СЛП), работающих в сантиметровом диапазоне. На РРЛ дециметрового диапазона, мобильных РРЛ, а также на тропосферных радиорелейных линиях (ТРРЛ) применяются четырехчастотные планы. При этом ТРЛЛ содержит не более двух стволов. Для сигналов разных стволов используются различные несущие частоты.
Все системы многоствольной РРЛ организуются таким образом, чтобы все стволы работали независимо один от другого, были бы взаимозаменяемы.
Рисунок 1.5 - Двух- и четырехчастотные планы для трехствольной РЛП
К уже рассмотренной классификации РРЛ добавим их классификацию еще по ряду наиболее важных признаков и характеристик.
1. По назначению различают: междугородные магистральные, внутризоновые и местные РРЛ. Магистральные РРЛ обычно являются многоствольными.
2. По диапазону рабочих (несущих) частот РРЛ подразделяются на линии дециметрового и сантиметрового диапазонов. В этих диапазонах в соответствии с Регламентом радиосвязи для организации РРЛ выделены полосы частот, расположенные в области 2, 4, 6, 8, 11 и 13 ГГц. В настоящее время осваивается область частот 18 ГГц и выше. Однако использование столь высоких частот затруднено из-за сильного ослабления энергии радиоволн во время атмосферных осадков.
3. По способу разделения каналов и виду модуляции несущей можно выделить:
а) РРЛ с частотным разделением каналов (ЧРК) и частотной модуляцией (ЧМ) гармонической несущей;
б) РРЛ с временным разделением каналов (ВРК) и аналоговой модуляцией периодической последовательности импульсов, которые затем модулируют несущую ствола;
в) цифровые РРЛ на основе импульсно-кодовой или дельта-модуляций и их разновидностей, цифровые сигналы которых затем модулируют несущую ствола.
4. По принятой в настоящее время классификации РРЛ разделяют на системы большой, средней и малой емкости.
К РРЛ большой емкости принято относить системы, позволяющие организовать в одном стволе 600 и более каналов тональной частоты (КТЧ), что соответствует пропускной способности более 100 Мбит/с. Стационарные РРЛ большой емкости используются для организации магистральных связей. Если РРЛ позволяет организовать 60 ... 600 КТЧ, то такие системы относятся к РРЛ средней емкости, а если менее 60 КТЧ - РРЛ малой емкости. Пропускная способность РЛ средней и малой емкости равна соответственно 10 ... 100 Мбит/с и менее 10 Мбит/с.
Стационарные РРЛ средней емкости используются для организации зоновой связи. Это линии протяженностью до 500 ... 1500 км. Подобные РРЛ в большинстве рассчитаны на передачу телевизионных сигналов и сигналов звукового вещания. Часто эти линии являются многоствольными и ответвляются от магистральных.
РРЛ малой емкости применяются на местных сетях связи и, кроме того, широко используются для организации технологических линий передачи на железнодорожном транспорте, в системе энергоснабжения, в газо- и нефтепроводах и др.
В настоящее время на телекоммуникационных сетях все большее распространение получают цифровые РРЛ с большой пропускной способностью на основе синхронной цифровой иерархии.
1.2 Виды модуляции, применяемые в радиорелейных и спутниковых системах передачи
Технико-экономические показатели радиорелейных (РРСП) и спутниковых (ССП) систем передачи и особенности построения оконечного оборудования ствола, приемопередающей аппаратуры во многом определяются выбранным видом модуляции высокочастотной несущей многоканальным (групповым) сигналом. Последний может быть сформирован:
- с помощью каналообразующего оборудования и оборудования формирования групп каналов и трактов аппаратуры аналоговых систем передачи с частотным разделением каналов (СП с ЧРК) с помощью однополосной амплитудной модуляции;
- с использованием каналообразующего оборудования аналоговых систем передачи с временным разделением каналов (СП с ВРК) с помощью фазоимпульсной модуляции;
- с помощью каналообразующего оборудования и оборудования формирования типовых потоков цифровых систем передачи (ЦСП) с использованием импульсно-кодовой модуляции, дельта-модуляции и их разновидностей.
В системах передачи сигналов телевидения полный телевизионный сигнал формируется с помощью оборудования телевизионного ствола на оконечных радиорелейных или земных спутниковых станциях и затем модулирует высокочастотную несущую.
Высокочастотная несущая или высокочастотный радиосигнал формируется в оконечном оборудовании ствола.
Основными показателями, характеризующими виды модуляции в РРСП и ССП (далее радиосистемы передачи РСП), являются помехоустойчивость в отношении тепловых шумов, эффективность использования занимаемой полосы частот, степень подверженности передаваемых сигналов влиянию неидеальности характеристик ствола линейного тракта, сложность построения приемопередающей аппаратуры и соответствующих модуляторов и демодуляторов (модемов).
Частотная модуляция в аналоговых РСП.
В аналоговых СП с ЧРК и телевидения в основном применяется частотная модуляция (ЧМ). При ЧМ основной причиной нелинейных искажений сигналов в радиоканале, приводящих к взаимным влияниям между каналами в СП с ЧРК, является нелинейность ФЧХ, в то время как при обычной AM и AM с передачей одной боковой полосы (АМ-ОБП) частот основной причиной нелинейных искажений является нелинейность АХ. Так как компенсация нелинейности ФЧХ выполняется более простыми методами, чем компенсация нелинейности АХ, то приемопередающая аппаратура при использовании ЧМ в РСП оказывается более простой, чем при AM и АМ-ОБП. Кроме того, ЧМ обладает большей помехоустойчивостью в отношении теплового шума и внешних помех по сравнению с AM и АМ-ОБП, если индекс ЧМ не слишком мал (в малоканальных РСП с числом каналов ТЧ не более 120).
При ЧМ мгновенная частота модулированного радиосигнала изменяется в соответствии с модулирующим сигналом :
,
где частота несущей; отклонение частоты под воздействием модулирующего сигнала (девиация частоты): крутизна модуляционной характеристики частотного модулятора, Гц/В.
Общее выражение для ЧМ радиосигнала имеет вид
,
где постоянная амплитуда радиосигнала.
Основными характеристиками ЧМ радиосигнала являются: девиация частоты, индекс частотной модуляции и ширина спектра, необходимая для неискаженной передачи. Поскольку основной загрузкой радиостволов являются групповые телефонные сигналы СП с ЧРК, то и рассмотрим характеристики ЧМ радиосигнала для этого вида загрузки.
Эффективная девиация частоты соответствует средней мощности группового сигнала и эффективной девиации частоты на канал (соответствующей измерительному уровню сигнала в одном канале ТЧ) и определяется по формуле
где N число каналов соответствующей СП с ЧРК. Величина обычно нормируется и в зависимости от N может изменяться в пределах 35 ... 200 кГц.
Эффективное значение индекса ЧМ определяется отношением эффективной девиации частоты к верхней частоте спектра группового телефонного сигнала, т. е,
.
Для характеристики ЧМ радиосигнала используются также понятия квазипиковых девиации частоты и индекса модуляции, соответствующие квазипиковой мощности группового сигнала, превышаемой с вероятностью не более и соответственно равным:
и .
Важной характеристикой ЧМ радиосигнала является ширина его спектра, определяющая необходимую полосу пропускания радиоканала . При передаче сигналов многоканальной телефонии минимальная необходимая полоса частот должна определяться исходя из минимально допустимого уровня переходных помех, возникающих из-за ограничения спектра,
,
где параметр, зависящий от уровня переходных помех.
На рис. 1.6 приведены значения в зависимости от для двух значений мощности переходных помех в верхнем (по спектру) телефонном канале: и 10 пВт.
Рисунок 1.6 Зависимость параметров от эффективного значения индекса ЧМ
На практике для приближенной оценки необходимой полосы частот часто пользуются следующей эмпирической формулой Карсона:
.
радиорелейный спутниковый оптический программный
Значения основных параметров ЧМ радиосигнала РСП при передаче сигналов многоканальной телефонии для различной емкости группового сигнала приведены в табл. 1.1. Как видно из таблицы, в большинстве случаев применяется частотная модуляция с не более 1.
Таблица 1.1 Параметры ЧМ радиосигнала при многоканальной телефонии
|
Параметры ЧМ радиосигнала
|
Число каналов тональной частоты
|
|
|
12
|
24
|
60
|
120
|
240
|
300
|
|
|
, МГц
|
0,05
|
0,05
|
0,2
|
0,2
|
0,2
|
0,2
|
|
|
, МГц
|
0,06
|
0,108
|
0,252
|
0,552
|
1,032
|
1,3
|
|
|
, МГц
|
0,073
|
0,084
|
0,404
|
0,464
|
0,533
|
0,776
|
|
|
, МГц
|
0,38
|
0,394
|
1,647
|
1,745
|
1,871
|
2,584
|
|
|
1,217
|
0,778
|
1,603
|
0,841
|
0,516
|
0,597
|
|
|
6,333
|
3,648
|
6,536
|
3,161
|
1,813
|
1,988
|
|
|
, МГц:
|
|
|
|
при пВт
|
0,61
|
0,84
|
3,05
|
4,33
|
6,4
|
8,5
|
|
|
при пВт
|
0,55
|
0,78
|
2,72
|
3,94
|
5,57
|
7,64
|
|
|
, МГц
|
0,88
|
1,0
|
3,8
|
4,6
|
5,81
|
7,77
|
|
|
Число каналов тональной частоты
|
|
|
360
|
600
|
720
|
1020
|
1320
|
1920
|
|
|
, МГц
|
0,2
|
0,2
|
0,2
|
0,2
|
0,14
|
0,14
|
|
|
, МГц
|
1,54
|
2,596
|
3,34
|
4,636
|
5,932
|
8,524
|
|
|
, МГц
|
0,85
|
1,097
|
1,202
|
1,43
|
1,139
|
1,374
|
|
|
, МГц
|
2,83
|
3,653
|
4,003
|
4,762
|
3,793
|
4,575
|
|
|
0,552
|
0,423
|
0,36
|
0,308
|
0,192
|
0,161
|
|
|
1,838
|
1,407
|
1,199
|
1,027
|
0,639
|
0,537
|
|
|
, МГц:
|
|
|
|
при пВт
|
9,67
|
14,75
|
17,57
|
23,37
|
25,51
|
35,8
|
|
|
при пВт
|
8,72
|
13,19
|
15,9
|
21,14
|
23,73
|
32,9
|
|
|
, МГц
|
8,74
|
12,5
|
14,69
|
18,8
|
19,45
|
26,2
|
|
|
При передаче сигналов телевидения характеристики ЧМ радиосигала зависят от соответствующих параметров сигналов изображения и звукового сопровождения. Для сигнала изображения верхняя частота спектра , размах сигнала, а следовательно, максимальная девиация частоты известны: МГц, МГц.
Индекс ЧМ равен , а необходимая полоса частот, определенная по формуле Карсона,
МГц
МГц.
Если в одном стволе передаются сигналы изображения, звукового сопровождения и звукового вещания с использованием частотного разделения, то верхняя частота модулирующего сигнала, эффективная девиация частоты и необходимая полоса частот возрастут.
Манипуляция в цифровых РСП.
Модуляцию в цифровых РСП принято называть манипуляцией. В зависимости от числа уровней модулирующего (манипулирующего) сигнала различают двухуровневую (двоичную) и многоуровневую манипуляцию.
Для многих видов манипуляций, применяемых в цифровых радиорелейных системах передачи, предполагается использование манипулирующих сигналов, отличающихся по структуре от исходного передаваемого двоичного сигнала. Указанные манипулирующие сигналы формируются специальным кодирующим устройством - кодером модулятора. При демодуляции радиосигнала на приемном конце с помощью декодера демодулятора производится обратное преобразование, в результате чего формируется исходный двоичный сигнал. Декодированию, естественно, предшествует регенерация сигнала. Совокупность кодера модулятора и декодера демодулятора образует модем для цифровой РСП, обобщенная схема которого приведена на рис. 1.7.
В современных цифровых радиорелейных и спутниковых системах передачи применяются амплитудная, фазовая, частотная и комбинированная амплитудно-фазовая манипуляции.
Рисунок 1.7 Функциональная схема модема цифровой РСП
Амплитудная манипуляция (AM).
Хотя этот вид манипуляции в современной цифровой радиосвязи встречается весьма редко, он еще служит удобной основой для введения некоторых основных понятий. В настоящее время находит применение лишь двоичная AM. Манипулирующим (модулирующим) сигналом в цифровых системах радиосвязи является случайная последовательность '1' (токовая посылка) и '0' (пауза бестоковая посылка).
Радиосигнал с AM может быть представлен в следующей несколько упрощенной форме:
где модулирующая случайная двоичная последовательность видеоимпульсов (часто, не обязательно, прямоугольной формы),
частота несущего радиочастотного колебания.
Пример радиосигнала для случайной двоичной последовательности прямоугольных видеоимпульсов показан на рис. 1.8, где Т длительность элемента исходного двоичного сигнала.
Для сигналов AM самым распространенным является некогерентный прием, включающий в себя измерение амплитуды огибающей на выходе узкополосного фильтра. Модуляция и демодуляция сигналов в системах с двоичной AM не требует специального кодирования и декодирования.
Рисунок 1.8 Форма сигналов при амплитудной модуляции
Минимальная полоса частот необходимая для передачи AM радиосигнала, численно равна скорости передачи цифровой информации В (частоте следования передаваемых элементов исходного двоичного сигнала)
.
Эффективность использования полосы частот характеризуется максимальной удельной скоростью передачи при двоичной AM и равна .
Фазовая манипуляция (ФМ).
При ФМ манипулируемым параметром высокочастотной несущей радиоимпульса является ее фаза . В современных РСП применяются двоичная, четырехуровневая и восьмиуровневая ФМ.
При демодуляции фаза ФМ радиосигнала сравнивается с фазой восстановленного на приемном конце опорного колебания (несущей). Из-за случайных искажений радиосигнала имеет место неопределенность фазы восстановленной несущей, что является причиной, так называемой обратной работы, при которой двоичные посылки принимаются 'в негативе'. Для устранения влияния неопределенности фазы применяется разностное кодирование фазы передаваемых радиоимпульсов.
Фазовую манипуляцию с разностным кодированием фазы называют фазоразностной или относительной фазовой манипуляцией (ОФМ). В цифровых радиорелейных системах передачи с ОФМ при передаче информации кодируется не сама фаза радиосигнала, а разность фаз (фазовый сдвиг) двух соседних радиоимпульсов.
Структура ОФМ радиосигнала для двухуровневой ФМ представлена на рис. 1.9. Из рисунка следует, что фаза несущего колебания изменяется относительно ее предыдущего состояния на при передаче '1' и остается неизменной при передаче '0'.
Рисунок 1.9 Структура двухуровневого ОФМ радиосигнала
Применяются два способа демодуляции ОФМ радиосигналов. В первом случае вначале восстанавливается несущая и когерентно детектируется ОФМ радиосигнала, затем разностно (дифференциально) декодируются принимаемые сигналы. При таком способе демодуляции операции детектирования и декодирования разделены и выполняются последовательно. Второй способ предполагает дифференциально-когерентное (автокорреляционное) детектирование ОФМ радиосигнала, при котором в качестве опорного колебания используется предшествующий радиоимпульс. При этом операции детектирования и декодирования совмещены.
Ширина спектра ОФМ радиосигнала зависит от скорости передачи информации В и числа уровней манипуляции М. Необходимая для ОФМ радиосигнала минимальная полоса пропускания
.
Обычно полосу пропускания выбирают несколько большей, т. е. . Следовательно, при увеличении числа уровней манипуляции полоса частот, необходимая для передачи ОФМ радиосигнала, уменьшается. Так, при ОФМ-4 () полоса частот вдвое меньше, чем при ОФМ при одинаковой скорости передачи информации. Максимальная эффективность использования полосы частот при ОФМ равна
.
Частотная манипуляция (ЧМ).
При ЧМ модулируемым (манипулируемым) параметром является частота высокочастотного заполнения радиоимпульса. В РСП применяются двоичная, трехуровневая (при использовании квазитроичных кодов), четырехуровневая и восьмиуровневая ЧМ. Пример простейшей двухуровневой ЧМ показан на рис. 1.10.
Рисунок 1.10 Форма сигнала при частотной манипуляции:
а манипулирующий сигнал; б частотно-манипулирующий сигнал радиосигнал ЧМ
В большинстве РСП с частотной манипуляцией используются модулирующие колебания прямоугольной формы, причем амплитуды несущих остаются постоянными. Для этого случая радиосигнал имеет вид
Полоса частот, необходимая для передачи ЧМ радиосигнала , и эффективность ее использования зависят от скорости передачи информации В, числа уровней М и максимальной девиации частоты и равны соответственно
;
,
где максимальная девиация частоты, зависящая от М, максимальный индекс ЧМ.
При демодуляции ЧМ радиосигналов применяется некогерентное детектирование, причем обычно используются те же частотные детекторы, что и в аналоговых РСП с ЧМ.
Большой интерес представляет применение частотной манипуляции с минимальным сдвигом (ЧММС), являющейся частным случаем манипуляции с непрерывной фазой, при которой фаза манипулированнрго радиосигнала изменяется непрерывно и не имеет скачков на границах радиоимпульсов. При ЧММС для передачи '1' и ' 1', как при обычной двоичной ЧМ, используются две частоты, однако разнос между ними выбирается так, чтобы за время длительности элемента Т фаза манипулированного радиосигнала изменялась ровно на . При этом если передается '1', то частота радиосигнала , так что в момент окончания радиоимпульса его фаза получает сдвиг . При передаче ' 1' частота радиоимпульса , в результате чего фаза радиоимпульса в момент его окончания приобретает сдвиг . Таким образом, ЧММС весьма похожа на ОФМ, при которой фаза манипулированного радиосигнала также изменяется на в течение каждого интервала Т. Отличие состоит лишь в том, что при ЧММС фаза изменяется не скачкообразно, а непрерывно.
При демодуляции ЧММС радиосигналов используется когерентное детектирование. Помехоустойчивость ЧММС близка к помехоустойчивости двоичной ОФМ, а эффективность использования полосы частот примерно такая же, как при четырехуровневой ОФМ.
Амплитудно-фазовая манипуляция (АФМ).
При АФМ манипулируемым (представляющим) параметром является комплексная амплитуда радиосигнала. Формирование М-уровневого АФМ сигнала может быть реализовано путем М-уровневой балансной амплитудной манипуляции синфазной и квадратурной составляющих сигнала одной частоты и сложения полученных AM радиосигналов. По этой причине АФМ часто называют квадратурной амплитудной манипуляцией (КАМ).
Минимальная необходимая полоса частот и максимальная эффективность использования полосы определяются так же, как в случае многоуровневой ФМ (ОФМ).
Сравнительная оценка качественных показателей различных видов манипуляции, применяемых в цифровых РСП, приведена в табл. 1.2.
Интересно ориентировочно сравнить эффективность использования полосы частот цифровых и аналоговых РСП. Если в цифровых системах используется ИКМ со скоростью передачи основного цифрового канала 64 кбит/с, то в системах с AM и ОФМ-2 (двухуровневая) максимальная емкость ствола с полосой 40 МГц составляет 625 каналов тональной частоты (КТЧ), с ОФМ-4 (четырехуровневая) и ЧММС 1250 КТЧ, с ОФМ-8 1875 КТЧ, наконец, при использовании АФМ-16 2500 КТЧ.
Таблица 1.2 Показатели различных видов манипуляции в цифровых РСП
|
Вид манипуляции
|
Число уровней манипуляции
|
Способ детектирования принимаемых сигналов
|
Отношение сигнал-шум на входе приемника, дБ (при )
|
Максимальная эффективность использования полосы частот, бит/с/Гц
|
|
|
AM
|
2
|
Некогерентный
|
17,2
|
1
|
|
|
2
|
Дифференциально-когерентный
|
11,2
|
1
|
|
|
ОФМ
|
4
|
То же
|
12,8
|
2
|
|
|
2
|
Когерентный
|
10,8
|
1
|
|
|
4
|
То же
|
10,8
|
2
|
|
|
8
|
|
14,6
|
3
|
|
|
ЧМ
|
3
|
Некогерентный
|
15,9
|
1
|
|
|
4
|
То же
|
20,1
|
2
|
|
|
8
|
|
25,5
|
3
|
|
|
ЧММС
|
2
|
Когерентный
|
10,8
|
2
|
|
|
АФМ
|
16
|
То же
|
17,0
|
4
|
|
|
Максимальная достигнутая в настоящее время емкость аналоговых систем с ЧМ при той же полосе составляет 3600 КТЧ. Таким образом, можно считать, что эффективность использования полосы частот в наиболее совершенных цифровых РСП приближается к эффективности аналоговых систем с ЧМ. В РСП с малой и средней пропускной способностью эффективность использования полосы частот в цифровых системах не ниже, чем в аналоговых системах с ЧМ.
Среди рассмотренных видов манипуляций наибольшей простотой реализации отличаются двоичные AM и ЧМ, а также трехуровневая и четырехуровневая ЧМ при использовании частотного дискриминатора для демодуляции сигналов. Сравнительно просто реализуются ОФМ-2 и ОФМ-4 при дифференциально-когерентном детектировании сигналов, основные сложности связаны с необходимостью восстановления опорного колебания на приемном конце.
Наибольшие трудности возникают при использовании ОФМ-8 и
АФМ-16, причем в последнем случае возникают дополнительные трудности, связанные с необходимостью обеспечения высокой линейности амплитудной характеристики всего линейного тракта.
Двоичные некогерентные AM и ЧМ применяются в РСП с малой пропускной способностью, а также в перевозимых РРСП, двоичная ОФМ в РСП с малой и средней пропускной способностью. Широкое применение в РСП с различной пропускной способностью нашли ОФМ-4. Наряду с ОФМ-4 АФМ-16 становится основным видом манипуляции для цифровых РСП с высокой пропускной способностью. Для передачи цифровых сигналов в аналоговых РСП применяются двоичная и многоуровневая ЧМ с числом уровней при использовании аналогового частотного детектора для демодуляции.
2. Спутниковые и комбинированные сети
Применение космических спутников связи привело к возможности создания глобальных радиосетей. Средства коммуникаций включают спутники связи (СС), наземные радиостанции (PC) и проводные каналы связи между ЭВМ и PC (рисунок 2.1).
Рисунок 2.1 - Структура спутниковой радиосети
Достоинства сети:
– используя разные частоты, можно организовать несколько сетей, работающих параллельно и не мешающих друг другу;
– достаточно просто реализовать связь с движущимися абонентами;
Недостаток: высокая стоимость реализации спутниковой связи.
В настоящее время среди глобальных сетей все большее распространение получают комбинированные сети, в которых передача данных через наземные УК дополняется радиосвязью абонентов с УК, а при необходимости - и спутниковой связью.
2.1 Геостационарные спутники
Согласно закону Кеплера, орбитальный период спутника пропорционален радиусу его орбиты в степени 3/2. Около поверхности Земли период обращения составляет около 90 мин. Спутники связи, летящие на таких низких орбитах, довольно неудобны, поскольку они находятся в зоне видимости расположенной на земле станции лишь на очень короткий интервал времени.
Однако на высоте около 36 000 км над экватором период обращения спутника составляет 24 часа, то есть спутник обращается вокруг Земли за тот же период времени, что и сама планета. Для земного наблюдателя двигающийся по подобной орбите спутник кажется неподвижным. Спутники на геостационарных орбитах чрезвычайно полезны для средств связи, поскольку навести антенну на неподвижный спутник гораздо легче (и дешевле), чем на двигающийся. При современной технологии следует располагать спутники не ближе, чем на расстоянии в 2 градуса друг от друга на 360-градусной дуге экватора, во избежание интерференции. Таким образом, одновременно в небе могут находиться только 360/2 - 180 геостационарных спутников. Некоторые из данных участков орбиты уже зарезервированы за различными классами пользователей, такими как телевизионное вещание, правительственная и военная связь и т. д. К счастью, спутники используют различные частотные диапазоны, поэтому каждый из 180 спутников может одновременно принимать и передавать в различных частотных диапазонах несколько потоков данных. Либо два или более спутников, работающих в различных частотных диапазонах, могут занимать один сектор орбиты. Чтобы не допустить хаоса в небе, был принят ряд международных соглашений по вопросу использования участков орбит и частотных диапазонов. Основные коммерческие диапазоны перечислены в табл. 2.5. Первым диапазоном, разработанным для коммерческой спутниковой связи, был диапазон С. Он состоит из двух полос частот, нижняя из которых предназначена для передачи со спутника, а верхняя -- для передачи с Земли на спутник. Для дуплексной связи требуется пара каналов. Эти полосы частот уже переполнены, так как они также применяются в системах наземной микроволновой связи.
Таблица 2.1 - Основные частотные диапазоны спутниковой связи
|
Диапазон
|
Частоты
|
Прием, ГГЦ
|
Передача, ГГц
|
Проблемы
|
|
|
С Ku Ка
|
4/6 11/14 20/30
|
3,7-4,2 11,7-12,2 17,7-21,7
|
5,925-6,425 14,0-14,5 27,5-30,5
|
Помехи от наземных систем Дождь Дождь, стоимость оборудования
|
|
|
Следующий большой диапазон, доступный для коммерческой связи, -- диапазон Ku. Этот диапазон еще не переполнен, кроме того, в данном диапазоне частот спутники могут размещаться на расстоянии до 1 градуса друг от друга. Однако данная длина микроволн отлично поглощается водой, в частности дождем. К счастью, сильные штормы обычно происходят локализованно, так что данная проблема может быть решена с помощью установки дополнительных сильно разнесенных наземных станций. При этом, конечно, понадобятся дополнительные антенны, кабели и электронное оборудование для быстрого переключения с одной станции на другую. Кроме того, в коммерческих целях можно использовать диапазон частот Ка. Однако оборудование для работы со столь высокими частотами все еще весьма дорого. Кроме приведенных в таблице коммерческих диапазонов спутниковой связи существует еще ряд диапазонов частот, используемых для правительственной связи и в военных целях. Обычный спутник оснащается 12-20 транспондерами, с полосами частот шириной от 36 до 50 МГц. Транспондер с пропускной способностью в 50 Мбит/с может использоваться для передачи одного канала со скоростью 50 Мбит/с или 800 цифровых голосовых каналов с пропускной способностью в 64 кбит/с, либо других комбинаций. Кроме того, два транспондера могут работать в одном и том же частотном диапазоне, используя волны с перпендикулярной поляризацией. В первых спутниках связи применялось статическое разделение транспондеров на отдельные частотные каналы. В настоящее время также применяется мультиплексирование с временным разделением, поскольку оно предоставляет значительно большую гибкость. У первых спутников связи был один пространственный луч, освещавший всю Землю. Со временем, благодаря огромному снижению стоимости, размеров и энергии, потребляемой микроэлектроникой, стала возможной гораздо более сложная стратегия широковещания. На каждом спутнике теперь устанавливается несколько антенн и несколько транспондеров. Каждый передаваемый со спутника луч может быть сфокусирован на небольшом участке земли, поэтому возможна одновременная передача и прием по нескольким каналам с одного спутника. Так называемые точечные лучи обычно имеют эллиптическую форму и могут быть всего лишь несколько сот километров в поперечнике. Спутники связи, применяемые в США, обычно имеют один широкий луч, охватывающий 48 штатов, плюс два точечных луча для Аляски и Гавайских островов. Новым шагом в развитии систем спутниковой связи стало создание дешевых микростанций, называемых VSAT (Very Small Aperture Terminal -- миниатюрный апертурный терминал). Эти небольшие терминалы снабжены спутниковыми антеннами диаметром около 1 м и могут передавать сигналы мощностью около 1 Ватта. Передача обычно ведется на скорости 19,2 кбит/с, однако скорость приема значительно выше, обычно около 512 кбит/с. В большинстве систем VSAT мощности микростанций бывает недостаточно для того, чтобы они общались друг с другом напрямую (через спутник, конечно). Для связи таких микростанций требуется специальная промежуточная наземная ретрансляционная станция с большой антенной и мощным усилителем, показанная на рисунок 2.2. При подобной схеме работы либо у передающей, либо у принимающей стороны имеется большая антенна и мощный усилитель. Достоинством такой системы является ее дешевизна, а недостатком -- двойное время задержки. Спутники связи обладают рядом свойств, в корне отличающих их от наземных линий связи. Во-первых, хотя сигнал к спутнику и от него распространяется со скоростью света (около 300 000 км/с), значительное расстояние до спутника вызывает значительную временную задержку. В зависимости от расстояния между пользователем и наземной станцией, а также от высоты спутника над горизонтом время передачи от одного узла до другого может составлять от 250 до 300 мс. Обычным значением является 270 мс (540 мс для систем VSAT с применением наземного ретранслятора). Для сравнения, задержка в наземных микроволновых линиях составляет около 3 мкс/км, а в коаксиальных и оптоволоконных кабелях -- около 5 мкс/км (электромагнитные волны распространяются в воздухе быстрее, чем в твердых материалах). Во-вторых, спутники являются широковещательными средствами связи. Передача сообщения через спутник на несколько тысяч станций, находящихся в пределах пятна вещания транспондера, стоит столько же, сколько и передача сообщения на одну станцию. Для некоторых приложений такое свойство чрезвычайно полезно. И хотя широковещание может быть симулировано в системах, использующих линии связи 'точка-точка', широковещание со спутника значительно дешевле. Однако с точки зрения безопасности и конфиденциальности спутники являются не самым надежным каналом связи: передачи со спутника может слышать кто угодно. В данном случае может помочь только шифрование.
Рисунок 2.2 - Использование промежуточного ретранслятора для связи систем VSAT
Особенностью спутников является также то, что стоимость передачи сообщения через спутник не зависит от расстояния. Телефонный разговор с другим континентом стоит столько же, сколько и с соседней улицей. Спутниковая связь также характеризуется замечательно низким уровнем ошибок. Кроме того, она может быть установлена практически мгновенно, что очень важно для военных средств связи.
2.2 Низкоорбитальные спутники
В течение первых 30 лет спутниковой эры низкоорбитальные спутники очень редко использовались для связи, поскольку они очень быстро появляются и скрываются из виду. В 1990 г. компания Motorola начала освоение новых земель, подав заявку в Федеральную комиссию связи США на запуск 77 низкоорбитальных спутников для проекта Iridium (77-й элемент в периодической таблице Менделеева). Впоследствии проект был пересмотрен, и количество спутников было уменьшено до 66, таким образом, проект следовало бы переименовать в Dysprosium, однако, по-видимому, название этого химического элемента звучало похоже на название болезни. Идея проекта заключалась в том, что как только один спутник исчезал из виду, в поле зрения наземной станции появлялся другой. Это предложение вызвало нечто вроде спутниковой лихорадки среди компаний, занимающихся средствами связи. Все вдруг захотели запустить цепочку низкоорбитальных спутников связи. Мы кратко опишем систему Iridium, остальные системы весьма похожи на нее.
Основной целью системы Indium было предоставление услуг связи по всему миру с помощью устройств размером с телефонную трубку, общающихся напрямую со спутниками Iridium. Предполагалось предоставление услуг по передаче голоса, данных, факсов, а также навигационных услуг в любой точке земного шара. Данная служба должна была вытеснить системы PCS/PCN.
В основе системы лежат системы сотовой связи, однако с некоторыми изменениями. В обычной сотовой связи ячейки являются фиксированными, а пользователи -- мобильными. В системе Iridium у каждого спутника имеется достаточное количество точечных лучей для сканирования земли во время движения спутника. Таким образом, в данной системе как пользователи, так и ячейки являются мобильными, однако принцип сотовой связи одинаково хорошо работает как в случае пользователей, двигающихся относительно ячеек, так и в случае ячеек, двигающихся относительно пользователей.
Спутники должны были размещаться на круговых полярных орбитах на высоте 750 км над поверхностью земли. Они должны были образовать вытянутые с севера на юг цепочки или ожерелья, со спутником через каждые 32 градуса широты. Шесть таких ожерелий должны были покрыть всю поверхность Земли, как показано на рисунок 2.3, а. Люди, плохо разбирающиеся в химии, могут считать такую схему очень большим атомом диспрозия, где Земля выступает в качестве ядра, а спутники -- в качестве электронов.
У каждого спутника должно было быть 48 точечных лучей, что давало в сумме 1628 ячеек, покрывавших всю поверхность Земли, как показано на рисунок 2.3, б. Частоты могли использоваться повторно на расстоянии двух ячеек, как в обычной сотовой связи. Каждая ячейка должна была поддерживать 174 дуплексных канала, что составило бы 283 272 канала на весь земной шар. Некоторые из них могли бы использоваться для навигации или пейджинга, что почти не требует пропускной способности. (Пейджеры обычно отображают всего две строки символов.)
Связь между спутником и наземным устройством должна была поддерживаться в частотном диапазоне L, около 1,6 ГГц, благодаря чему для связи со спутником могли использоваться небольшие устройства с питанием от батарейки. Сообщения, получаемые одним спутником, но адресованные удаленному спутнику, должны ретранслироваться между спутниками в диапазоне Ка. В космосе связь между спутниками обладала бы достаточной пропускной способностью. Ограничением пропускной способности всей системы служили бы каналы связи спутников с Землей. Компания Motorola считает, что 200 МГц было бы достаточно для всей системы.
Предполагаемая цена услуги для оконечного пользователя должна была составить около 3 долларов за минуту. Если данная технология может предоставить универсальные услуги в любой точке земного шара, то маловероятно, что данный проект не состоится из-за отсутствия спроса. Деловые люди и другие путешественники, желающие постоянно иметь надежную связь, даже в неразвитых регионах, будут записываться толпами. Однако в развитых регионах система Iridium встретила бы в лице PCS/PCN серьезных конкурентов с телеточками в виде тостеров на телефонных столбах.
Рисунок 2.3 - Система Iridium из шести спутниковых ожерелий (а); 1628 перемещающихся ячеек (б)
2.3 Спутники против оптоволоконных кабелей
Сравнение спутниковой связи с наземными видами связи может быть поучительно. Не более 20 лет назад казалось, что будущее систем связи за спутниками. В конце концов, телефонная система почти не изменилась за последние 100 лет и, казалось, не изменится еще столько же. Эта неизменность была вызвана не в последнюю очередь тем регулятивным окружением, в котором от телефонных компаний ожидалось предоставление услуг по качественной голосовой связи за умеренную цену (с чем они успешно справлялись), а взамен им гарантировалась прибыль с вложенного капитала. Для желающих передавать цифровые данные имелись модемы со скоростью 1200 кбит/с. Вот, собственно, и все, что было в области связи.
С возникновением в 1984 г. конкуренции в области связи в США и (несколько позднее) в Европе ситуация радикально изменилась. Телефонные компании начали заменять свои междугородные линии оптоволоконными кабелями и предлагать услуги по передаче данных с большой скоростью типа SMDS и B-ISDN. Кроме того, было покончено с практикой искусственно поднятых цен за междугородную связь, за счет которых поддерживались низкие местные тарифы.
Неожиданно оптоволоконные кабели оказались победителями в конкурентной борьбе с другими средствами связи. Тем не менее, спутники связи сумели занять на рынке довольно крупную нишу, предоставляя услуги, недоступные для кабельной связи. Рассмотрим некоторые из них.
Хотя один оптоволоконный кабель обладает в принципе большей пропускной способностью, чем все когда-либо запущенные спутники связи, эта пропускная способность оказывается недоступной для большей части пользователей. Установленные на сегодня оптоволоконные кабели используются в телефонной системе, обеспечивая одновременную междугородную связь для многих пользователей, а не высокую пропускную способность индивидуальным пользователям. Кроме того, лишь очень небольшая часть пользователей имеет доступ напрямую к оптическому кабелю, поскольку на пути у остальных оказывается старая добрая витая пара местной телефонной линии. При передаче данных по этой линии с помощью модема на скорости 28,8 кбит/с пропускная способность никогда не будет выше 28,8 кбит/с, независимо от того, как осуществляется промежуточная связь. Если использовать спутниковую связь, то пользователю нужно лишь установить антенну на крыше, и он станет полностью независим от телефонной системы. Для многих пользователей подобная независимость является очень важным мотива-ционным фактором.
Пользователи, которым требуется пропускная способность около 40 или 50 Мбит/с, могут арендовать линию ТЗ (44,736 Мбит/с). Однако это довольно дорого. Если такая пропускная способность требуется лишь периодически, то приемлемым решением является SMDS (Switched Multimegabit Data Service -- высокоскоростная сетевая технология), однако в отличие от спутниковой связи данная служба доступна далеко не везде.
Второй нишей спутниковой связи является обслуживание мобильных пользователей. Сегодня многие желают иметь возможность общаться по телефону, занимаясь бегом трусцой, в автомобиле, под парусом и в самолете. Наземные оптические кабели в данных случаях не могут помочь, тогда как спутники с данной задачей вполне могут справиться. Возможно, что для большинства пользователей (кроме тех, кто находится в море или воздухе) оптимальной окажется комбинация сотового телефона и оптического кабеля.
В-третьих, спутники могут оказаться полезными там, где важно обеспечить широковещание. Сообщение, посланное со спутника, может быть одновременно принято тысячами наземных станций. Так, например, передача биржевых сводок или цен на товары потребления тысячам коммерсантов со спутника может оказаться значительно дешевле, чем имитация широковещания по кабелям.
В-четвертых, спутниковая связь незаменима в местах с гористой или болотистой местностью, а также в местах с плохо развитой инфраструктурой. Например, Индонезия имеет собственную спутниковую систему для обслуживания телефонной связи. Запустить один спутник значительно дешевле, чем прокладывать тысячи кабелей по дну проливов между островами архипелага.
В-пятых, использование спутниковой связи может оказаться проще там, где получить право на прокладку кабеля или очень трудно, или очень дорого. В-шестых, спутниковая связь нужна в ситуации, когда критичным оказывается быстрая установка связи, например для нужд армии или флота во время боевых действий.
Таким образом, похоже, что основным направлением развития средств связи в ближайшие годы будет наземная волоконная оптика в соединении с сотовой связью, однако в особых случаях спутниковая связь оказывается предпочтительнее. Следует отметить, что главным аргументом в конкурентной борьбе различных средств связи всегда будет оставаться экономический аспект. Хотя оптоволоконные кабели обеспечивают значительно более высокую пропускную способность, однако вполне возможно, что между наземными и спутниковыми средствами связи будет идти жесткая конкуренция в области цен. Если прогресс в космической технологии приведет к радикальному снижению цены запуска спутника (например, какой-нибудь носитель сможет выводить за один запуск по нескольку десятков спутников) или низкоорбитальные спутники войдут в моду, то не исключено, что оптоволоконные кабели не смогут победить сразу на всех рынках.
Выводы
Физический уровень составляет основу всех сетей. Природа накладывает на все каналы два фундаментальных предела, ограничивающие их пропускную способность. Это предел Найквиста, относящийся к идеальным, бесшумным каналам, а также ограничение Шеннона для каналов с термодинамическим шумом.
Каналы связи могут быть направляемыми и ненаправляемыми. Основными направляемыми каналами связи являются витая пара, коаксиальный кабель и оптоволоконный кабель. К неуправляемым каналам связи относятся радио, микроволны, инфракрасное излучение, а также лазерный луч в воздухе.
Ключевым элементом глобальных компьютерных сетей является телефонная система. Ее основными компонентами являются местные телефонные линии, междугородные магистрали и коммутаторы. Магистрали являются цифровыми. В них используются различные способы уплотнения, включая частотное (FDM), временное (TDM) и спектральное (WDM) уплотнение. Коммутаторы бывают координатными, с пространственным и временным разделением. Большое значение имеют коммутация каналов и коммутация пакетов.
Телефонная система будущего будет цифровой от начала до конца. Она будет обеспечивать передачу как голосовых, так и прочих данных по одним и тем же линиям. Уже разработаны два варианта этой новой системы, известной как ISDN (Integrated Services Digital Network -- цифровая сеть, предоставляющая комплекс услуг). Узкополосная ISDN представляет собой цифровую систему с коммутацией каналов, являясь улучшением современной системы. Широкополосная система ISDN, напротив, является принципиально новым подходом, поскольку она основывается на технологии коммутации ячеек ATM. Разработаны различные типы коммутаторов ATM, включая выталкивающий коммутатор и коммутатор Бат-чера.
Для мобильных приложений кабельная телефонная связь неприменима. В качестве альтернативы применяется сотовая и спутниковая связь. В настоящее время сотовая связь широко применяется для портативных телефонов и скоро будет использоваться также и для передачи цифровых данных. Нынешнее поколение сотовых телефонных систем является аналоговым (например, AMPS), однако следующее поколение (например, PCS/PCN) будет полностью цифровым. Традиционные спутники связи в основном являются геостационарными, однако большой интерес представляют низкоорбитальные спутниковые системы, такие как Iridium.
3. Программно-аппаратный комплекс LabVIEW
3.1 Программно-аппаратный комплекса LabVIEW
LabVIEW (Laboratory Virtual Instruments Engineering Workshop) - это система программирования, разработанная фирмой National Instruments (США) и ориентированная на создание приложений в области автоматизации научных исследований, управления производством и промышленными установками и т.п. LabVIEW по своим возможностям приближается к системам программирования общего назначения, например к Delphi. Тем не менее, между ними существует ряд важных различий. Система LabVIEW является проблемно-ориентированной; она поддерживает программирование множества действий, специфичных для АСНИ, АСУ ТП и АСУП и реализует концепцию виртуальных приборов.
Каждая программа LabVIEW представляет собой отдельный виртуальный прибор (ВП), то есть - программный аналог некоторого реально существующего или воображаемого устройства, состоящий из двух взаимосвязанных частей.
Первая часть, лицевая панель, описывает внешний вид ВП и содержит множество средств ввода информации - так называемых средств управления, а также множество средств визуализации информации - так называемых индикаторов.
На рисунке 3.1 к индикаторам относится, например, табло 'Measurement', отображающее разряды числового значения измеряемой величины, а к средствам управления - ползунок 'Function', переключатель диапазона измерений 'Range' и переключатель режима измерений 'Trigger Mode'.
Рис. 3. 1. Лицевая панель ВП - аналога цифрового тестера Fluke 8840A
Вторая часть, блок-схема (или блок-диаграмма) описывает алгоритм работы ВП.
Рис. 3.2 Блок-схема ВП - аналога цифрового тестера Fluke 8840A
Каждый ВП, в свою очередь, может использовать в качестве составных частей другие ВП, подобно как любая программа, написанная на языке высокого уровня(СИ, Паскаль, Бейсик,) использует свои подпрограммы. Такие ВП нижнего уровня обычно называются субВП. На рисунке 3.2 к субВП относится элемент 'Send DEMO' - это ВП, непосредственно реализующий операции по переключению диапазонов, преобразованию сигналов, генерации поразрядного представления результата и т.п.
Также на рисунке можно отметить многочисленные функциональные блоки, играющие роль 'задних контактов' для объектов лицевой панели, - это так называемые терминалы. Каждому терминалу обязательно соответствует какой-либо индикатор или средство управления, расположенные на лицевой панели.
Важными элементами блок-схемы являются функциональные узлы - встроенные субВП, являющиеся частью LabVIEW и выполняющие предопределенные операции над данными.
Данные от терминалов к функциональным узлам и между различными функциональными узлами передаются при помощи связей, которые изображены на рисунке разноцветными линиями различной толщины. Поля ввода/выводя должны быть совместимы с типами данных, передаваемыми по проводникам. В данном курсе используются следующие типы данных:
- Flnnting point -- число с плавающей запятой, отображается в виде оранжевых терминалов. Может быть комплексным.
- Integer -- целочисленный тип, отображается в виде голубых терминалов.
- Boolean -- логический тип, отображается в виде зеленых терминалов.
Логический тип может принимать только два значения: 0 (FALSE) или 1 (TRUE).
- String -- строковый тип, отображается в виде розовых терминалов.
Строковый тип данных содержит текст в ASCII формате.
- Path -- путь к файлу, отображается в виде терминалов. Путь к файлу
близок строковому типу, однако, LabVlEW форматирует его, используя стандартный синтаксис для используемой платформы.
- Array -- массивы включают типы данных составляющих элементов и принимают соответствующий им цвет.
- Dynamic -- динамический тип, отображается в виде темно-синих терминалов. Кроме данных сигнала, динамический тип содержит дополнительную информацию, например, название сигнала или дату и время его получения.
Наконец, рамка со скругленными углами, ограничивающая группу соединенных между собой терминалов и функциональных узлов, - это функциональный узел особого вида, управляющая структура.
Источники и приемники данных:
При соединении элементов LabVIEW друг с другом в каналах связи действуют принципы аналогичные принципам теоретических основ электротехники:
1) К каналу связи может быть подключен только один источник данных.
2) К одному источнику данных может быть подключено неограниченное число приемников данных.
3) Соединение только одних приемников - абсурдно и поэтому программой LabVIEW признается ошибочным.
Вывод объекта, по которому объект передает данные внешним элементам, принято называть выходом объекта. Вывод объекта, по которому объект принимает данные от внешних элементов, принято называть входом объекта. Программа Labview может прокладывать трассу провода только прямолинейными участками, расположенными только горизонтально или вертикально. Поэтому трасса провода между двумя соседними точками, в общем случае, образуется двумя участками: горизонтальной и вертикальной проекциями отрезка воображаемой прямой линии, соединяющего соседние точки. Соединяющая трасса имеет вид пунктирной линии. При правильной соединении пунктирная линия трассы превращается в сплошную линию провода и окрашивается, при неправильном - остается пунктирной и требует устранения ошибки, точнее согласования подключаемых элементов.
Среда LabVIEW включает в себя набор подпрограмм ВП, позволяющих конфигурировать, собирать и посылать данные на DAQ-устройства. Часто DAQ-устройства могут выполнять разнообразные функции: аналого-цифровое преобразование (А/D), цифро-аналоговое преобразование (D/A), цифровой ввод/вывод (I/O) и управление счетчиком/таймером. Каждое устройство имеет свой набор возможностей и скорость обработки данных. Кроме этого, DAQ-устройства разрабатываются с учетом аппаратной специфики платформ и операционных систем. На иллюстрации продемонстрированы два варианта компоновки DAQ-системы. В варианте 'А' DAQ-устройство встроено в компьютер, а в варианте 'В' DAQ-устройство является внешним. С внешним устройством можно построить DAQ-систему на базе компьютера без доступных слотов расширения, например, с использованием портативных компьютеров. Компьютер и DAQ-модуль связываются между собой через аппаратные интерфейсы, такие как параллельный порт, последовательный порт и сетевые карты (Ethernet). Практически эта система является примером удаленного управления DAQ-устройством.
Рис. 3.3 Схема подключения DAQ-устройства
|
1. Датчики
|
5. Программное обеспечение
|
|
|
2. Модуль согласования сигналов
|
6. Связь с параллельным портом
|
|
|
3. Согласованные сигналы
|
7. Внешний DAQ-модуль
|
|
|
4. Встроенное DAQ-устроНство
|
|
|
|
Основной задачей, решаемой DAQ-системами, является задача измерения или генерации физических сигналов в реальном времени. Перед тем как компьютерная система измерит физический сигнал' датчик или усилитель должен преобразовать физический сигнал в электрический, например, ток или напряжение. Встроенное DAQ-устройство часто рассматривается как полная DAQ-система, хотя практически это только один из компонент системы. В отличие от самостоятельных устройств измерения, не всегда возможно соединение напрямую источника сигналов со встроенным DAQ-устройством. В этих случаях необходимо использовать дополнительные модули согласования сигналов перед тем как DAQ -устройство преобразует их в цифровой формат. Программные средства DAQ-систем включают в себя: сбор данных, анализ данных и представление результатов. DAQ-устройства производства компании NI поставляются в комплекте с драйверами NI-DAQ. NI-DAQ взаимодействует и управляет измерительными устройствами National Instruments, включая такие DAQ-устройства как многофункциональные устройства ввода-вывода сигналов (MIO) серии Е, SCXI модули согласования сигналов и модули переключения сигналов. NI-DAQ являемся расширенной библиотекой функций, которые можно вызвать из среды создания приложений, например. Lab VIEW, для программирования всех возможностей измерительного устройства NI.
Надо очень четко представлять себе, что ВП - это только модель тех элементов реального прибора или установки, которые гораздо проще и дешевле реализовать в виде программы. Но для того, чтобы ВП можно было использовать как реальный заменитель конкретного осциллографа или распределительного щита, необходимо осуществить связь между объектом физического мира (например, управляемой технологической установкой, ) и программой ВП. Эта связь традиционно осуществляется при помощи специализированных технических средств, - датчиков, аналогово-цифровых и цифро-аналоговых преобразователей, интерфейсов передачи данных и пр., - образующих в совокупности комплекс устройств связи с объектом (УСО). Соответственно, ВП должен иметь выход на программу (драйвер) обслуживания внешнего устройства, являющегося частью УСО (например, на драйвер 'измерительной платы', драйвер контроллера КАМАК и т.п). Обычно в роли такого 'связующего звена' выступает функциональный узел блок-схемы ВП или субВП, не декомпозируемый на более мелкие структурные составляющие. Часто он представляет собой фрагмент программного кода, разработанный не средствами LabVIEW, а при помощи языка Ассемблера или Си.
UDP соединения двух машин, в среде LabView
UDP - протокол пользовательских датаграмм. Относится к транспортному уровню напрямую взаимодействуя с приложением. Этот протокол не предусматривает процесс создания виртуального канала между двумя машинами. Данные передаваемые от одной машины к другой не гарантированно придут в первоначальном виде. За целостность передаваемых данных отвечает программа (клиент-сервер).
Работа в LabView, ярлычки:
Процесс открытия UDP соединения в пакете LabView (LV) не зависимо от того, будет эта программа являться клиентом или сервером, осуществляется ярлычком (рис. 3.4):
Рисунок 3.4. Ярлык для открытия соединения.
Port - открываемый локальный порт системы (более 1024)
Connection ID - идентификатор соединения
Error in - ошибки соединения на входе
Error out - ошибки соединения на выходе
Процесс закрытия UDP соединения, осуществляется ярлычком:
Рисунок 3.5 Ярлык для закрытия соединения.
Connection ID - идентификатор соединения
Connection ID out - идентификатор соединения на выходе
Error in - ошибки соединения на входе
Error out - ошибки соединения на выходе
Основная идея в образовании соединения заключается в том, что бы при его открытие ID был завязан как минимум с тремя ярлычками (открытие, закрытие и чтение/запись данных ).
В одно соединение можно писать несколько данных , которые должны быть преобразованы в строковые. В свою очередь на другой машине, которая будет принимать их, следует в той же последовательности и в том же количестве считывать эти данные, расскриптовывая по тому же алгоритму, какой использовался при передаче.
Запись данных:
Рис. 3.6. Ярлык для записи данных.
Connection ID- идентификатор соединения
Connection ID out - идентификатор соединения на выходе
Error in- ошибки соединения на входе
Error out- ошибки соединения на выходе
Data in- записываемые строковые данные
Adress- IP адрес компьютера, на который хотите послать данные
Port- порт удаленного компьютера, куда хотите послать данные
При записи данных следует указывать порт удаленной машины, куда вы хотите записать данные, соответственно приемник должен открыть этот порт на прослушивание, в противном случае сеанса не состоится. Так же, следует указать IP адрес получателя, это делается при помощи ярлычка изображенного на рис.3.10
Рис. 3.7 Ярлык для преобразования IP адреса в числовой формат.
Подключив к нему строковый управляемый индикатор, вы можете записать как IP адреса хостов так и групповые и широковещательные адреса.
Пример разных типов IP адресов: host 192.168.0.1(одного компьютера); broadcast 192.168.0.255 (всего сегмента); groupcast 224.224.0.8 (группы компьютеров).
Чтение данных:
Рисунок 3.8 Ярлык для чтения данных.
Connection ID - идентификатор соединения
Connection ID out - идентификатор соединения на выходе
Error in - ошибки соединения на входе
Error out - ошибки соединения на выходе
Data out - читаемые строковые данные
Adress - IP адрес компьютера, на который посылает датаграмму
Port - порт компьютера, который посылает датаграмму
Max size - максимальный размер принимаемой датаграммы
Time out - время по истечение которого выдается ошибка.
При приеме данных следует установить timeout который проверяет успели ли данные прочитаться в течение установленного времени. Если данные не смогли прочитаться в данный интервал времени, то генерируется ошибка на error out. В связи с этим, при передачи больших объемов информации, следует указать большее значение timout. На мой взгляд для простенькой программы, это значение можно прировнять к 0.5 секундам.
Максимальный размер получаемого пакета по умолчанию установлен в 548 байт. Это значение лучше оставить без изменений, особенно если пакеты будут проходить через маршрутизаторы.
Рисунок 3.9 Передатчик строковых и численных данных.
Рис.3.10 Схема программы передающей данные в сеть.
Рис3.11. Передняя панель программы принимающей данные из сети.
Рисунок 3.12 Схема программы принимающей данные из сети.
Схема начинается с открытия UDP соединения, открывая локальный порт > 1024. Далее от первого ярлычкам идет обязательное соединение (с лева на право) по всем остальным, это идентификатор соединения и стандартный поток ошибок. Доходя до ярлычка записи данных в UDP соединение, требуется на нем ввести обязательные параметры, такие как IP адрес и UDP порт удаленной машины. Без этого передача данных не состоится. Т.к. любое соединение предполагает передачу строковых данных, мы передаем нашу строку не изменяя ее. Далее по схеме идет передача числовых данных. Для осуществления этой передачи, следует конвертировать численные данные в строковые, для этого и происходит конвертация в 16-ти- ричный формат. И закрывается UDP соединение последним ярлычком. Поместив все это в цикл, мы можем в любой момент остановить процесс передачи данных удаленной машине.
При процессе чтения данных из UDP соединения, мы указываем порт откуда происходит процесс чтения данных. По сути схема приемника сильно перекликается со схемой передатчика, с той лишь разницей что, где был процесс записи, мы ставим ярлычок чтения. И указываем timeout.
При работе в локальных сетях, в несильно загруженных линиях передачи, UDP соединение двух машин по средством LV можно считать приемлемым. Один из больших плюсов является возможность получать данные, передаваемые одновременно сразу с нескольких машин. Но при всех его удобности в плане простоты реализации остается не решенным вопрос о надежности доставки и времени доставки данных.
3.2 Применение LabView для тестирования сигнализации сети абонентского доступа
На основе технологии виртуальных приборов разрабатываются электронные учебные материалы, научно-методические рекомендации по их использованию в общеобразовательных, профессиональных, средних специальных и высших учебных заведениях, в системе непрерывного и дополнительного образования. Одним из важнейших компонентов разрабатываемых информационных ресурсов являются комплексы лабораторных практикумов по различным дисциплинам, обеспечивающие удаленный доступ и позволяющие проводить лабораторные и практические работы, как с индивидуальных рабочих мест учащихся, так и в локальной или глобальной сети.
На предприятии сосредоточены современные технологические и информационные ресурсы:
интегрированная высокоскоростная, многоуровневая, многосегментная компьютерная сеть с обеспечением корпоративной сетевой связанности на основе коммутируемых виртуальных Ethernet - сетей;
многоуровневая, многосегментная сетевая инфраструктура, объединяющая компьютерные классов на базе ЛВС, , обеспечивающая выход в другие, в том числе глобальные, сети;
системное и прикладное программное обеспечение, включая лицензионные пакеты прикладных программ LabView 7.0, Measurement Studio, TestStand, LabView Toolsets, LabView DSC, LabView RT, MathCad 6.0, Xilinx Fondation Base 4.1.
Рис. 3.13 Схема виртуальной лаборатории
На их основе разработана виртуальная лаборатория, включающая:
- компьютерный класс ;
- лабораторные стенды с контрольно-измерительной и управляющей аппаратурой, подключенной к компьютерам, выполняющим задачи серверов удаленного доступа;
- сервер-шлюз, обеспечивающий доступ к глобальной компьютерной сети Internet.
В качестве базового инструмента для разработки информационных ресурсов на основе виртуальных приборов используется среда графического программирования LabVIEW компании National Instruments. Инструментальная среда LabVIEW предназначена для проектирования систем сбора и обработки данных практически любой степени сложности. В нее встроены хорошо развитые средства организации дистанционного доступа к элементам контроля и управления разрабатываемого виртуального прибора. Важно отметить, что лицензионный программный продукт необходим только разработчику программ. Для пользователей достаточно иметь возможность работы на компьютере с типовой операционной системой, например, Windows 95/98/NT/2000, имеющем выход в локальную или глобальную компьютерную сеть. Это способствует массовому использованию информационных ресурсов на основе технологии виртуальных приборов.
Для тестирования сигнализации в сетях абонентского доступа используется цифровой анализатор Anritsu MD1230A.
Рис. 3.14 Цифровой анализатор Anritsu MD1230A
С развитием передачи по сетям IP голоса, видео и данных, тема контроля уровня сервиса и качества работы сети становится особенно актуальной. Для тестирования этих параметров и предназначен MP1230A. Прибор осуществляет тестирование и мониторинг сетей IP. Обладает возможностями по тестированию MPLS и QoS, декодированию и эмуляции протоколов, в том числе IPv6, BGP4 и других. В приборе можно тестировать различные интерфейсы со скоростями передачи от 10 Мбит/с до 10Гбит/с. Любая комбинация из пяти интерфейсных модулей может использоваться в MP1230A. Более того, до 8 анализаторов MP1230A могут быть объединены в цепочку с одним прибором, действующим, как контроллер для остальных. В этом случае количество одновременно тестируемых портов может возрасти до 320 (10/100BASE-TX).
Анализатор имеет мощную систему фильтров и триггеров, которые могут устанавливаться независимо для каждого порта.
Прибор поддерживает тестирование согласно RFC2544, тестирование параметров QoS, монитора VPN QoS, тестирование работы BGP4. Мониторинг заголовков и APS для SDH. Анализатор имеет богатый набор функций по автоматическому тестированию с использованием команд GPIB.
Таб. 3.1 Основные особенности Anritsu MD1230A.
Таблица 3.2 - Технические характеристики.
Выводы
Из за того, что реальное оборудование для тестирования сетей довольно дорого, была рассмотрена возможность создания программной эмуляции приборов с помощью программного комплекса LabVIEW. Пакет LabVIEW (Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench) представляет собой универсальную систему (инструмент) программирования с расширенными библиотеками программ, ориентированную на решение задач управления инструментальными средствами измерения и задач сбора, обработки и представления экспериментальных данных.
Для полного проведения тестирования сигнализации в сетях абонентского доступа необходимо оборудование, которое поставляется как NI, так и сторонними производителями. Реальные приборы имеют свойство изнашиваться и выходить из строя. Программные модели приборов не имеют подобных недостатков. Данные виртуальные приборы возможно использовать для наглядной демонстрации процессов внутри сети, а также позволяют с наименьшими затратами времени и материальных средств вносить любые коррективы в свою структуру.
4. Подсистема контроля и диагностики спутниковых каналов связи
Как известно, в реальных сетях спутниковой связи достаточно часто возникают различные нештатные ситуации, которые вызывают, как снижение качества передачи, так и потерю связи из-за:
снижения энергетического потенциала;
нарушения условий синхронизации на различных уровнях;
наличия помех различного происхождения;
деградации или отклонения параметров оборудования ЗС;
отклонения параметров ретранслятора;
отказа аппаратуры ЗС и так далее.
Обычно при поиске отказов наибольшее время тратится на выявление тех причин, которые связаны либо с энергетическими характеристиками образуемых каналов связи, либо с внутрисистемной или межсистемной ЭМС.
Выявление конкретной причины отказа тех или иных направлений связи крайне важно, так как для восстановления канала зачастую приходится пользоваться прямо противоположными управляющими воздействиями, в зависимости от конкретной причины отказа.
Для эффективного установления причины и результата управляющего воздействия необходим довольно большой объем информации, получаемой с территориально разнесенных объектов, что вызывает необходимость контроля спутниковых каналов связи и требует введения в ИСМ подсистемы контроля и диагностики спутниковых каналов связи ПКД СКС.
Основные характеристики такой системы определяются исходя из особенностей развернутых в России систем ССС, характеризующихся такими параметрами, как:
большое количество станций спутниковой связи -- от единиц до
нескольких сотен в одной сети;
широкое применение VSAT-технологии с работой ЗС в необслуживаемом режиме;
сложная электромагнитная обстановка в местах установки ЗС;
работа ЗС в зонах с неуверенным приемом -- на краю зон обслуживания спутником;
* применение различных режимов многостанционного доступа к ретранслятору, в том числе и смешанных: МДЧР, МДВР (TDMA и AA/TDMA -- с адаптивным распределением загрузки), и множеством других, менее важных особенностей.
Данные параметры определяют такие характеристики ПКД СКС, как:
высокое быстродействие в связи с анализом параметров большого
количества ЗС;
максимальная автоматизация и применение дистанционного контроля и анализа, позволяющих работать ЗС в необслуживаемом режиме;
использование гибких методов и алгоритмов обработки сигналов,
обеспечивающих контроль помеховой обстановки в реальном масштабе времени;
применение комбинированных методов обработки, позволяющих
контролировать системы, работающие в различных режимах многостанционного доступа;
обеспечение высокой аппаратной и программной надежности системы и так далее.
Учитывая отмеченные особенности контроля спутниковых каналов, а также естественную потребность в унификации оборудования ПКД СКС для любого ствола РТР, контроль значений параметров РТР должен включать:
контроль величин, характеризующих РТР как СВЧ многополюсник с разночастотными входами и выходами, в котором происходят усиление и преобразование СВЧ сигналов по стволам;
контроль показателей каналов передачи, подтверждающих обеспечение контролируемым РТР нормируемых данных всей системы спутниковой связи в целом.
К последней категории относится и контроль обобщенных параметров прохождения сигналов.
С учетом такого разбиения контроль спутниковых каналов связи должен включать:
1 контроль параметров:
• контроль параметров РТР;
• контроль параметров ЗС;
• контроль параметров радиолиний;
обнаружение помех и мешающих сигналов, путем:
• контроля загрузки одного ствола (стволов);
• обнаружения помех на ретрансляторе КА;
• контроля несанкционированного доступа;
• обнаружения помех в местах установки ЗС;
• идентификации помех.
Если контроль параметров не вызывает осложнений принципиального характера, определение уровня помех, возникающих при одновременной работе всех стволов РТР, предусматривает подачу в контролируемый канал измерительного сигнала и 'загрузку' остальных, свободных стволов сигналом, имитирующим реальный. Вопрос выбора параметров, критериев и точности соответствия имитирующих сигналов реальным зависит от:
диапазона частот исследуемого ретранслятора;
количества стволов;
вида передаваемой информации.
Следовательно, для осуществления контроля необходимы следующие функции:
1 при контроле загрузки ствола:
• определение суммарной мощности сигнала в стволе;
• оценка уровня шумов ретранслятора;
• определение положения рабочей точки и точки насыщения ретранслятора;
• вычисление запаса по частотному и энергетическому ресурсу ретранслятора;
• определение коэффициента загрузки ствола;
• автоматическая идентификация радиолиний и выдача результатов изменений по параметрам (центральная частота, занимаемая полоса, уровень сигнала);
• оперативная оценка изменения параметров загрузки ствола (по
• полосе частот, по энергетике).
2 при контроле помеховой обстановки в стволе:
• обеспечивать распознавание полезных сигналов сети;
• выдавать информацию о наличии сигналов, не соответствующих частотному плану;
• определять параметры сигналов, не соответствующих частот
• ному плану:
частота сигнала;
полоса сигнала;
уровень принимаемого сигнала;
наличие модуляции;
3 при анализе типа и источника помех должна осуществляться клас
сификация помех по следующим признакам:
• сигнал связной несанкционированный;
• сигнал с другим видом модуляции;
4 при поиске несанкционированного доступа:
• определять частоты, занятые несанкционированными абонентами;
• определять параметры несанкционированных сигналов;
• определять ресурс, занятый несанкционированными сигналами.
Обобщая вышеизложенное, ПКД СКС должна установить с максимальной достоверностью и в кратчайшие сроки:
наличие сигналов с заданными параметрами на 'своих' местах и
их основные характеристики (отношение сигнал/шум на борту ретранслятора, уровень приема сигналов на контрольной станции);
наличие помех или сигналов несанкционированного доступа;
отсутствие заданных сигналов на своих местах;
относительную мощность полезных сигналов;
относительную мощность сигналов несанкционированного досту
па и помех;
общую относительную мощность сигналов.
Очевидно, что реализация всех этих функций невозможна без соответствующего управления в ПКД СКС, обеспечивающего:
управление заданием полей допусков на контролируемые пара
метры;
управление параметрами помехопостановщика;
управление параметрами компенсатора помех.
Для достижения достоверности контроля в этом случае необходимо обеспечить, чтобы:
время анализа каждого сигнала в стволе ретранслятора при работе по измерительному модему не превышало 5 сек;
время анализа сигналов при работе с анализатором спектра ограничивалось требованиями многостанционного доступа и количеством анализируемых стволов:
* в режиме МДЧР:
при анализе одного ствола РТР -- не более 2 мин на один ствол;
при анализе параметров помехи -- в зависимости от параметров помехи;
при определении типа помехи и ее параметров время анализа на один сигнал -- до 1 минуты;
при работе в многоствольном режиме время анализа одного ствола должно быть не более 2 минут;
* в режиме МДВР:
- время анализа должно быть не более длины пакета ЗС и не
ниже максимальной длительности символов.
Полученную в результате контроля информацию:
спектр полезных сигналов;
спектр помех и мешающих сигналов;
графики и гистограммы по обработке сигналов;
таблицы и параметры баз данных и т.д., необходимо отображать в виде, удобном для восприятия оператором в необходимом объеме и с требуемым разрешением, а сами результаты контроля должны архивироваться и документироваться с тем, чтобы имелась возможность последующей статистической обработки по:
суточному изменению параметров ЗС;
сезонному изменению параметров радиолиний;
* времени появления и изменения параметров помех и т.д.
Наиболее эффективно отмеченные задачи могут быть решены с использованием системы контроля спутникового ресурса 'Сикор', разработанной в компании Syrus Systems и позволяющей оператору системы связи в автоматизированном режиме выполнять мониторинг частотно-энергетического ресурса спутника-ретранслятора. 'Сикор' представляет собой систему мониторинга спутниковых каналов связи и помеховой обстановки с вторичной обработкой полученных результатов для оценки соответствия каналов установленным нормам. Выполняя функции ПКД СКС, 'Сикор' обеспечивает сканирование полного стандартного ствола спутника-ретранслятора (36 МГц) за 3 мин (в зависимости от режимов сигналов в стволе), при этом в случае необходимости количество стволов может быть расширено.
Отличительной особенностью данной системы является то, что она может функционировать как самостоятельная система мониторинга, а также может интегрироваться в состав автоматизированной системы управления сетью спутниковой связи.
В настоящее время эта система эксплуатируется в ОАО 'Газком', являющемся оператором спутниковой системы связи ОАО 'Газпром'.
4.1 Базовая структура ПКД СКС
Принцип действия ПКД СКС основан на использовании двух видов УСК:
анализатора спектра (АС);
тестового спутникового модема (ТСМ).
АС предназначен для получения и обработки спектрограмм анализируемых стволов, а ТСМ используется для проверки структуры выявленных в стволе легальных сигналов, определяя нахождение на заданной частоте сигнала заданной структуры.
Модем автоматически перестраивается на зарегистрированные в системе сигналы и пытается получить синхронизацию на заданной частоте приема. Если контрольный модем находится в синхронизации, следовательно, сигнал, располагающийся на заданной позиции, является легальным.
Измерительное оборудование (рисунок 3.1) может подключаться как по L диапазону, так и по диапазону промежуточной частоты.
В состав ПКД СКС входят:
базовый измерительный комплект (БИК);
средства сопряжения БИК с земной станцией спутниковой связи;
центральный сервер систем;
рабочее место оператора системы.
Базовый измерительный комплект представляет собой автономный модуль, состоящий из собственно измерительных средств и управляющего контроллера БИК на базе промышленного компьютера с архитектурой Intel под управлением операционной системы UNIX.
БИК функционирует полностью в автоматическом режиме, загружая необходимые данные для проведения измерений с центрального сервера.
В соответствии с полученными целеуказаниями контроллер БИК выстраивает алгоритм управления измерительными средствами и (при необходимости) средствами сопряжения БИК и ЗС.
Рисунок 4.1 - Базовая архитектура ПКД СКС
Полученные результаты контроля обрабатывает БИК, и затем передает их на центральный сервер.
Средства сопряжения БИК с земной станцией спутниковой связи
обеспечивают его подключение к аппаратуре земной контрольной станции. В состав средств сопряжения входят конвертер вниз (на L диапазон) и необходимые кабели и переходники для обеспечения подключения анализатора спектра и модема. В состав средств сопряжения также могут входить коммутаторы (если БИК подключается по ПЧ). Управление всеми средствами сопряжения выполняет контроллер БИК.
Центральный сервер системы обеспечивает администрирование всех БИК, а также доступ операторов ПКД СКС к результатам контроля. Кроме этого центральный сервер архивирует результаты измерений, полученные ото всех БИК за календарный месяц.
Рабочее место оператора системы строится на базе компьютера под управлением операционной системы Windows NT.
В системе для операторов существует три уровня доступа:
оператор имеет права только на просмотр результатов контроля
ресурса в стволах спутника-ретранслятора;
диспетчер имеет дополнительные права по настройке конфигураций отдельных БИК;
администратор -- имеет дополнительные права по администрированию базы данных изменению паролей и т.д.
Основные функции системы
На основании обработки полученных результатов контроля ПКД СКС выполняет следующие функции:
поиск сигналов несанкционированного доступа к ресурсу спутника-ретранслятора и помех;
поиск отсутствующих рабочих сигналов в спектре ствола спутника-ретранслятора;
определение основных энергетических показателей как отдельных сигналов, так и сети в целом;
определение сигналов, выходящих за рамки допусков по энергетике;
формирование сигналов тревоги по отсутствующим сигналам;
формирование предупреждений по несоответствию параметров
сигналов заданным.
Контроль параметров радиолиний и каналов спутниковой связи
В общем случае контроль параметров предусматривает выполнение следующих функций:
контроль параметров радиолиний;
анализ тенденций изменения параметров на основе вторичной об
работки;
статистическую обработку и анализ отказов;
* оценку и контроль качества каналов спутниковой связи и др.
При этом обеспечивается:
выбор оптимального количества контролируемых параметров для
снижения времени контроля;
установление времени опроса в зависимости от значимости пара
метра.
Для обеспечения раннего обнаружения изменения параметров, вызывающих снижение качества канала, контроль параметров осуществляется непрерывно с минимально возможным интервалом по времени. При этом программно анализируется не только абсолютное значение параметров, но и тенденция их изменения, с целью прогнозирования возможной потери связи и своевременного принятия мер, например, для обнаружения снижения уровня сигнала из-за осадков и включения режима автоматической регулировки мощности в линии для компенсации потенциала.
Контроль ведется с заполнением базы данных и последующей статистической обработкой, на основе которой выбираются значения порогов, определяющих выход параметров за пределы нормы, например, уровня сигналов для разного времени суток. Достижение достоверности контроля соответствия обеспечивается благодаря высоким точностным характеристикам аппаратной части с использованием эффективных алгоритмов вторичной обработки сигналов и значений порогов, устанавливаемых в соответствии с нормами МККР.
Контроль параметров и качества радиолиний
Данный вид контроля позволяет определить значения:
уровня сигнала на борту спутника ретранслятора;
частоты сигнала;
ширины полосы, занимаемой сигналом;
параметров модуляции сигнала;
отношения сигнал/шум на борту ретранслятора.
В отличие от контроля параметров, контроль качества радиолинии позволяет определить ее обобщенные параметры, выполняя:
установку следящих порогов по отношению сигнал/шум (SNR);
установку следящих порогов по ошибкам на бит информации (BER);
статистическую обработку отказов.
Установка следящих порогов по отношению к какому либо параметру предусматривает создание порогов и двух-трех пороговых систем контроля отношения сигнал/шум, обеспечивающих слежение за изменением данного параметра во времени (рисунок 4.2).
Рисунок 4.2 - Обобщенные характеристики радиолиний ССС
Введение двух и более порогов позволяет обнаруживать тенденцию изменения параметра на ранней стадии, что обеспечивает предупреждение срыва связи или снижение ее качества из-за суточных и других колебаний параметров, например, связанных с изменением температурного режима.
Так, в случае установки двойного порога по верхнему и нижнему значениям отношения сигнал/шум, при пересечении первого нижнего порога система выдает предупреждение оператору и сигнализирует о необходимости включения системы автоматической регулировки мощности. При пересечении второго нижнего порога индицируется аварийная ситуация, требующая принятия мер оператором.
Рисунок 4.3 - Результат совмещения спектра, полученного в различные моменты времени
Данный вид контроля основан на вторичной обработке и позволяет выявить тенденции в изменениях параметров каналов ССС (рисунок 4.3).
Контроль параметров ретранслятора
Как было отмечено выше, такой контроль осуществляется путем определения загрузки ствола. Для этого предусмотрено выполнение следующих функций:
определение суммарной мощности сигнала в стволе;
оценка уровня шумов ретранслятора;
определение положения рабочей точки и точки насыщения ретранслятора;
вычисление запаса по частотному и энергетическому ресурсу ретранслятора;
определение коэффициента загрузки ствола;
автоматическая идентификация радиолиний и выдача изменений
по параметрам (центральная частота, занимаемая полоса, уровень сигнала);
оперативная оценка изменения параметров загрузки ствола (по
частотной полосе, по энергетике).
Обнаружение помех
Данный вид контроля предусматривает:
обнаружение помех, создаваемых в ретрансляторе;
обнаружение помех в местах установки ЗС;
обнаружение сигналов несанкционированного доступа;
экспресс-анализ и идентификация помех;
* организация подавления мешающих сигналов.
При этом учитываются следующие базовые положения:
* обеспечение минимального времени на обнаружение помех и мешающих сигналов за счет аппаратной и программной реализации системы;
дифференциация помех по признаку 'свой' -- 'чужой' без детального анализа происхождения помехи и ее источника для обеспечения минимального времени принятия решения по компенсации помех или организации противодействия;
локализация источника помехи 'ретранслятор' -- 'местная' для
выбора организации включения сигнала противодействия или компенсатора помех.
Реализация функции обнаружения помех зависит от метода многостанционного доступа, применяемого в системе спутниковой связи.
Контроль частотного ресурса
В данном случае контроль осуществляется независимо по модему и анализатору спектра. В первом случае входными данными являются предельное количество циклов измерений отношения сигнал/шум, пределы изменения отношения сигнал/шум от среднего значения и размер массива точек измерения, который определяется из базы данных по частотному плану сети. Информация о наличии сигнала на частотах каналов сети и параметрах сигналов отображается в виде графиков спектра с различной окраской в зависимости от характера сигнала и выводится на дисплей. При контроле частотного ресурса по анализатору спектра входными данными являются границы полосы контроля (трассы), задаваемые в двух вариантах режима: центральной частотой и полосой анализа с выводом на дисплей или печать текущего состояния частотного плана, а также иной информации из базы данных. Контроль параметров оборудования ЗС. Как было отмечено в обзорной части, 'Сикор' может интегрироваться в состав автоматизированной системы управления сетью спутниковой связи обеспечивая при этом контроль параметров оборудования ССС. Объем контролируемых параметров оборудования ЗС определяется в зависимости от типа блока, значимости параметра с точки зрения отказа, скорости обработки информации и параметров системы управления. Следует различать:
контроль параметров антенных систем;
контроль приемопередатчика;
контроль модема;
контроль источника бесперебойного питания.
В современных системах спутниковой связи точность удержания космических аппаратов на орбите обычно составляет 0,1° по углу наклона, в связи с чем земные станции VSAT, используемые в таких системах, не требуют установки оборудования наведения. Однако для Центральных и узловых станций, имеющих, как правило, диаметр антенн до 7 м, а также в системах, работающих с поляризационным уплотнением, оснащение ЗС системой наведения желательно. При использовании системы наведения должен быть обеспечен контроль следующих параметров:
режима работы по наведению;
наличия сигнала наведения;
превышения порога по сигналу наведения;
наличия захвата;
значения датчиков углового положения антенны;
текущей ошибки наведения;
состояния оборудования наведения.
В приемопередающей аппаратуре параметры, которые должны контролироваться, определяются ее структурой, в частности, используемыми блоками, так: Для малошумящего усилителя (МШУ):
ток потребления;
состояние МШУ.
Для преобразователя частоты 'вниз':
коэффициент передачи на прием;
частота на прием;
состояние преобразователя 'вниз'.
Для преобразователя частоты 'вверх':
коэффициент передачи на излучение;
состояние аттенюатора на передачу;
частота на излучение;
включение несущей;
состояние преобразователя 'вверх'.
Для усилителя мощности(УМ):
коэффициент усиления передатчика;
включение несущей;
состояние УМ.
В спутниковых модемах должны контролироваться следующие параметры: Параметры конфигурации:
• частота на прием и передачу;
• тип модуляции и коэффициент кодирования;
• информационная скорость;
• уровень излучения;
• тип синхронизации;
уровень входного сигнала;
отношение сигнал/шум;
коэффициент битовых ошибок (BER);
тип синхронизации;
смещение по частоте.
Контроль параметров источника бесперебойного питания включает:
режим работы (от сети и преобразователя);
процент загрузки;
наличие первичного напряжения питания;
наличие вторичного напряжения питания;
частота сети;
состояние ИБП.
Очевидно, что полный перечень контролируемых и управляемых параметров зависит от применяемого оборудования.
В качестве иллюстрации на рисунках 4.4 и 4.5 приведены окна параметров устройств ССС и их текущей диагностики.
Рисунок 4.4 - Окно параметров устройств ССС
Рисунок 4.5 - Окно диагностики оборудования
5. Технико-экономическая эффективность проекта
5.1 Определение трудоемкости выполненных работ
Технико-экономическое обоснование проекта информационной системы проводится с целью:
– доказать целесообразность инвестиционного проекта по внедрению информационной системы (подсистемы);
– рассчитать и дать оценку составляющим денежного потока для рассматриваемого срока службы информационной системы (подсистемы);
– сопоставить затраты на создание и функционирование информационной системы (подсистемы) с результатами, получаемыми от ее внедрения, оценить прибыль, определить сроки окупаемости затрат.
В процессе проектирования информационной системы проектировщик может разработать несколько вариантов технологических процессов, среди которых ему необходимо выбрать наилучший.
Основные требования, предъявляемые к выбираемому технологическому процессу:
– обеспечение пользователя своевременной и достоверной информацией;
– обеспечение высокой степени достоверности получаемой информации;
– обеспечение минимальности трудовых и стоимостных затрат, связанных с обработкой данных.
Трудоемкость разработки программного обеспечения в чел.-часах определяется по формуле:
(5.1)
где - затраты труда на описание задачи;
- затраты на исследование предметной области;
- затраты на разработку блок схемы;
- затраты на программирование;
- затраты на отладку программы;
- затраты на подготовку документации.
Определение затрат труда на описание задачи затруднено, так как этот труд связан с творческим характером работы. Допустим, что = 75 чел.-часов, работу выполняет инженер-программист с окладом 20000 руб. в месяц и коэффициентом квалификации (определяется в зависимости от стажа работы и составляет: для работающих до 2-х лет - 0,8; от 2-х до 3-х - 1,0; от 3-х до 5 - 1,1...1,2; от 5 до 7 - 1,3...1,4; свыше семи лет - 1,5...1,6) .
Затраты труда на исследование предметной области с учетом уточнения описания и квалификации программистов определяются по формуле (5.2).
, (5.2)
где D - общее число операторов, ед; - коэффициент увеличения затрат труда, вследствие недостаточного описания задачи (= 1,2...1,5); - количество операторов, приходящееся на 1 чел.-час (для данного вида работ = 75...85 ед./чел.-ч).
Большинство составляющих трудоемкости определяются через общее число операторов D
, (5.3)
где - число операторов, ед.; c - коэффициент сложности задачи, (с = 1,25 ... 2); p - коэффициент коррекции программы, учитывающий новизну проекта (для совершенно новой программы p = 0,1).
При разработке подсистемы автоматизации в соответствии с формулой (5.3), примем следующее условное число операторов программы:
ед.
Коэффициент () увеличения затрат труда, вследствие недостаточного описания задачи равен 1,4.
Примем количество операторов, приходящееся на 1 чел.-час равным 80.
В соответствии с формулой (5.2) затраты труда программистов на исследование предметной области чел.-часов.
Затраты труда программистов на разработку алгоритма решения задачи рассчитывается по формуле
(5.4)
Принимем = 25 ед./чел.-часов, тогда чел.-часов.
Затраты труда программистов на составление программы на ЭВМ по готовой блок-схеме находят по формуле:
(5.5)
Учитывая, что = 20 ед./чел.-часов, получим чел.-часов.
Затраты труда на отладку программы на компьютере
(5.6)
Подставив в данную формулу значения: = 7 ед./чел.-часов, получаем, чел.-часа. Подготовка документации включает в себя подготовку материалов в рукописи и последующие редактирование, печать и оформление документов. Затраты труда программистов на подготовку материалов в рукописи вычислим по формуле:
(5.7)
Подставив в формулу (5.7) значения = 12 ед./чел.-часов и = 1,0, получим, чел.-часов.
Затраты труда программистов на редактирование, печать и оформление документов рассчитываются по формуле:
(5.8)
Получим величину затрат труда на редактирование, печать и оформление документов равную чел.-часов. Окончательно подставив в формулу (5.1) все найденные значения, получим полные трудозатраты инженера-программиста . Полученное значение необходимо скорректировать с учетом уровня языка программирования
(5.9)
где - коэффициент уровня языка программирования (в нашем случае ).
Учитывая последнюю формулу получим значение общей трудоемкости разработки программного обеспечения равное 1500 чел.-часа.
5.2 Суммарные затраты на разработку
Суммарные затраты на разработку проекта состоят из единовременных расходов на всех этапах инновационного процесса: исследование, разработка, внедрение, эксплуатация. Определение этих затрат производится путем составления калькуляции плановой себестоимости. Плановая себестоимость включает все затраты, связанные с ее выполнением, независимо от источника их финансирования. Себестоимость единицы продукции состоит из следующих статей затрат:
- основная заработная плата;
- дополнительная заработная плата;
- отчисления на социальные нужды;
- затраты на электроэнергию;
- затраты на амортизацию и ремонт вычислительной техники;
- расходы на материалы и запасные части;
- накладные расходы.
Основная заработная плата включает заработную плату менеджера и инженера-программиста. Для ее расчета применяется следующая формула:
(5.10)
где - дневная тарифная ставка, T - время работы.
Для расчета основной заработной платы определим продолжительность работы исполнителей заказа на данную подсистему, поместив полученные данные в таблице 5.1.
Таблица 5.1 - Продолжительность работы исполнителей заказа
|
Наименование работ
|
Исполнитель
|
Продолжительность работ (дней)
|
|
|
Постановка задачи
|
Менеджер
|
5
|
|
|
Подготовительный этап
|
Менеджер
|
5
|
|
|
Разработка алгоритма и структуры подсистемы
|
Программист
|
20
|
|
|
Разработка требований к интерфейсу приложения
|
Менеджер
|
10
|
|
|
Написание программы
|
Программист
|
10
|
|
|
Отладка программы
|
Программист
|
30
|
|
|
Оформление документации
|
Программист
|
30
|
|
|
Тестирование программы
|
Менеджер
|
10
|
|
|
ИТОГО
|
Менеджер
|
30
|
|
|
Программист
|
90
|
|
|
Из таблицы 5.1 видно, что наиболее продолжительную работу по разработке подсистемы автоматизации выполняет программист. Основными этапами разработки являются разработка алгоритма и структуры, отладка программы, а так же оформление документации. Исходя из этого, рассчитаем основную заработную плату разработчиков.
Принимаем дневную тарифную ставку программиста рубля.
По формуле 5.10, найдем величину основной заработной платы программиста:
рубля.
Принимаем дневную тарифную ставку менеджера рубля.
Продолжительность работы над проектом менеджера составляет 30 рабочих дней, тогда его основная заработная плата за работу над проектом составит:
рублей.
Учитывая рассчитанные значения, рассчитаем основной фонд заработной () платы, воспользовавшись формулой:
рублей (5.11)
Дополнительная заработная плата () в виде различных премий составляет 50 % от . Тогда рублей.
К отчислениям на социальные нужды относятся отчисления на страховые отчисления , который составляет 34 % от основной и дополнительной заработной платы. Тогда
(5.12)
Для расчета суммы основной и дополнительной заработных плат воспользуемся формулой:
112500 рублей (5.13)
Используя формулу (5.13), найдем отчисления на страховые отчисления :
рублей
Затраты на оплату электроэнергии можно рассчитаем по формуле:
(5.14)
где - мощность ЭВМ, кВт; t - время работы вычислительного комплекса;
С - стоимость 1 кВт-ч электроэнергии, руб.
Затраты на оплату электроэнергии составят рублей.
Эксплуатационные затраты на использовании ЭВМ в процессе программирования рассчитываются согласно амортизационным отчислениям при учете основных средств:
(5.15)
где - первоначальная стоимость персонального компьютера;
А - амортизационные отчисления в % (обычно принимают 20 %);
m - количество месяцев использования.
Работа ЭВМ составляет 120 дней, что приблизительно составляет 4 месяца. За этот период амортизационные отчисления при первоначальной стоимости персонального компьютера 32000 руб. составят:
рублей.
Кроме амортизационных отчислений в эксплуатационные затраты входят затраты на оплату электроэнергии и следовательно, сумма эксплуатационных затрат составила: 2500 рублей. Расходы на материалы и запасные части включают стоимость всех видов сырья и материалов, расходуемых на разработку подсистемы (см. таблицу 5.2).
Таблица 5.2 - Расчет сырья и материалов
|
Наименование
|
Единица
измерения
|
Количество
|
Цена за единицу, руб.
|
Стоимость,
руб.
|
|
|
Диски
|
шт.
|
20
|
20
|
400,00
|
|
|
DVD-RW диск
|
шт.
|
15
|
25
|
375,00
|
|
|
Бумага
|
Пачка (500 листов)
|
2
|
150
|
300,00
|
|
|
Услуги доступа в Интернет (безлимитный доступ)
|
месяц
|
4
|
1050
|
4200,00
|
|
|
Картридж для принтера HP Laser Jet 1010
|
шт.
|
1
|
150
|
150,00
|
|
|
Итого
|
|
|
|
5050
|
|
|
Таким образом, общая сумма сырья и материалов, потребленных в процессе разработки, составила 5050 рублей.
Накладные расходы, включают в себя затраты на управление и производство. При исчислении себестоимости продукции они должны прибавляться к основным расходам. Накладные расходы составляют 20% от прямых затрат и рассчитываются по формуле:
(5.16)
В прямые затраты входят затраты, рассчитанные ранее, и составляют в нашем случае: = 194373 рублей. Воспользовавшись формулой (5.16), рассчитаем сумму накладных расходов:
рубля. (5.17)
Составим смету затрат на разработку подсистемы (таблица 5.3).
Таблица 5.3 - Смета затрат на разработку подсистемы
|
Статьи
|
Сумма руб
|
|
|
1 Сырье и материальные ресурсы
|
5050,00
|
|
|
2 Основная заработная плата
|
75000,00
|
|
|
3 Дополнительная заработная плата
|
37500,00
|
|
|
4 Затраты при использовании ПК
|
2500,00
|
|
|
5 Социальный нужды
|
38250,00
|
|
|
6 Накладные расходы
|
38900,00
|
|
|
ИТОГО
|
197200,00
|
|
|
Анализ таблицы позволяет сделать вывод, что основными затратами на создание подсистемы автоматизации являются затраты на заработную плату разработчиков, относительно незначительные затраты составляют накладные расходы.
5.3 Технико-экономический эффект от разработки подсистемы документооборота
Изменение трудоемкости работ по документообороту может быть оценено таким параметром, как коэффициент оперативности управления (принятия решений). Коэффициент оперативности К определяется по формуле:
, (5.18)
где - время принятия решения при традиционном подходе; - время принятия решения при использованием подсистемы автоматизации. Все данные для расчета технико-экономического эффекта представлены в таблице 5.4.
Таблица 5.4 - Данные для расчета разработки изменения трудоемкости
|
Наименование работы
|
Время обработки
|
|
|
ручной метод
|
с применением
подсистемы
автоматизации
|
|
|
Среднее время обработки информации
|
25 мин
|
2 мин.
|
|
|
Проверка достоверности полученных данных
|
10 мин
|
1 мин
|
|
|
Среднее время анализа
|
15 мин
|
2 мин
|
|
|
Среднее время принятия докладов
|
30 мин
|
5 мин
|
|
|
Время необходимое для подготовки и предоставления отчета
|
30 мин
|
10 мин
|
|
|
Итого
|
100 минут
|
20 минут.
|
|
|
Коэффициент оперативности управления К = 5.
На основе приведенных вычислений можно сделать вывод, что внедрение подсистемы автоматизации приводит к пятикратному повышению оперативности управления.
5.4 Оценка экономической эффективности внедрения программного продукта
Показатель экономической эффективности определяет все положительные результаты, достигаемые при использовании программного продукта. Прибыль от использования продукта за год определяется по формуле:
, (5.19)
где Э - приток денежных средств при использовании программного продукта, руб.
З - стоимостная оценка затрат при использовании программного продукта, руб.
Приток денежных средств в процессе использования программного продукта в течение года может составить:
, (5.20)
где: Зручн. - затраты на ручную обработку информации в руб.;
Завт. - затраты на автоматизированную обработку информации, руб.;
Эдоп. - дополнительный экономический эффект, связанный с уменьшением числа используемых бланков, высвобождением рабочего времени и т.д., руб.
, (5.21)
где: tp - время, затрачиваемое на обработку информации вручную, ч;
цч - цена одного часа работы оператора, руб.;
kd - 1…2 - коэффициент, учитывающий дополнительные затраты времени на логические операции.
(5.22)
где: ta - затраты времени на автоматизированную обработку информации, ч.
Основные экономические показатели проекта:
- чистый дисконтированный доход (ЧДД) от использования программного продукта;
- срок окупаемости (Ток) проекта.
Чистый дисконтированный доход от использования программного продукта определяют по формуле:
, (5.23)
где: п - расчетный период, год;
Пk - прибыль от использования программного продукта за k-й год его эксплуатации, руб.;
Е - норма дисконта;
К - капиталовложения при внедрении программного продукта.
Срок окупаемости проекта определяется по следующей формуле:
(5.24)
Где: N - максимальное количество лет, прошедших с начала эксплуатации программного продукта, в течение которых, величина дохода от его использования не превысила величины капиталовложения при внедрении программного продукта;
Эj - величины приведенных (дисконтированных) годовых эффектов за
j год, прошедший с начала эксплуатации программного продукта, вычисленные по формуле (5.23) при подстановке нормы дисконта Е = 20%.
Исходя из вышеприведенных расчетов, можно оценить эффективность внедрения программного продукта.
Данный продукт используется восемью работниками. Оклад специалиста - 15000 руб., премиальный фонд - 20% от оклада. Часовая тарифная ставка составит:
Годовые затраты восьми работников при ручной обработке информации (затраты на ручную обработку информации составляют 25 ч в месяц) составят:
Зручн = 25 х 8 х 12 х 98,9 = 237360 руб.
При автоматизированной обработке информации (затраты времени 5 ч в месяц):
Завт = 5 х 8 х 12 х 98,9 = 47472 руб.
Годовой эффект от внедрения программного продукта:
Э = Зручн - Завт = 237360 - 47472 = 189888 руб.
Эксплуатационные затраты при использовании программного продукта будут состоять из затрат на электроэнергию, техническое обслуживание и текущий ремонт вычислительной техники.
За 12 месяцев затраты на электроэнергию при потребляемой мощность компьютера Рв = 0,3кВт составят (стоимость электроэнергии цэ = 3,50 руб./кВт-ч):
Зэ = Pв x t x Цэ = 0,3 х 10 х 6 х 12 х 3,50 = 604,80 руб.
Затраты на техническое обслуживание и текущий ремонт:
,
Где - балансовая стоимость вычислительной техники;
- годовой фонд рабочего времени вычислительной техники, =2112;
= 4% - норма отчислений на ремонт;
- фонд рабочего времени при создании программного продукта;
= 1,15 x (Tп + Tотл + Tд) = 1,15 x (264 + 754 + 770) = 2056
Тогда получим:
З = Зэ + Зп = 604,80 + 1246 = 1850 руб
Оценка эффективности внедряемого программного продукта.
Прибыль равна : П = 189888- 1850 = 188038 руб.
Таким образом, денежный поток будет выглядеть так:
0 шаг (капиталовложения) - 197200 руб.;
1 шаг - 188038 руб.;
2 шаг - 188038 руб.;
3 шаг - 188038 руб.;
4 шаг - 188038 руб.;
Чистый дисконтированный доход за 4 года использования программного продукта (срок до морального старения данной разработки) при норме дисконта Е = 20% составит:
ЧДД =
ЧДД положителен, т.е. проект эффективен.
Рассчитаем срок окупаемости проекта.
Величины приведенных (дисконтированных) годовых эффектов по годам расчетного периода равны:
Срок окупаемости проекта составит:
Основные технико-экономические показатели проекта
|
Основные показатели
|
ед.измерения
|
сумма
|
|
|
Итоговая трудоемкость разработки
|
чел-ч
|
1500
|
|
|
Полные затраты на создание программного продукта
|
руб.
|
197200
|
|
|
Годовой эффект от внедрения программного продукта
|
руб.
|
189888
|
|
|
Чистый дисконтированный доход за 4 года использования программного продукта
|
руб.
|
292929
|
|
|
Срок окупаемости проекта
|
год
|
1,65
|
|
|
Выводы
На основании проведенного расчета экономической эффективности разработанной и внедряемой подсистемы можно сделать вывод, что итоговая трудоемкость разработки составит 1500 чел.-ч, годовой эффект от внедрения подсистемы - 189888 руб. Срок окупаемости данного проекта определен в 1,65 года.
Таким образом, разработка данного программного обеспечения является экономически целесообразной.
6. Безопасность и экологичность проекта
6.1 Общая характеристика опасных и вредных факторов на рабочем месте
На человека в процессе его трудовой деятельности могут воздействовать опасные и вредные производственные факторы.
При работе на компьютере в организации ООО 'Юг - Гипросвязь' пользователь подвергается следующим факторам:
1) Опасность возгорания
2) Воздействие шума.
3) Наличие электромагнитных полей.
4) Наличие рентгеновского, ультрафиолетового, инфракрасного излучения.
5) Наличие статического электричества;
6) Напряжение зрения и внимания;
7) Монотонность труда;
8) Возможность поражения электрическим током.
6.2 Общие мероприятия по обеспечению безопасности на рабочем месте
Данное рабочее место расположено в семиэтажном здании. Отдел расположен на третьем этаже здания. Длина рабочего помещения составляет 3.2 м, ширина - 2.5 м, высота - 2.5 м.
В отделе располагается одно рабочее место, площадь отдела 8.0 м2, объем - 20 м3 см. рисунке 5.1.
Рабочее помещение не граничит с помещениями, в которых уровни шума и вибрации превышают нормируемые значения.
Для внутренней отделки интерьера рабочего помещения с ВДТ и ПЭВМ, использованы диффузно-отражающие материалы с коэффициентом отражения для потолка - 70%-80%; для стен - 50%-60%; для пола - 30%-50%. Поверхность пола в помещении эксплуатации ВДТ и ПЭВМ ровная, без выбоин, нескользкая, удобная для очистки и влажной уборки, обладает антистатическими свойствами. Экран видеомонитора находится от глаз пользователя на оптимальном расстоянии 600-700 мм, но не ближе 500 мм с учетом размеров алфавитно-цифровых знаков и символов. Высота рабочей поверхности стола для пользователей регулируется в пределах 680-800 мм.
Размеры рабочей поверхности стола для ВДТ и ПЭВМ: ширина 1200 мм, глубина 1000 мм.
Конструкция стула обеспечивает:
1. Ширину и глубину поверхности сиденья не менее 400 мм;
2. Регулировку высоты поверхности сиденья в пределах 400-550 мм;
3. Высоту опорной поверхности спинки 300 ± 20 мм, ширину - не менее 380 мм;
Клавиатура располагается на специальной, регулируемой по высоте рабочей поверхности, отделенной от основной поверхности.
Работа оператора ЭВМ относится к легкой категории работ параметры микроклимата для которой приведены в таблице 6.1.
Таблица 6.1 - Оптимальные параметры микроклимата для помещений с ВДТ и ПЭВМ.
|
Период года
|
Категория работ
|
Температура воздуха, ° С не более
|
Относительная влажность воздуха, %
|
Скорость движения воздуха, м/с
|
|
|
Холодный
|
Легкая - 1а
|
22-24
|
40-60
|
0.1
|
|
|
Теплый
|
Легкая - 1а
|
23-25
|
40-60
|
0.1
|
|
|
Для поддержания оптимальных параметров микроклимата в помещении установлен кондиционер, автоматически регулирующий в помещении температуру и влажность воздуха. Вентиляция в помещении - естественного типа.
Источниками шума в рабочем помещении являются принтер, системный блок, ксерокс. Уровни звука более 50 дБА создаются матричными принтерами, поэтому рекомендуется использовать лазерные принтеры, такие как, HP LaserJet 1100, Xerox DocuPrint P8e/P8ex, Epson EPL-5700/EN/PS, Samsung ML1440 для печати форматов А4.
На предприятии ООО 'Юг-Гипросвязь' используются лазерные принтеры LaserJet 1100, Xerox DocuPrint P8e/P8ex. Уровень звука, создаваемый каждым лазерным принтером не превышает 40 дБА.
Основное неблагоприятное влияние на организм человека оказывает электромагнитное излучение. Электромагнитное излучение создается магнитными катушками отклоняющей системы, находящимися около цокольной части электронно-лучевой трубки монитора. Оно возникает в результате облучения экрана потоком заряженных частиц. Для снижения влияния электромагнитного излучения следует использовать защитные экраны, как например 'Платиновый щит', обеспечивающий максимальный уровень защиты от излучения. В настоящее время на предприятии используются жидкокристаллические мониторы, такие как, Hitachi CM500ET/CM640ET, Sony Multiscan 110ESTT, которые разработаны на основе жидких кристаллов и не обладают электромагнитным излучением.
Световой поток и отраженный свет оказывают неблагоприятное влияние на оператора. Световой поток падает на экран монитора и отражается от него, это может вызвать усталость глазной мышцы и повысится утомляемость глаз.
Характерной особенностью труда за компьютером является необходимость выполнения точных зрительных работ на светящемся экране в условиях перепада яркостей в поле зрения, наличии мельканий, неустойчивости и нечеткости изображения. Объекты зрительной работы находятся на разном расстоянии от глаз пользователя и приходится часто переводить взгляд в направлениях экран-клавиатура-документация (согласно хронометражным данным от 15 до 50 раз в минуту). Частая переадаптация глаза к различным яркостям и расстояниям является одним из главных негативных факторов при работе с дисплеями. Нередко на экранах наблюдается зеркальное отражение источников света и окружающих предметов. Все выше изложенное затрудняет работу и приводит к нарушениям основных функций зрительной системы.
Труд оператора ПЭВМ относится к формам труда с высоким нервно-эмоциональным напряжением. Это обусловлено необходимостью постоянного слежения за динамикой изображения, различения текста рукописных и печатных материалов, выполнением машинописных и графических работ. В процессе работы требуется постоянно поддерживать активное внимание.
В ЭВМ источником опасности является электрическая часть, а именно входные цепи блока питания, который может быть подключен к сети промышленного тока напряжением 220 В. Следовательно, устройство относится к установкам с рабочим напряжением до 1000 В.
Использовавшееся помещение с ЭВМ относится к классу помещений без повышенной опасности с точки зрения поражения электрическим током. В помещении непроводящие полы, отсутствует токопроводящая пыль, отсутствует химически активная среда, отсутствует возможность одновременного прикосновения к металлическим частям прибора и заземляющему устройству, отсутствует высокая температура и сырость.
Помещения, в которых установлены персональные ЭВМ, по пожарной опасности относятся к пожаробезопасной категории, и удовлетворяют требованиям по предотвращению и тушению пожара по ГОСТ 12.1.004-91.
Материалы, применяемые для ограждающих конструкций и отделки рабочих помещений огнестойкие. Для предотвращения возгорания в зоне расположения ЭВМ обычных горючих материалов (бумага) и электрооборудования, приняты следующие меры:
1. В помещении размещен углекислотный огнетушитель типа ОП-4г.
2. Для непрерывного контроля помещения установлены системы обнаружения пожаров, для этого используются комбинированные извещатели типа КИ-1.
3. На каждом этаже имеется план эвакуации.
4. Имеется в наличие телефонная связь и пожарная сигнализация.
Пользователи допускаются к работе на персональных ЭВМ только после прохождения инструктажа по безопасности труда и пожарной безопасности.
6.3 Расчет искусственного освещения в рабочем помещении
На предприятиях для освещения производственного помещения применяется общее равномерное освещение.
Наиболее распространенный метод расчета искусственного освещения - метод коэффициента использования светового потока.
Количество ламп в светильниках определяется по формуле:
(6.1)
Eн - минимальная освещенность, лк, принятая по СНиП 23-05-95; Ен=300лк;
K - коэффициент запаса освещенности ; К=1,5;
S - площадь освещаемого помещения; S=3,2*2,5=8 м2;
Z - коэффициент неравномерности освещения; Z=0,9;
Ф - световой поток лампы (лм);Ф=1350 лм;
n - коэффициент использования светового потока, равный отношению светового потока, падающего на расчетную поверхность к световому потоку, испускающему лампами. Коэффициент использования светового потока n= 55%, n=0,55.
Коэффициент использования светового потока зависит от типа светильника, индекса помещения, коэффициентов отражения потолка, стен и др. поверхностей.
Размеры рабочего помещения:
Длинна - 3,2 м
Ширина - 2,5 м
Высота потолков - 2,5 м
Высота рабочей поверхности - 0,75 м
Высота свеса светильников - 0,5 м
Индекс помещения определяют по формуле:
(6.2)
где H- высота помещения, м;
Hрп - высота рабочей поверхности, м;
Hc - высота свеса светильника, м.
Hp=H-Hрп-Hc= 2,5-0,75-0,5=1,25 м, (6.3)
Из справочных таблиц СНиП 23-05-95 выбираем лампу - это люминесцентная лампа типа ЛПО-36 с зеркализованными решетками . Из справочных таблиц СНиП 23-05-95 выбираем коэффициент использования светового потока:
Подставляя в формулу полученные значения, вычисляем количество ламп:
Количество ламп =
Используя светильники, в которые помещается две люминесцентные лампы, в помещении будут располагаться два светильника. План рабочего помещения отражен на рисунке 6.1.
Выводы
В данном разделе исследованы опасные и вредные факторы, воздействующие на пользователя при его работе на рабочем месте, а так же общие мероприятия по безопасности жизнедеятельности на объекте. Даны характеристики рабочего места оператора, параметры микроклимата в помещении для холодного и теплого периода: температура воздуха соответственно 24 Со, 25 Со, относительная влажность воздуха 60%, скорость движения воздуха 0,1 м/с, а так же характеристики уровня освещенности, дан расчет искусственного освещения, при этом рассчитано количество источников искусственного освещения в количестве 4.
Заключение
В мире объем информации, передаваемой через информационно-телекоммуникационную инфраструктуру, удваивается каждые 2-3 года. Появляются и успешно развиваются новые отрасли информационной индустрии, существенно возрастает информационная составляющая экономической активности субъектов рынка и влияние информационных технологий на научно-технический, интеллектуальный потенциал и здоровье наций.
Создание российской информационно-телекоммуникационной инфраструктуры следует рассматривать как важнейший фактор подъема национальной экономики, роста деловой и интеллектуальной активности общества, укрепления авторитета страны в международном сообществе.
Дипломный проект посвящен рассмотрению характеристик первичных электрических сигналов и соответствующих им каналов передачи, принципов организации двусторонних каналов и особенностей передачи электрических сигналов по таким каналам. Изложены основы построения систем передачи с частотным и временным разделением каналов.
Особое внимание уделено построению цифровых систем передачи с временным разделением каналов на основе импульсно-кодовой модуляции. Раскрыты принципы иерархического построения систем передачи. Рассмотрены вопросы построения цифровых волоконно-оптических систем передачи и систем радиосвязи: радиорелейных и спутниковых систем передачи, систем подвижной радиосвязи. Освещены основы построения телекоммуникационных сетей различного назначения и принципы их взаимодействия.
Список литературы
1. Аваков Р.А., Кооп М.Ф., Лившиц Б.С, Подвидз М.М. Городские координатные автоматические телефонные станции и подстанции. М.: Связь, 2007.
2. Афанасьев А.П. Раздельное обслуживание абонентских устройств на ГТС. М.: Связьиздат, 2008.
3. Бабицкий И.А. К расчету ступенчатого включения на АТС. М.: Связьиздат, 2006.
4. Бакланов И.Г. ISDN и FRAME RELAY: технология и практика измерений. М.: Эко-Трэндз, 2009.
5. Бекман Д. Стандарт SNMPV3//Сети и системы связи, 2008. -№12.
6. Берлин Б.З., Брискер А.С., Васильева Л.С. и др. Городская телефонная связь. Справочник. М.: Радио и связь, 2007.
7. Блэк Ю. Сети ЭВМ: протоколы, стандарты, интерфейсы. М.: Мир, 2005.
8. Боккер П. Цифровая сеть с интеграцией служб. Понятия, методы, системы: Пер. с нем. М.: Радио и связь, 2004.
9. Борман В.А. Измерения на городских телефонных сетях. М.: Связь-техиздат, 2007.
10. Булгак В.Б., Варакин Л.Е., Ивашкевич Ю.К., Москвитин В.Д., Осипов В.Г. Концепция развития связи Российской Федерации. М.: Радио и связь, 2005.
11. Голубев А.Н. Стратегия разработки комплекса АТСЦ-90// Вестник связи, 2006.-№9.
12. Голубцов И.Е., Сасонко С.М. Нормы затухания на местных телефонных сетях. М.: Связь, 2005.
