Курсовая работа: Проектирование первичной сети связи на железнодорожном участке

Курсовая работа: Проектирование первичной сети связи на железнодорожном участке

Введение

Основу телефонной связи относят к 1876 году, когда американец А.Г. Белл изобрел телефон и представил его в виде трубки, внутри которой помещался отрицательный стержневой магнит с обмоткой, и перед его полюсом размещалась тонкая железная пластинка – МЕМБРАНА. Для двухсторонней передачи надо было две таких трубки. Данная конструкция не обеспечивает передачу информации на большие расстояния.

В 1879 году русский инженер М.К. Махальский сконструировал угольный стержневой микрофон, который затем был продемонстрирован П.М. Голубицким. Основными элементами этого микрофона были: корпус, камера с угольным порошком, неподвижный электрод, подвижная мембрана.

Для работы микрофона к нему подключали батарею, за счет чего и происходило преобразование звука в электрический сигнал. Дальнейшее усовершенствование конструкции микрофона и схем телефонной связи обусловило создание схем местной и центральной батарей. А дальнейшее развитие телефонии и заинтересованность в этом правительства привели к созданию коммутационных установок, которые соединяли между собой абонентов.

Ученые связисты постоянно выдвигали идеи автоматизации процесса соединения на телефонных станциях. И первые такие станции появились 1895-1896 годах с применением щеточных искателей. Основная идея этого принадлежит англичанину А.Б. Строуджеру, который изобрел шаговый искатель, и в 1892 году в США появилась первая АТС шаговой системы, которая была построена на базе электромеханических коммутационных приборов.

Основными недостатками этих приборов являлись:

1)  Сложность конструкции искателей и их низкая надежность.

2)  Большие эксплуатационные расходы, связанные с постоянным дежурством обслуживающего персонала.

3)  Низкая скорость установления соединений

4)  Высокие помехи вследствие искрения контактов при работе искателей.

Второе поколение АТС – это координатные АТС - АТСК. В них стали применять более надежные, быстродействующие коммутационные приборы МКС (многократные координатные соединители), что позволило реализовать принцип централизации управления процессов коммутации на базе не индивидуальных, а групповых устройств, что позволило создать наиболее экономичные и надежные АТС, сократить эксплуатационные расходы и осуществить постепенный переход на электронные АТС, так как электроника к этому времени получает бурное развитие, и появляются быстродействующие электромагнитные приборы – ГЕРКОНЫ, ФЕРРИДЫ и т.д.

В то же время получило развитие ЭВМ (электро-вычислительные машины), что в свою очередь позволило осуществлять программное управление процессами коммутации, и то есть появились АТС третьего поколения – Электронные АТС.

Квазиэлектронные АТС – АТСКЭ, явились четвертым поколением АТС. Это были АТС, которые в основе коммутации использовали микроэлектронику и контактные приборы герконы. В результате чего повысилась надежность АТС, уменьшились габариты, сократились эксплуатационные расходы и появились дополнительные виды обслуживания - ДВО.

Пятым поколением АТС явились цифровые АТС – АТСЦ. В них все коммутационные приборы выполнены на основе электронных приборов, но прорывом коммутационной техники с появлением этих АТС является то, что появились новые методы коммутации каналов. До этого был только пространственный метод коммутации каналов, а теперь появились методы:

-  частотной коммутации

-  Временной коммутации

-  Пространственно-временной коммутации.

И, следовательно, постепенно был осуществлен переход на, так называемые, цифровые АТС.

АТСЦ позволили существенно изменить не только коммутационное поле, но и управляющее оборудование станций. Вместо сложных ЭВМ появились более простые микропроцессоры, за счет которых получает распространение не централизованное, а децентрализованное программное управление. И важным преимуществом АТСЦ является то, что они позволили выполнять многие функции коммутации, как, например:

- уплотнение (выделять Е0, Е1),

- функции диспетчерского управления (проводить конференцсвязи),

- а так же значительно сократились габариты, появилась возможность наращивать емкость при незначительном увеличении габаритов.

 И, в принципе, почти отсутствуют эксплуатационные расходы, так как они надежны в работе и не требуют постоянного контроля за их работой. А за счет передачи информации в цифровом виде увеличивается качество передачи информации.

Стало возможным преобразование цифрового сигнала в оптический, и передача этого сигнала по волоконно-оптическому кабелю, который преобладает рядом преимуществ перед медно-жильным кабелем.

1.  Структурная схема местной телефонной сети на железнодорожном транспорте

В настоящее время на ведомственных телефонных сетях МПС широко внедряются цифровые АТС как отечественного, так и зарубежного производства. Цифровые АТС имеют варьируемую в широких пределах легко наращиваемую емкость, от малых АТС, до 50 номеров, до крупных АТС и УАК, емкостью, свыше 2000 номеров. Современные цифровые АТС имеют сегодня возможность реализации функций ISDN, которые в будущем должны найти свое применение на железнодорожном транспорте. Кроме того цифровые АТС отличаются высокой надежностью и меньшими эксплуатационными затратами по сравнению с аналоговыми АТС предыдущих поколений.

1.1 Особенности организации телефонной связи на железнодорожном транспорте

Телефонные станции местной телефонной сети ж. д. транспорта (ЖАТС) должны обеспечивать абонентов данного административного пункта железной дороги следующими видами связи:

• внутреннюю автоматическую телефонную связь между абонентами ЖАТС;

• автоматическую связь абонентов ЖАТС по специальным линиям со спецслужбами железной дороги;

• автоматическую связь абонентов ЖАТС по соединительным линиям с местными телефонными сетями общего пользования (ГТС или СТС Министерства связи);

• связь абонентов ЖАТС с ведомственной сетью МПС дальней автоматической телефонной связи.

Обычно в административном центре железной дороги стремятся создавать одну ЖАТС, куда включают абонентов разных администраций. Размещаются ЖАТС в общем доме связи вместе с другими объектами железнодорожной связи, в состав которых может входить оборудование ДАТС, телеграф, линейно-аппаратный зал.

При автоматизации сетей телефонной связи железнодорожного транспорта применяется единая нумерация (ЕН) абонентских и соединительных линий. На железнодорожных станциях абонентам присваиваются четырехзначные номера, причем первый знак номера определяет принадлежность абонента административному центру: для абонентов УД-4, для абонентов ОД-3, для абонентов ж.д. станций - 2.

Определенным группам руководящих и оперативных работников, часто вызываемых по сети дальней связи, присваиваются номера, закрепленные за должностями этих работников. В списке ЕН для работников управления дороги отводится 300 номеров: 4400 - 4449, 4500 - 4549, 4600 - 4649, 4700 - 4749, 4900 - 4949. Для работников отделения отводится 100 номеров: 3100 - 3149, 3300 - 3349. Для работников железнодорожных станций - 80 номеров: 2200 - 2279. Если по штатному расписанию данная должность не предусматривается, в подразделениях МПС, то соответствующий номер не занимают. Для ЖАТС емкостью более 3000 номеров в качестве первого знака четырехзначного абонентского номера можно использовать 5 и 6.

Связь с городской телефонной сетью (ГТС) осуществляется по соединительным линиям, которым присваивается индекс 9. Выход на спецслужбы данного подразделения железной дороги осуществляется по специальным линиям, имеющим одинаковый номер ЕН для всех подразделений МПС. Соединительным линиям к столу справок ЖАТС и столу заказов междугородной телефонной станции присваивают трехзначные номера 131 и 121 соответственно. Остальным спецлиниям присваивается четырехзначная нумерация в зависимости от назначения ЖАТС: бюро ремонта ЖАТС - 4531, 3151, 2151, скорая медицинская помощь - 445-3, 3353, 2283, пожарная охрана -4455, 3355, 2285.Для выхода на сеть дальней автоматической связи ДАТС используется индекс 0. Всем станциям, включенным в сеть ДАТС, присваиваются трехзначные коды. Линии постанционной связи включаются в междугородный коммутатор.

1.2 Схема местной телефонной сети железнодорожного узла

Схема местной телефонной сети отражает взаимосвязь всех ЖАТС, расположенных на территории железнодорожного узла, а также связь проектируемой ЖАТС 1 с общегосударственной сетью, сетью дальней связи ДАТС-МПС и спецслужбами железнодорожного узла (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Схема местной телефонной сети железнодорожного узла

В соответствии с заданием на территории железнодорожного узла расположена ЖАТС 2 при железнодорожной станции и проектируемая (реконструируемая на базе цифрового оборудования) ЖАТС 1 при администрации ОД или УД. Обе ЖАТС связаны односторонними СЛ, образуя сеть абонентов с общей, закрытой нумерацией всех тысячных групп и выходом по исходящим соединительным линиям к ЖАТС 1 или ЖАТС2 в соответствии со знаком тысячи. Для выхода на междугородную ведомственную сеть ДАТС МПС проектируемая ЖАТС 1 подключается к узлу автоматической коммутации УАК по односторонним исходящими и входящим СЛ. Абоненты ЖАТС, не имеющие права на автоматическую междугородную связь МПС, осуществляют междугородное соединение с помощью телефонистки междугородного коммутатора (МК), предварительно заказав междугородный разговор через стол заказов по коду «О». Связь с общегосударственной сетью страны осуществляется через опорную районную АТС (РАТС) городской сети, которая, кроме связи с абонентами ГТС, обеспечивает выход абонентов ЖАТС на автоматическую междугородную телефонную сеть страны (АМТС) и спецслужбы ГТС (узел спецслужб - УСС). Местное соединение РАТС и ЖАТС обеспечивается по односторонним СЛ, причем для обеспечения высокого качества междугородней связи предусмотрен выделенный пучок междугородных линий СЛМ от опорной станции ГТС к проектируемой ЖАТС. При значительном тяготении абонентов проектируемой ЖАТС к учреждениям и предприятием, расположенным на территории данного населенного пункта, организуется прямая связь с УАТС, соответствующих учреждений по соединительным линиям с использованием индекса выхода 7 или 8.

Внедрение цифровых ЖАТС в настоящее время происходит в условиях работы окружающих аналоговых АТС электромеханической или квазиэлектронной системы по аналоговым соединительным трактам. Поэтому проектируемая АТСЦ должна обеспечить включение физических СЛ, как правило на направлениях к АТС 1-Ш поколений с малым тяготением. Направления с большим телефонным тяготением организуются по цифровым ИКМ-трактам с установкой оконечного оборудования аналого-цифрового преобразования (АЦО) на встречных аналоговых АТС, например при связи с РАТС городской телефонной сети. Целью курсового проекта является разработка схемы связи железнодорожного узла с указанием типов встречных станций, используемых трактов, системы кодирования направления и нумерации ТА, что отображается в таблице 1.1.

В следующих разделах разрабатываются структурные схемы связи со встречными АТС в соответствии с заданием, рассчитывается телефонная нагрузка и объем оборудования проектируемой ЖАТС 1. Структурные схемы встречных АТС разных систем приведены на схеме, на листе 2.

2. Цифровые коммутационные станции

2.1 Принципы цифровой коммутации. Основной состав оборудования цифровых коммутационных станций

В коммутационном поле цифровой АТС осуществляются соединения между цифровыми основными каналами (каналы ЕО ИЛИ ОЦК), образованными в первичных цифровых каналах (каналы ПЦК или Е1), включенных в станцию.

Станция включает в себя: цифровое коммутационное поле (ЦКП), мультиплексоры /демультиплексоры (MUX), аналого-цифровые преобразователи (АЦП), абонентские комплекты (АК), комплект соединительных линий (КСЛ), периферийные управляющие устройства (ПУУ), блок тональных сигналов (БТС), интерфейсы базового доступа сети ISDN (BRI), интерфейс канала Е1 (PRI), центральный блок синхронизации (ЦБС), центральное управляющее устройство станции (ЦУУ) и внешние устройства (УВ).

В ЦКП включаются внутристанционные каналы Е1. Внутри ЦКП производятся соединения между каналами ЕО в соответствии I с требованиями абонентов на установление соединений. Поскольку каналы ЕО находятся в разных временных позициях, построение ЦКП основывается на оперативной памяти, хранящей содержимое канальных интервалов входящих потоков 2048 кбит/с.

телефонная связь коммутация железнодорожный

В один АК включается аналоговая абонентская линия. АК выполняет следующие функции: прием от телефонного аппарата сигналов вызова станции, импульсов набора номера постоянным током (декадный способ набора), отбоя; посылка в АЛ сигнала вызова; питание ТА постоянным током. Посредством АЦП производится преобразование речевых и других аналоговых сигналов в сигналы импульсно-кодовой модуляции (ИКМ) и наоборот. При передаче речи от каждого АЦП к MUX передается цифровой поток со скоростью 64 кбит/с, который в ЦКП объединяется с такими же потоками от других АЦП. Для управления абонентскими комплектами используется периферийное управляющее устройство ПУУДК.

Комплекты КСЛ обеспечивают взаимодействие со встречными АТС по аналоговым СЛ (СЛА). Каждому КСЛ соответствует один АЦП. Для объединения и разделения цифровых потоков со скоростью 64 кбит/с также используется MUX. Комплекты КСЛ могут быть разных типов, что зависит от способа организации СЛ и типа межстанционной сигнализации. Комплекты КСЛ необходимы при использовании выделенных сигнальных каналов, организованных по аналоговым системам передачи. Для управления комплектами КСЛ используется периферийное управляющее устройство ПУУКСЛ.

Блок БТС предназначен для приема и передачи тональных сигналов различного назначения.

Интерфейс PRI позволяет включить один канал Е1, обеспечивающий организацию до 30 цифровых СЛ (ЦСЛ). Интерфейс PRI содержит следующие функциональные устройства:

1. Внешнее устройство (ВУ), обеспечивающее согласование на физическом уровне с линейным трактом в соответствии со стандартом G.703. Оно имеет также гальваническую развязку с линейными цепями и устройства защиты от повышенных напряжений.

2. Формирователь циклов (ФЦ), служащий: в направлении передачи - формирование циклов длительностью 125 мкс и последовательности канальных интервалов КИ0...КИ31 внутри каждого цикла; при приеме - выделение из входящего потока канальных интервалов и контроль над цикловой последовательностью. ФЦ позволяет вставлять и выводить информацию из канала сигнализации, для чего обычно предназначен КИ16. В ФЦ также можно выделять КИО, содержащий синхросигналы.

3. Буферная память (БП), необходимая для хранения содержимого канальных интервалов трактов приема и передачи канала Е1 с целью обеспечения синхронизации цифровых потоков внутри станции и в линейном тракте.

4. Мультиплексор (MX) и демультиплексор (DX), служащие для введения и выделения канального интервала сигнализации (например, КИ16) из потока 2048 кбит/с.

5. Периферийное управляющее устройство ПУУрк1, обеспечивающее: прием и передачу сигнальной информации по одному из каналов ЕО (например, КИ-16); обмен сигнальной информацией с ЦУУ. В ПУУрк1 может также происходить преобразование межстанционной и внутристанционной (между ПУУPR1 и ЦУУ) систем сигнализации. ПУУ PR1 может работать с одной из систем сигнализации по выделенным или по общему каналам сигнализации.

6. Устройство синхронизации (УС), обеспечивающее выделение и введение синхросигналов во входящий поток. В случае внешней (принудительной) синхронизации данной станции со стороны встречной АТСЦ от УС к ЦБС передаются тактовые синхросигналы. Передача синхросигналов от ЦБС к УС происходит при любом режиме синхронизации.

Интерфейс BRI служит для включения в станцию цифровых абонентских линий со стандартными точками SQ ИЛИ UQ В соответствии со стандартами сети ISDN. В состав интерфейса входят аналогичные по сравнению с PRI функциональные устройства/.

Центральное сигнальное устройство служит для обмена управляющей информацией между ЦУУ и всеми ПУУ с использованием внутристанционных сигнальных каналов ЕО, входящих в каналы Е1. Как показано на рисунке, для таких каналов ЕО могут использоваться КИО и КИ16. Управляющая информация передается в обе стороны через ЦКП. При этом внутристанционные сигнальные каналы ЕО со стороны устройств ПУУ скоммутированы через ЦКП по постоянной схеме с соответствующими каналами ЕО, входящими в каналы Е1, включенные в ЦСУ. С помощью буферов приема (БПР) и передачи (БПД) происходит накопление управляющей информации.

Блок ЦБС вырабатывает станционные синхросигналы, поступающие к различным устройствам станции. Этот блок включает в себя задающий генератор тактовых импульсов, служащий для формирования цифровых потоков внутри станции. Блок ЦБС может работать в автономном или принудительном режиме.

К внешним устройствам, связанным с ЦУУ, относятся: автоматизированное рабочее место оператора по техническому обслуживанию (АРМто); накопитель на соответствующем носителе; система тарификации вызовов и другие. АРМто обеспечивает контроль и управление работой станции и создается на базе персонального компьютера.

В ряде учрежденческих АТС связь между устройствами ПУУ и ЦУУ осуществляется по выделенным двусторонним внутристанционным каналам передачи данных, а не через ЦКП. В этом случае, обычно, обмен данными происходит по протоколу HDLC в режиме «ведущий-ведомый» (master-slave).

В цифровые абонентские линии включаются цифровые телефонные аппараты, принципиально отличающиеся от аналоговых аппаратов, рассмотренных в разделе 2.

На рис. 6.2 Приведена функциональная схема цифрового телефонного аппарата, позволяющего по одному каналу. В передавать речевую информацию, а по второму - обмениваться данными.

Аппарат включается в четырехпроводную абонентскую линию с интерфейсом S0 через выводы R (прием) и Т (передача). Приборы телефонного аппарата гальванически разделены с линией трансформаторами TV1 и TV2. Мультиплексор MX служит для обработки цифровых потоков. В режиме приема мультиплексор выделяет из общего потока со скоростью 192 кбит/с два потока по 64 кбит/с (два канала В) и один поток 16 кбит/с (канал D).

Формирование цифровых потоков происходит с участием генератора импульсов ГИ, синхронизируемого со стороны коммутационной станции. К приборам разговорного тракта (ПРТ) относятся: кодек, являющийся одновременно аналого-цифровым и цифро-аналоговым преобразователем; усилители и фильтр низкой частоты; кнопка SB1 для подключения громкоговорителя ВА1, используемого при приеме речи по желанию абонента. Аппарат имеет микротелефон МТ, в котором обычно используют электродинамические микрофон и телефон.

Прием вызова со стороны станции осуществляется на громкоговоритель ВА2. Формирование тонального вызывного сигнала происходит в генераторе вызова ГВ.

Для обмена информацией с коммутационной станцией по каналу D цифровой телефонный аппарат имеет устройство сигнализации УС. В УС из цифрового потока со стороны станции выделяются: сигнал вызова абонента; данные о номере вызывающего абонента; сигнал отбоя от другого абонента и другие данные. В УС для передачи в сторону станции формируются сигналы вызова станции, отбоя от абонента и данные о номерах вызываемого и вызывающего абонентов, а также данные по предоставлению дополнительных услуг.

Цифровой телефонный аппарат имеет микропроцессорный набор, состоящий из микропроцессора (МП), постоянного (ПЗУ) и оперативного (ОЗУ) запоминающих устройств. Обмен информацией внутри микропроцессорного набора, а также с другими устройствами цифрового телефонного аппарата, происходит через общую шину (ОШ). В ПЗУ хранятся программы работы цифрового телефонного аппарата, а в ОЗУ - оперативные данные.

Микропроцессор управляет работой телефонного аппарата. К нему от кнопочного номеронабирателя (ННК) поступает информация о цифрах номера вызываемого абонента и коды дополнительных услуг. Положение кнопки SB2, зависящее от положения микротелефонной трубки, позволяет микропроцессору обнаружить вызов или отбой от данного абонента (кнопка рычажного переключателя). Микропроцессор МП взаимодействует с УС, получая от него информацию со стороны станции и посылая через него информацию на станцию. При поступлении со станции вызова микропроцессор воздействует на ГВ и дисплей Д.

Во время набора номера на дисплей выводятся набираемые цифры. В свободном состоянии дисплей обычно показывает текущее время. На дисплей можно вывести различную информацию, хранящуюся в ОЗУ. Дисплей обычно имеет одну-две строки, в каждой из которых может выводиться до 20...40 буквенно-цифровых символов. Наиболее часто в дисплеях применяются жидкокристаллические индикаторы.

В большинстве случаев цифровые ТА рассчитаны на получение электропитания от источника постоянного тока коммутационной станции. Для этого в аппарате устанавливается блок питания, подключаемый к абонентской линии в средние точки линейных трансформаторов TV1 и TV2. На станционной стороне к абонентской линии по аналогичной схеме подключается источник постоянного тока (центральная батарея). Блок питания вырабатывает напряжения, необходимые для работы всех узлов аппарата. В многофункциональных цифровых аппаратах обычно предусматривается автономное питание от местной сети переменного тока, что обусловлено потреблением аппаратом довольно большой мощности.

Для передачи данных по каналу В, в состав аппарата входит микроконтроллер МК, служащий для приема и передачи данных по этому каналу в соответствии с выбранным протоколом обмена приемопередающий интерфейс (R/E) со стыком RS232C. Обычно к такому стыку подключают персональный компьютер (ПК), являющийся терминалом сети передачи данных.

Важно заметить, что устройство УС обеспечивает установление соединений как на телефонной сети, так и на сети передачи данных.

2.2 Способы построения цифрового коммутационного поля

В основу построения цифрового коммутационного поля заложена ступень временной коммутации (СВК), обозначаемая буквой Т (Time - время). Кроме СВК, цифровое КП может включать в себя ступень пространственной коммутации (СПК), для которой принято обозначение S (Space - пространство). Структура цифрового КП зависит от требуемой емкости АТС. В учрежденческих АТС чаще используется структура типа Т или T-S-T, в станциях большой емкости - типа T-S-S-T, T-S-S-S-T. Возможны другие структуры, из которых следует выделить кольцевую структуру.

Структура типа Т представляет собой одну ступень временной коммутаций, включающей такие обязательные узлы, как речевое запоминающее устройство (РЗУ) и управляющую память (УП). В РЗУ хранится закодированная речевая информация, а в УП - информация о соединениях между канальными интервалами трактов приема.

На рис. 6.3 представлена функциональная схема цифрового КП (ЦКП), обеспечивающего соединения между канальными интервалами М цифровых первичных трактов приема. Коммутационное поле включает в себя: РЗУ, имеющее N ячеек памяти; УП с таким же количеством ячеек памяти; мультиплексор (MX), имеющий М входов и один выход; демультиплексор (DX), имеющий один вход и М выходов; регистры приема (Рг) и передачи (Ре) сигналов. Количество ячеек речевого ЗУ соответствует общему количеству канальных интервалов М цифровых трактов: N= Мх31 (счет ячеек идет от нуля). Емкость ячейки РЗУ соответствует длине содержимого одного КИ, равной одному байту.

Управляющая память получает от управляющего устройства станции и хранит данные о соединениях между канальными интервалами цифровых трактов приема и передачи. Управляющая память управляет чтением информации из РЗУ. Мультиплексор MX объединяет цифровые входящие потоки от регистров Рг и передает объединенный поток на вход записи РЗУ. Демультиплексор DX принимает с выхода РЗУ объединенный поток и разделяет его на М исходящих потоков, передаваемых на регистры Ре. MX и DX производят операции с однобайтными словами в параллельном коде.

Регистры Рг производят преобразование сигналов, поступающих по цифровым трактам, из последовательного кода в параллельный. Регистры Ре производят обратное преобразование. В каждый регистр записывается один байт данных.

Страницы: 1, 2, 3, 4