Способы построения сетей связи

Содержание

Раздел 1. Виды и построение сетей связи

1.1. Способы построения сетей связи. 2

1.2. Структурно-топологическое построение сетей связи. 5

1.3. Эталонная модель взаимодействия открытых систем. 11

 

Раздел 2. Основы построения телекоммуникационных систем.

2.1. Методы коммутации. 16

2.2. Элементы теории телетрафика. 17

2.3. Модель коммутационного узла цифровой системы коммутации. 21

2.4. Маршрутизаторы в сетевых технологиях. 23

2.5. Системы сигнализации. 26

 

Раздел 3. Основы построения цифровых систем передачи.

3.1. Принцип временного разделения каналов. 28

3.2. Дискретизация сигнала по времени. 30

3.3. Виды АИМ модуляции. 31

3.4. Дифференциальная импульсно-кодовая модуляция. 35

3.5. Дельта-модуляция. 36

3.6. Принцип действия схемы ЦСП с ВРК. 36

3.7. Кодирующие устройства ЦСП. 38

3.8. Декодирующие устройства ЦСП. 42

3.9. Принцип построения генераторного оборудования. 43

3.10. Структура временного цикла ЦСП. 45

3.11. Цикловая синхронизация. 47

3.12. Формирование линейных цифровых сигналов. 49

3.13. Регенерация формы цифрового сигнала. 55

3.14. Ввод дискретной информации в групповой поток. 58

3.15. Принцип организации каналов передачи СУВ. 60

Раздел 1. Виды и построение сетей связи

СПОСОБЫ ПОСТРОЕНИЯ СЕТЕЙ СВЯЗИ

Для построения сети связи используются средства передачи и коммутации, которые в совокупности обеспечивают транспортировку информации от одного… Пусть сеть предназначена для обслуживания лишь двух пользователей. Тогда… При появлении в сети третьего пользователя (рис. 1.2) возникает вопрос - кто, когда и с кем потребует установления…

СТРУКТУРНО-ТОПОЛОГИЧЕСКОЕ

ПОСТРОЕНИЕ СЕТЕЙ СВЯЗИ

Необходимо отметить, что под структурой в общем случае понимается модель, необходимая для описания процессов или объектов путем выделения в них… Структура сети служит для отображения потенциальных возможностей сети по… Многочисленность факторов, определяющих специфику построения различных сетей связи, ведет к многообразию их…

Эталонная модель

Взаимодействия открытых систем.

Связь представляет собой совокупность сетей и служб связи. Служба электросвязи - это комплекс средств, обеспечивающий представление пользователям… В качестве эталонной модели в 1993 году утверждена семиуровневая модель…

Иерарахическая связь.

Каждая из семи областей проблемы решалась с помощью одного из уровней модели. Большинство устройств сети реализует все семь уровней. Однако в режиме… Справочная модель OSI описывает, каким образом информация проделывает путь… В качестве примера связи типа OSI предположим, что Система А на Рис. 1-12 имеет информацию для отправки в Систему В.…

Уровни OSI.

. Каждый уровень имеет заранее заданный набор функций, которые он должен выполнить для того, чтобы связь могла состояться.

Прикладной уровень

Прикладной уровень - это самый близкий к пользователю уровень OSI. Он отличается от других уровней тем, что не обеспечивает услуг ни одному из других уровней OSI; однако он обеспечивает ими прикладные процессы, лежащие за пределами масштаба модели OSI. Примерами таких прикладных процессов могут служить программы обработки крупномасштабных таблиц, программы обработки слов, программы банковских терминалов и т.д.

Прикладной уровень идентифицирует и устанавливает наличие предполагаемых партнеров для связи, синхронизирует совместно работающие прикладные программы, а также устанавливает соглашение по процедурам устранения ошибок и управления целостностью информации. Прикладной уровень также определяет, имеется ли в наличии достаточно ресурсов для предполагаемой связи.

Прикладной уровень эталонной модели ВОС определяет смысловое содержание информации, которой обмениваются открытые системы в процессе совместного решения заранее известной задачи.

 

Представительный уровень

Представительный уровень отвечает за то, чтобы информация, посылаемая из прикладного уровня одной системы, была читаемой для прикладного уровня другой системы. Он определяет процедуру представления передаваемой информации в нужную сетевую форму (преобразование символов двоичному коду ASCII). В сети, объединяющей разнотипные компьютеры, информация, передаваемая по сети, должна иметь определенную единую форму представления.

 

Сеансовый уровень

Пятый уровень называется уровнем сессий. Он предназначен для организации, синхронизации диалога сеанса связи.   4-Транспортный уровень .

Сетевой уровень

Сетевой уровень - это комплексный уровень, который обеспечивает возможность соединения и выбор маршрута между двумя конечными системами, подключенными к разным "подсетям", которые могут находиться в разных географических пунктах. В данном случае "подсеть" - это по сути независимый сетевой кабель (иногда называемый сегментом).

Т.к. две конечные системы, желающие организовать связь, может разделять значительное географическое расстояние и множество подсетей, сетевой уровень является доменом маршрутизации. Протоколы маршрутизации выбирают оптимальные маршруты через последовательность соединенных между собой подсетей. Традиционные протоколы сетевого уровня передают информацию вдоль этих маршрутов.

Канальный уровень

Канальный уровень обеспечивает надежный транзит данных через физический канал. Выполняя эту задачу, канальный уровень решает вопросы физической адресации (в противоположность сетевой или логической адресации), топологии сети, линейной дисциплины (каким образом конечной системе использовать сетевой канал), уведомления о неисправностях, упорядоченной доставки блоков данных и управления потоком информации. Канальный уровень обеспечивает обнаружение и исправление ошибок (формирует повторный запрос повреждённого кадра).

Физический уровень

Физический уровень определяет электротехнические, механические, процедурные и функциональные характеристики активации, поддержания и дезактивации физического канала между конечными системами. Спецификации физического уровня определяют такие характеристики, как уровни напряжений, синхронизацию изменения напряжений, скорость передачи физической информации, максимальные расстояния передачи информации, физические соединители и другие аналогичные характеристики.

 

Раздел 2. Основы построения телекоммуникационных систем.

Методы коммутации.

Виды коммутации: 1. Коммутация каналов (circuit (line) switching) - это способ организации… Недостатки метода КК:

Элементы теории телетрафика.

Количественная сторона процессов массового обслуживания является предметом раздела прикладной математики, которую советский математик А. Я. Хинчин… В теории массового обслуживания все рассматриваемые объекты объединяются под… В настоящее время методы теории массового обслуживания используются для решения самого широкого круга задач. от…

Математические модели систем распределения информации

Дисциплина обслуживания характеризует взаимодействие потока вызовов с системой распределения информации. В теории телетрафика дисциплина… способами обслуживания вызовов (с потерями, с ожиданием, комбинированное… порядком обслуживания вызовов (в порядке очередности, в случайном порядке, обслуживание пакетами и др.);

Основные задачи теории телетрафика

Поэтому наиболее значительные результаты на сегодняшний день получены при решении задач анализа. Развитие координатной и особенно квазиэлектронной и электронной коммутационной… Близкими к задачам анализа и синтеза являются задачи оптимизации. Эти задачи при проектировании систем распределения…

Основные понятия и определения

Последовательность сообщений [занятий] создает нагрузку на системы передачи и коммутации. Она определяется потоком вызовов и длительностью занятий.

Вызов - требование источника на установление соединения или передачу сообщения.

Поток вызовов -последовательность моментов поступления вызовов.

Длительность занятия -среднее время, в течение которого занят обслуживающий прибор при одном занятии

 

 

 

Последовательность занятий:

В общем случае потоки вызовов являются случайными процессами. Точное математическое описание потоков невозможно, поэтому используются их модели. Свойства моделей упрощают описание потоков

Свойства моделей потоков:
- Стационарность - независимость вероятностных характеристик от времени
- Отсутствие последействия - независимость от предыдущего состояния
- Ординарность - появление одновременно только одного вызова

Наиболее распространена модель в виде простейшего потока вызовов.

Простейший поток- стационарный ординарный поток без последействия.

Распределение числа вызовов во времени для простейшего потока характеризуется законом Пуассона, а распределение длительности промежутков между вызовами подчинено экспоненциальному закону

Одной из важнейших числовых характеристик простейшего потока является параметр потока или его интенсивность

Важно, что при объединении простейших потоков получается также простейший поток вызовов с параметром, равным сумме параметров исходных потоков. При разделении потоков - аналогично.

В большинстве случаев поток вызовов в часы наибольшей нагрузки (ЧНН) от группы источников численностью > 100 удовлетворительно описывается простейшим потоком.

В том случае, если число источников меньше 100, используют модель примитивного потока.

Примитивный поток - ординарный поток, параметр которого прямо пропорционален числу свободных источников.

Телефонная нагрузка - общая длительность занятия обслуживающих приборов в течение некоторого промежутка времени.

Единица измерения нагрузки 1 часо-занятие

Интенсивность телефонной нагрузки - величина нагрузки в единицу времени. Измеряется в Эрлангах

1 Эрл = 1 часо-эанятие / час

Интенсивность телефонной нагрузки имеет сильные колебания, в том числе и в течение дня.

Час наибольшей нагрузки [ЧНН] - период суток, в течение которого нагрузка имеет наибольшее значение

Коэффициент концентрации нагрузки: Кк = Yчнн / Y сут
Кк = 0,1 для Москвы
Кк = 0,11 для Санкт- Петербурга
Кк = 0,14 для областных центров
Кк = 0,19 для районных центров

Распределение нагрузки , поступающей от одного источника на несколько потребителей описывается коэффициентом распределения нагрузки

Потери - часть поступающей нагрузки, которая не обслуживается из-за занятости обслуживающих приборов.

Различают виды коммутационных систем:
- коммутационные системы без потерь
- коммутационные системы с потерями
- коммутационные системы с ожиданием

Потери измеряются в процентах или в промилле [0,1 %] и рассчитываются как отношение потерянной нагрузки R к поступающей Z.

Нормативы:
На ГТС между двумя ТА на одной ГТС р<= 0,03
На ЗТС между двумя ТА разных местных сетей одной зоны <= 0,03 - 0,13
На МТС между двумя ТА разных зон семизначной нумерации <= 0,1

Модель коммутационного узла цифровой системы коммутации.

Коммутационное поле - совокупность коммутационных приборов , с помощью которых обеспечивается соединение включённых в станцию абонентских и… Управляющее устройство (УУ)- предназначено для управления процессом… Коммутационный блок - часть ступени искания, представляющая собой совокупность точек коммутации, обслуживающих…

Маршрутизаторы в сетевых технологиях.

маршрутизаторы, модемы, коммуникационные серверы.

Принципы маршрутизации. Таблицы маршрутизации.

Функция определения пути дает возможность маршрутизатору оценить доступные пути к адресату и выбрать наиболее рациональный маршрут на основе… После определения пути маршрутизатор продвигает (forwarding) пакет. Пакет,… Процесс прокладывания пути происходит последовательно от маршрутизатора к маршрутизатору по доступным и наиболее…

СИСТЕМЫ СИГНАЛИЗАЦИИ

Звеном сети электросвязи называется участок тракта передачи информации, ограниченный двумя смежными узлами коммутации или узлом коммутации и… В зависимости от звена (участка) сети различают следующие виды сигнализации… • абонентская - на участке между абонентским терминалом и коммутационной станцией;

Основы сигнализации ОКС № 7

В общеканальной системе сигнализации (ОКС) отсутствует строгое соответствие между сигнальными и разговорными каналами. При этом маршрут передачи…    

Раздел 3. Основы построения цифровых систем передачи.

ПРИНЦИП ВРЕМЕННОГО РАЗДЕЛЕНИЯ КАНАЛОВ (ВРК).

Речь представляет собой колебания сложной формы, зависящей от произносимых слов, тембра голоса, интонации, пола и возраста говорящего. Спектр речи весьма широк (примерно от 50 до 10000 Гц), но для передачи речи в аналоговой телефонии когда-то отказались от составляющих, лежащих вне полосы 0.3-3,4 кГц, что ухудшило восприятие ряда звуков (например, шипящих, существенная часть энергии которых сосредоточена в верхней части речевого спектра), но мало затронуло разборчивость. Ограничение частоты снизу (до 300 Гц) также ухудшает восприятие из-за потерь низкочастотных гармоник основного тона. А в цифровой телефонии к влиянию ограничения спектра добавляются еще шумы дискретизации, квантования и обработки, дополнительно зашумляющие речь.

Для совместимости по полосе с распространенными аналоговыми сетями в цифровой телефонии отсчеты аналоговой речи приходится брать согласно теореме Котельникова с частотой 8 кГц - не меньше двух отсчетов на 1 Гц полосы. Правда, в цифровой телефонии существует принципиальная возможность использовать спектр речи за пределами полосы 0,3-3,4 кГц и тем самым повысить качество, но эти методы не реализуются, так как они вы­числительно пока еще очень сложны. Впрочем, кое-что появляется: уже разработаны универсальные кодеки для компьютерной телефонии и мультимедиа, способные пристойно передавать не только речь, но и музыку. При полосе исходного сигнала до 6 кГц и тактовой частоте отсчетов около 16 кГц сжатый цифровой сигнал требует для передачи канал в 12 кбит/с. При этом оценка качества по критерию усреднённой экспертной оценки (УЭО) может быть выше 4,5 балла.

Озвученная речь образуется с помощью звуковых связок человека. Скорость их периодических колебаний задает так называемую частоту основного тона (ОТ) - периодическую подпитку энергией голосового тракта человека, который представляет собой объемный резонатор. Голосовой тракт формирует спектральную окраску речи, или, другими словами, ее формантную структуру. Условно, речевой сигнал можно разделить на две составляющие, отвечающие за Основной Тон (возбуждение фильтра) и голосовой тракт (формантная структура сигнала). Соответственно, большинство на сегодня используемых алгоритмов решают один вопрос - как наиболее эффективно выделить и сокращенно описать обе составляющие.

Классическое формирование цифрового сигнала из аналогового (по Котельникову) предусматривает последовательное выполнение трех основных операций:

• дискретизация аналогового сигнала по времени, в результате чего формируется импульсный амплитудно-модулированный сигнал (АИМ1);

• квантование АИМ2-сигнала по уровню;

• кодирование квантованных отсчетов АИМ-сигнала.

Рисунок. 3.1. Преобразование аналогового сигнала в цифровой ИКМ-сигнал

Достоинства цифровых систем передачи.

Высокая помехоустойчивость, слабая зависимость качества передачи от длины линии связи, стабильность параметров каналов ЦСП, эффективность использования пропускной способности каналов для передачи дискретных сигналов, возможность построения цифровой сети связи, высокие технико-экономические показатели.

В цифровых системах передачи (ЦСП) формируется групповой цифровой сигнал, иначе называемый сигналом импульсно-кодовой модуляции (ИКМ). При формировании группового ИКМ-сигнала добавляется еще одна операция: перед квантованием по уровнюпроизводится объединение индивидуальных АИМ-сигналов (Рис.3.1).

Обратное преобразование ИКМ-сигнала в аналоговый предусматривает последовательное выполнение следующих основных операций:

• декодирование (преобразование ИКМ-сигнала в АИМ2);

• восстановление аналогового сигнала (выделение из спектра АИМ2-сигнала исходного сигнала).

В ЦСП соответствующие операции обработки производятся отдельными устройствами. Операции квантования и кодирования в ЦСП обычно объединяют в одном устройстве.

 

Дискретизация сигнала во времени

В промежутках между импульсами одного канала размещаются импульсы др. каналов. В процессе формирования АИМ сигнала осуществляется дискретизация непрерывного…  

Виды АИМ модуляции.

Такой сигнал не может быть использован для последующего кодирования, т.к. изменения амплитуды импульса в процессе кодирования исказит кодовую… Для получения этого сигнала достаточно запомнить мгновенное значение импульса… На рисунке 3.2 представлены сигналы АИМ1 и АИМ 2 рода.

Дифференциальная импульсно-кодовая модуляция

Как известно, для речевого сигнала более вероятны низкочастотные составляющие спектра. Это означает, что мгновенные значения дискретных отсчетов… На рис. 3.6, а показаны дискретные отсчеты непрерывного сигнала, при…  

ДЕЛЬТА-МОДУЛЯЦИЯ

Классическая ДМ практически не применяется из за больших искажений передаваемых сигналов, а применяются её разновидности ( ДМ с компандированием). …    

Принцип действия схемы ЦСП с ВРК.

На рисунке 3.8. представлена упрощенная структурная схема ЦСП с ВРК. Рассмотрим принцип работы данной схемы.

Тракт передачи

спектру, чтобы не было переходных помех с других каналов. Далее эти сигналы поступают на вход АИМ – модуляторов (электрический ключ), которые…   Рисунок 3.8 а)

Кодирующие устройства ЦСП.

В качестве международного стандарта для нелинейных кодеров взвешивающего типа принята сегментная характеристика компандировадия типа А-87,6/13,… Так, характеристика компрессии в положительной области содержит сегменты СО,… Четыре центральных сегмента (два в положительной и два в отрицательной областях) объединяются в один центральный…

Этап.

От генераторного оборудования (ГО) поступает управляющий импульс (1) на первый выход ЛУ. Замыкается ключ +Е, на К поступает Iэт=0. Iс =300 >0 следовательно на выходе К → 0. 0 поступает на выход ЛУ и изменяет его состояние на 1. Ключ +Е остается замкнутым.

Этап.

С ГО поступает 1 на второй выход ЛУ. На К поступает Iэт=128 (середина сегментной характеристики)

300 > 128 на выходе К будет 0, ЛУ -1 . Следовательно амплитуда сигнала находится выше середины сегментной характеристики. На компаратор поступит ток 512 (середина верхней части сегментной характеристики).

300<512;на вых. К- 1, на вых ЛУ- 0. Амплитуда сигнала находится выше чем 128. Но ниже 512. Следовательно рассмотрим Iс=256.

300 > 256; на вых. К- 0; на вых.ЛУ- 1.

Iосн = 256 (5сегмент)

3 этап:

Если основной ток равен 256, то дополнительные токи равны 128, 64, 32, 16. Необходимо к Iо добавить дополнительные, чтобы в результате получилось 300.
256+128 > 300; на вых. К -1;на вых ЛУ- 0.

256 + 64 > 300; на вых. К- 1,на вых ЛУ- 0.

256 + 32<300; на вых. К 0 ,на вых ЛУ- 1.

256 + 32+16 > 300;на вых.К- 1, на вых ЛУ-0.

 

ПК преобразует параллельный код в последовательный и на выходе получается комбинация 10110010.

Рисунок 3.9. Нелинейный кодер взвешивающего типа.

Рисунок 3.10. Сегментная характеристика компрессии типа А-87,6/13

 

Таблица 1.

	Номер сегмента	Эталонные сигналы	Шаг квантования	Эталонные сигналы коррекции
Основной	Дополнительные
		-						0,5
								0,5

ДЕКОДИРУЮЩИЕ УСТРОЙСТВА ЦСП.

Принцип построения нелинейного декодера взвешивающего типа с цифровым экспандированием эталонов поясняется на Рис.3.11. Декодер содержит: - цифровой регистр ЦР;

Структура временного цикла ЦСП.

     

Цикловая синхронизация.

время вхождения в синхронизм при первоначальном включении аппаратуры в работу и время восстановления синхронизма при его нарушении должно быть… число разрядов синхросигнала в цикле передачи при заданном времени… приёмник синхросигнала должен быть помехоустойчивым, что обеспечивает большое среднее время между сбоями…

Режим синхронизма

Накопитель по входу синхронизм заполнен единицами.

Накопитель по выходу синхронизма заполнен нулями.

Опознаватель выдает единицу, которая совпадает с импульсом от ГО.

На выходе схемы И1 будет 1, а на «нет» - 0.

 

Режим сбоя синхронизма ( выход из синхронизма)

С опознавателя 0, с ГО 1 - на выходе схемы «нет» 1.

Сбой синхронизма происходит только тогда, когда четыре цикла подряд не будет найден синхросигнал.

Если синхросигнал будет найден во втором или третьем цикле накопитель по выходе из синхронизма обнуляется и наступает синхронная работа.

 

Режим поиска синхронизма

Начнется когда четыре цикла подряд не будет найден синхросигнал. С четвертого выхода накопителя по выходу 1 поступает на И2. Опознаватель начнет искать кодовую группу похожую на синхросигнал. 1 с опознавателя поступает тоже на И2. С выхода И2 1 поступает на ГО, где происходит обнуление делителя канального и делителя разрядного. Затем эта 1 поступает на накопитель по выходу и обнуляет четвертый разряд. При трехкратном опознавании истинного синхросигнала заряжается накопитель по входу в синхронизм и сбрасывается в 0 накопитель по выходу из синхронизма, что означает восстановление синхронного режима работы.

 

Формирование линейных цифровых сигналов.

     

Регенерация формы цифрового сигнала.

  В кабельных ЦСП линейный сигнал чаще всего передается в виде комбинаций…  

Ввод дискретной информации в групповой поток

При скорости передачи дискретных сигналов 50...200 Бод наиболее простым способом ввода асинхронных сигналов является способ наложения. Он состоит в… Можно вводить дискретную информацию, кодируя временные положения фронтов… Информация кодируется трехразрядным кодом, где первый разряд — 1, если переход произошел в предшествующем временном…

Принцип организации каналов передачи СУВ.

Цифровые системы передачи на местных сетях используются для организации соединительных линий (СЛ) между сельскими или городскими АТС, между АТС и… Сигналы управления и взаимодействия передаются импульсами постоянного тока…  

ЛИТЕРАТУРА

1. Цифровые системы передачи : Учебно-методическое пособие для студентов специальности 2005 –«МТС»/ Колледж телекоммуникаций Московского технического университета связи и информатики.-Москва 2008.

2. В.В. Ломовицкий, А.И. Михайлов, К.В. Шестак, В.М. Щекотихин. Основы построения систем и сетей передачи информации- М. Горячая линия-Телеком 2005.

3. А.В. Абилов. Сети связи и системы коммутации – М.: Радио и связь, 2004.

4. Н.Н. Васин. Сети и системы передачи информации на базе коммутаторов и маршрутизаторов CISCO- Самара ПГУТИ, 2009.

5. Основы построения телекоммуникационных систем и сетей: Учебник для вузов/ под ред. В.В. Крухмалёва, В.Н. Гордиенко. - М.: Горячая линия- Телеком, 2004.

6. В.В. Величко, Г.П.Катунин, В.П. Шувалов. Основы ифокоммуникацион-ных технологий.–М.:Горячая линия- Телеком, 2008.

7. Б.С. Гольдштейн, В.А.Соколов. Автоматическая коммутация: учебник для студ. Среднего профессионального образования/ В.А. Соколов-М: Издательский центр «Академия», 2007.