Системы коммутации

Донецкий национальный технический университет Курсовой проект по дисциплине

" Системы коммутации"

Выполнил: ст. гр. ТКС — 12б Карпенёв А.С.

Проверил: Лозинская В.Н.

Донецк — 2015

Задание

Спроектировать коммутационное поле цифровой АТС по следующим данным:

Реферат

Пояснительная записка к курсовому проекту: стр., рис., табл. пр.3

Цель работы — спроектировать коммутационное поле цифровой АТС с заданными характеристиками, и оптимизировать его.

Результатом есть спроектированное коммутационное поле АТС-Ц с выбранными характеристиками структурных параметров мультиплексоров (количество входных каналов, выходная пропускная способность), оптимального количества коммутационных элементов промежуточного звена, оптимального числа промежуточных звеньев.

АНАЛОГОВЫЙ КОММУТАЦИЯ АБОНЕНТ АТС МУЛЬТИПЛЕКСОР КОММУТАЦИЯ

• Задание
• Реферат
• Список принятых сокращений
• Введение
• 1. Построение общей схемы системы коммутации и общие расчёты
• 1.1 Описание расчетной схемы АТС-Ц
• 1.2 Расчет количества абонентов на АК и количества потоков первичного доступа
• 1.3 Расчет количества мультиплексоров и их параметров
• 2. Расчет структурных параметров коммутационного поля
• 2.1 Расчет оптимального количества коммутационных элементов промежуточного звена
• 2.2 Построение пространственного эквивалента
• 2.3 Расчет вероятностного графа
• 3. Расчет потерь телефонных сообщений на основании вероятностного графа
• 4. Оптимизация структурных параметров схемы коммутационного поля
• 5. Структурная схема элементов и расчет показателя сложности
• 5.1 Расчет и сравнение показателей сложности для ЦКП в целом
• Выводы
• Перечень использованной литературы
• Приложения

Список принятых сокращений

АТС — автоматическая телефонная станция

ЦКП — центральное коммутационное поле

АК — абонентский концентратор

КИ — канальный интервал

ППД — потоки первичного доступа

СЛ — соединительная линия

Системы цифровой связи становятся все более привлекательными в результате постоянно растущего спроса, а также потому, что цифровая передача предлагает возможности обработки информации, которые недоступны при использовании аналоговой передачи.

Цифровые станции по сравнению с аналоговыми имеют расширенный список функций. Как известно, АТС — это коммутационная техника, позволяющая осуществлять автоматические подключения по маршруту, которое определяется цифровым номером абонента. В структуру АТС входят коммутационные элементы, которые могут строиться с использованием следующих методов коммутации: пространственной, временной, пространственно-временной. При пространственном методе, коммутация происходит путем выбора точки коммутации. При временной коммутации, пользователям выделяются периодические временные интервалы. Пространственно-временной метод коммутации представляет собой комбинацию вышеуказанных методов.

Целью курсового проекта является определение построения коммутационного поля цифровой коммутационной системы, принцип работы которой основан на пространственно-временном методе коммутации.

коммутационное поле цифровая схема

1. Построение общей схемы системы коммутации и общие расчёты

1.1 Описание расчетной схемы АТС-Ц

Общая схема отражает такие составные части системы коммутации: абонентские линии, абонентские концентраторы, соединительные линии, мультиплексоры, мультиплексированные линии, центральное коммутационное поле (рис. 1.1).

1.2 Расчет количества абонентов на АК и количества потоков первичного доступа

Будет рассчитано количество линий, которые может обслужить один абонентский концентратор. Соотношение пропускной способности первичного и базового потоков определяется количество канальных интервалов первичного потока m (формула 1.1).

(1.1)

где m — кол-во КИ;

Итак, кол-во КИ в первичном потоке:

ки

Телефонная нагрузка, которую может пропустить такой пучок — определяется из таблицы Кендалла — Башарина.

Входными данными для нее является количество линий m=26 (т.к.2 канальных интервала используются для сигнализации и синхронизации), а также норма потерь P_пи=0,002. Y_пи (m=26, P_пи=0,002) =14,5 Эрл.

От пропускной способности надо перейти к числу абонентов; это можно сделать через частный случай формулы Энгсета (1.2):

. (1.2)

Поскольку вероятность Р_пи значительно меньше единицы, то можно ею пренебречь, и посчитать количество абонентов, исходя из нагрузки одного абонента и общей нагрузки пучка линий (1.3).

. (1.3)

абонентов,

следовательно, поскольку размер группы — 377 абонентов, даже для случая простого потока больше 300, будем выполнять все расчеты как для первичного потока.

Общее количество абонентов — 80 000, следовательно, понадобится 80 000/377 = 212 линия первичного доступа. Каждый канальный интервал в этих линиях будет нести телефонные нагрузки:

y_ки=Y_ПИ/m=14,5/26=0,557 Эрл.

Эта цифра потребуется далее для расчета центрального коммутационного поля.

Кроме линий первичного доступа, которые приходят с абонентских концентраторов, есть еще соединительные линии в количестве 600 штук, каждая из которых несет нагрузку 0,75 Эрл. Итак, итог по каналам первичного доступа будет следующий:

Абонентские концентраторы: 212 линий по 0,557 Эрл.

Соединительные линии: 600 линий по 0,75 Эрл.

1.3 Расчет количества мультиплексоров и их параметров

Для расчета определяем пропускную способность степени временной коммутации центрального поля. Это можно сделать, исходя из показателя быстродействия микросхем памяти — продолжительности цикла записи-чтения, равный tц = 120 нс. Максимальное количество канальных интервалов, которое может пропустить через себя степень временной коммутации, определяется по формуле (1.4).

В этой формуле период поступления цифровых отсчетов абонентского сигнала Tаб = 125 мкс, стандартное значение, общепринятое в телефонии (исходя из частоты дискретизации 8 кГц).

Для элемента типа «ST» используется схема с преобразованием последовательного кода в параллельный, за счет чего быстродействие становится в 8 раз больше. С другой стороны, поскольку такой элемент содержит в себе мультиплексор на соответствующее количество каналов, то реальная пропускная способность меньше во столько же раз, сколько каналов он обслуживает. Итак, формула для такого элемента (2.5) будет включать в себя еще 2 числа — количество бит информационного слова nbt = 8, и количество линий элемента mst = 6.

. (1.4), но ки реал=28*37=1036

Количество канальных интервалов на линиях первичного доступа, было посчитано по формуле 1.1, составляет 28 (служебные интервалы для синхронизации и сигнализации также учитываются). Исходя из этого, мультиплексор будет объединять 1041/28 = 37 потоков первичного доступа структуры ST-S-ST.

Общее число линий первичного доступа (линий от абонентских концентраторов и соединительных линий) составляет 600 + 212 = 812, а центральное коммутационное поле должно обрабатывать 812/37 = 21 мультиплексированных линии.

Подведем итог расчета общих параметров системы коммутации. ЦКП должно иметь 20 входов и выходов, на каждом из них — 1036 ки. На каждом входе стоит мультиплексор, а на выходе мультиплексор с кратностью — 37. К каждому входу мультиплексора или выхода демультиплексора подключены линии первичного доступа, которые несут на себе по 28 канальных интервалов.

Общее количество линий первичного доступа — 812, из них 212 линии обслуживают абонентские концентраторы на 377 абонентов каждый. Остальные 600 линий — это соединительные линии, по которым происходят разговоры с абонентами других станций телефонной сети.

Для лучшего понимания входные мультиплексоры и выходные демультиплексоры показаны отдельно по разные стороны коммутационного поля. Здесь любая конкретная абонентская линия с входной стороны коммутационного поля и с выходной ведут к одному и тому же абоненту.

Рисунок 1.1 — Общая схема системы коммутации

2. Расчет структурных параметров коммутационного поля

2.1 Расчет оптимального количества коммутационных элементов промежуточного звена

Согласно заданию на курсовой проект имеем схему построения коммутационного поля ST-S-ST. Эта схема реализуется на модулях, которые осуществляют пространственную (S) и пространственно-временную (ST) коммутацию. Данная структура относится к структуре цифрового коммутационного поля третьего класса. Структурная схема построения коммутационного поля T-S-ST изображена на рис 2.1.

Рис. 2.1 — Структурная схема коммутационного поля ST-S-ST.

Согласно заданию на курсовой проект размер S — коммутационного элемента 12×12, а размер ST — коммутационного элемента 6×6. Количество входов ST — коммутационного элемента равно 8, следовательно с помощью такой базовой одноплоскостной структуры можно было бы обслужить 6×12 = 72 мультиплексированных линии, а необходимо обслуживать 38.

Именно поэтому такая схема широко применяется в коммутационных полях современных АТС.

Для того, чтобы обслужить 38 входов, надо взять такое количество 6-входовых ST-элементов в звене «A» :

Очевидно, что в звене «В» будет установлено 7 штук 6-входовых S-элементов, а звено «С» будет такое же, как и звено «А» .

2.2 Построение пространственного эквивалента

Поскольку коммутационная схема не является полнодоступной, то надо проверить, не будут ли реальные потери больше установленной нормы.

В отличие от элементов S и Т, на эквивалентной схеме ST-элемент отображается с канальными интервалами и всеми входящими-исходящими линиями. В нашем варианте элемент имеет 6 линий и пропускает 1036 интервалов. На эквивалентной схеме ST-элемент будет отображаться с 6×1036 = 6 216 линиями. Удобно их представить в виде 6 пучков, в каждом — 1036 линий. С выхода звена «С» к каждому абонентскому концентратору показана толстая линия — это значит пучок эквивалентных линий, соответствующий количеству канальных интервалов, которые идут в АК после демультиплексора. Цифры 1−38 означают, что в данном направлении идут канальные интервалы с 1 по 38, а вообще это 28 пучков по 37, то есть 1036 канальных интервалов.

Эквивалентная схема изображена в Приложении А.

2.3 Расчет вероятностного графа

Телефонная нагрузка поступает к элементу звена «А» по 6 линиям, и на каждой — 1036 канальных интервалов.

. (2.1)

у_ср= (212*0,577+0,75*600) / (600+212) =0,704 Эрл

Это значит, что на входе действует нагрузка с 6216 эквивалентных линий, на каждой — 0,704 Эрл. На выходе в данной конфигурации ЦКП также 6 линий, по 1036 КИ. Кроме того, рассмотрев путь установления соединения для входящего вызова, увидим, что он может пройти по 6216 линиям — столько, сколько в структуре эквивалентных S-элементов.

Вероятность потери w1 рассчитываются по формуле (2.2).

. (2.2)

В отличие от структуры T-S-T потери могут отличаться от телефонной нагрузки на входном канальном интервале, так как количество входов и выходов может быть разной. Для начальной схемы входов столько же, сколько и выходов, поэтому расчет будет такой:

.

На выходе звена «В» может существовать только один путь к пункту назначения — в единый коммутационный элемент звена «С», поэтому второй этап построения графа очевиден — все выходы из звена «В» совпадают вместе в точку «с1». Вероятность потери w2 может отличаться от w1 но в данном случае количество входов и выходов звена «В» одинакова, поэтому и w2 = w1 = 0,704.

Третий этап построения графа абсолютно аналогичный структуре TST — между точками «с1» и точкой окончательного назначения «С» есть 36 параллельных путей, с вероятностью потери w3, рассчитываемого исходя из w2 и соотношение количества входов и выходов:

.

Рис 2.2 — Вероятностный граф

3. Расчет потерь телефонных сообщений на основании вероятностного графа

Между точками «А» и «С» ребро графа является последовательным включением двух ребер, и для них рассчитывается эквивалентная вероятность отказа по формуле 3.1:

w (a-c) _экв=1- (1-w1) · (1-w2).

w (a-c) _экв=1- (1−0,704) · (1−0,704) =0,912 384.

Вероятность потерь от точки «A» до точки «С», которая является результатом параллельного включения 3780 ребер, являются потерями степени группового искания и рассчитывается по формуле 3.2:

P_ГИ= (w (a-c) _экв) ⁶²¹⁶=0,9123⁶²¹⁶=2,913· 10^-211

Видно, что потери телефонного сообщения на этом участке намного меньше нормативных — значит, есть резерв для оптимизации параметров системы коммутации. В нашей схеме — 6 входов и 6 выходов, но после оптимизации может быть иначе. Поэтому в общем случае нагрузка на выходной пучок надо рассчитывать, исходя из соотношения количества входов и выходов:

(3.3)

где:

y_ки — нагрузка одного канального интервала на входе в последнее звено;

k_i — количество канальных интервалов в направлении одного абонентского концентратора;

n — количество входов последнего звена;

m — количество выходов последнего звена.

Общая нагрузка пучка линейного искания будет таким:

Эрл Очевидно, что в условиях одинакового количества входов и выходов нагрузки будет таким же, как и для структуры T-S-Т, и потери будут так же большие нормативных: P = 0,014. Подобно нужна оптимизация по потерям на степени линейного искания.

4. Оптимизация структурных параметров схемы коммутационного поля

Итак, следующий этап — оптимизация параметров, которая будет иметь свои отличия в зависимости от схемы и показателей потерь, полученных при расчете.

Таблица 4.1 Показатели потерь для ступеней искания

Таблица 4.2 Оптимизация размера абонентской группы для структуры ST-S-ST

Показатели потерь почти такие же, для данной структурной схемы приемлемая оптимизация через размер абонентской группы, но возможна оптимизация еще и соотношение количества входов и выходов звена, А (и, соответственно, звенья С). Показатель потерь на ступени линейного искания превышает норму, и так же показатель потерь на ступени группового искания намного меньше нормы. Сначала проведем оптимизацию полностью аналогично структуре T-S-S-T. Ход оптимизации показан в таблице Теперь, в отличие от структуры T-S-S-T, можно провести еще одну оптимизацию — по количеству выходов звена А. Совершенно очевидно, что можно уменьшать количество выходов звена А, пока эквивалентный показатель потерь от точки, А к точке С не достигнет значения, близкого 1, так что он возвышается до степени 6216. Размер группы определены в предыдущем круге — 358 абонентов. Ход оптимизации отражен в таблице 4.3.

Таблица 4.3 Оптимизация количества выходов звена, А для структуры ST-S-ST

Как видно, оптимизация позволила существенно уменьшить количество элементов звена — стоимость такого поля будет гораздо меньше первоначальный вариант. Структурная схема оптимизированного варианта ЦКП отражено на рисунке 4.1

Рисунок 4.1 — Структурная схема оптимизированного ЦКП структуры ST-S-ST

5. Структурная схема элементов и расчет показателя сложности

Для расчета показателя сложности надо составить структурные схемы соответствующих элементов.

Для S-элемента показатель сложности рассчитывается по формуле 5.1 — как сумма количества точек коммутации и объема памяти с учетом ценового коэффициента, по рыночным ценам несколько условно принимается равным 100.

(5.1)

где: N_x — количество точек коммутации

N_b - объем памяти в битах

k_{ц -} ценовой коэффициент

Если количество входов и выходов одинакова, как в звене В, то не имеет значения, по какой схеме строить S-элемент.

Рис. 5.1 — S-элемент на демультиплексорах

В этих звеньях элементы имеют по 6 входов и выходов, точек коммутации будет Nx = 6 · 6 = 36, бит памяти будет Nb = 1036 * 8 * 4 = 33 152, показатель сложности будет:

Если входов больше, чем выходов, то ST-элемент лучше построить по схеме «последовательная запись — произвольное чтение», которая изображена на рисунке 5.2.

Рисунок 5.2 — ST-элемент типа «последовательная запись — произвольное чтение»

Количество строк и в памяти разговорной информации, и в памяти управления будет одинакова и равна количеству канальных интервалов.

Разрядность слова информационной памяти соответствует разрядности потока разговорного тракта (в нашем случае — 8), а разрядность памяти управления зависит от количества ячеек информационной памяти аналогично Т-элемента и рассчитывается по формуле 5.2

В данном случае количество столбцов будет 10.

(5.2)

где:

k_i — количество канальных интервалов мультиплексированных потока

n_л — количество линий на входе или выходе (количество столбцов памяти)

Количество точек коммутации определяется параметрами мультиплексора, который превращает последовательный код на параллельный — он имеет количество входов, соответствующее количеству входов ST-элемента, и количество выходов, соответствующую разрядности информационного слова, так же и демультиплексор.

Количество точек коммутации будет рассчитано по формуле 5.3.

(5.3)

где: r_инф — разрядность информационного слова

n - количество входов ST-элемента

m - количество выходов ST-элемента

Таким образом, количество точек коммутации для ST-элемента будет Nx = 8 · (4 + 6) = 80 и в том, и в другом случае. Объем памяти рассчитывается на основании структурной схемы элемента — разрядности и количества столбцов / строк в памяти информации и управления. Для ST-элемента, изображенного на рисунке 5.2, объем памяти будет такой:

N_b=1036· (6· 8+6·13) =130 536.

5.1 Расчет и сравнение показателей сложности для ЦКП в целом

Таблица 5.1 Расчет показателя сложности для первичной структуры ST-S-ST

Таблица 5.2 Расчет показателя сложности для оптимизированной структуры ST-S-ST

Теперь посчитаем то же самое для структуры ST-S-ST. Данные для первичной и оптимизированной структуры приведены в таблицах 5.1 и 5.2 соответственно.

Как видим, общий показатель сложности уменьшился почти на 7%, и из всех схем является наилучшим. Вывод можно сделать такой: при принятом ценовом коэффициенте для заданного количества абонентов и аппаратных характеристик оборудования оптимальным будет построение центрального коммутационного поля по структуре ST-S-ST с параметрами, которые отражены на рисунке 4.1 и в таблице 5.2.

Выводы

В данном курсовом проекте были рассчитаны структурные параметры АТС-Ц по каналам первичного доступа. В результирующей схеме АК подключается 358 абонентов, они создают общую нагрузку 22,35 Эрл. Эта нагрузка обслуживают 36 КИ, количество линий первичного доступа (количество АК) равно 224. В 31 мультиплексор входит по 27 ППД. Всего СЛ — 600. Мультиплексированные линии предоставляют 1036КИ.

Были построены структурная и эквивалентна схемы ЦКП. Полученное ЦКП состоит из трех звеньев. В звене, А и С — по 6 ST-коммутационных элементов, в звене В — по 4 S-коммутационных элементов.

С помощью эквивалентной схемы был получен граф вероятностей потерь. Рассчитанные по ним потери оказались на несколько порядков меньше, чем максимальная допустимая вероятность потерь.

Но после оптимизации мы приблизились к норме.

Также были рассчитаны количество бит памяти, необходимой для управления, количество точек коммутации (для каждого звена, и общая). Для коммутаторов каждого из звеньев были также рассчитаны показатели «сложности» .

Перечень использованной литературы

1. Методические указания к выполнению курсового проекта по курсу «Системы коммутации в электросвязи» (для студентов, обучающихся по направлению подготовки 6.50 903 «Телекоммуникации») / Ред.: В. В. Бойко, В. Н. Лозинская — Донецк: ДонНТУ, 2015 г. — 56 с.

2. Корнышев Ю. Н. «Теория телетрафика», М. 1996 г;

3. Баркун М. А., Ходасевич О. Р. «Цифровые системы синхронной коммутации», М. 2001 г.

Приложения

Приложение А