Размещено на http://www.allbest.ru/

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:

yаб	0,04	Телефонная нагрузка на каждого абонента, Эрл
N	80000	Общая ёмкость АТС-Ц
yсл	0,75	Телефонная нагрузка с каждой соединительной линии, Эрл
Nсл	600	Общее количество соединительных линий
sаб	56	Пропускная способность базового потока, кб/с
S	1536	Пропускная способность первичного потока,, кб/с
tц	80	Длительность цикла записи - чтения оперативной памяти, нс
ms	12	Размерность S - коммутационного элемента
mst	6	S - размерность ST - коммутационного элемента
	ST-S-ST	Схема построения коммутационного поля
P	0,004	вероятность потерь телефонного соединения от абонента к абоненту

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

Содержание

• 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

Введение

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 - 80000, следовательно, понадобится 80000/377 = 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 12х12, а размер ST - коммутационного элемента 6х6. Количество входов ST - коммутационного элемента равно 8, следовательно с помощью такой базовой одноплоскостной структуры можно было бы обслужить 6 х 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 6х1036 = 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) =0,912384.

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

Схема ЦКП	РПИ	РГИ	РЛИ	Робщ.
ST-S-ST	0,002	2,91·10-211	0,013	0,014

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

Размер абон. Группы	Количество комутат. звенья A	Нагруз. абонент. концентр.	Исходноя нагруз. ЦКП	Потери ПИ	Потери ГИ	Потери ЛИ	Общие потери
558	11	22,32	26,09	0,0019	3,2 Е-221	0,012	0,0146
533	5	21,32	25,85	0,0001	8,2 Е-222	0,011	0,0126
508	5	20,32	25,61	0,0004	2,3 Е-233	0,010	0,0109
483	5	19,32	25,33	0,0002	2,8 Е-246	0,009	0,0095
458	5	18,32	25,04	<0,0001	9 Е-261	0,008	0,0083
433	5	17,32	24,71	<0,0001	4,6 Е-277	0,007	0,0071
408	5	16,32	24,36	<0,0001	6,2 Е-296	0,005	0,0059
383	5	15,32	23,98	<0,0001	0	0,004	0,0049
358	6	14,32	23,55	<0,0001	0	0,003	0,0039

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

Количество выходов звена A	Эквивалентные потери	Потери ПИ	Потери ГИ	Потери ЛИ	Общие потери
6	0,81252564	<0,0001	0,00000Е+00	0,0039	0,0039
5	0,8978688	<0,0001	9,59587Е-241	0,0039	0,0039
4	0,97765733	<0,0001	5,32175Е-41	0,0039	0,0039

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 = 33152, 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) =130536.

5.1 Расчет и сравнение показателей сложности для ЦКП в целом

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

Звено	Параметры элемента	Количество элементов	Показатель для 1 элемента
A	6вх 6вых 1036ки	5	1389
B	5вх 5вых 1036ки	6	1103
C	5вх 5вых 1036ки	5	1389
Общий показатель для поля:	20508

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

Звено	Параметры элемента	Количество элементов	Показатель для 1 элемента
A	6вх 4вых 1036ки	6	1209
B	6вх 6вых 1036ки	4	1329
C	4вх 6вых 1036ки	6	1106
Общий показатель для поля:	19206

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 6.050903 "Телекоммуникации") / Ред.: В.В. Бойко, В.Н. Лозинская - Донецк: ДонНТУ, 2015г. - 56 с.

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

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

Приложения

Приложение А

Размещено на Allbest.ru