Блок обмена сообщениями коммутационной станции

Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования

Белорусский государственный университет

информатики и радиоэлектроники

Кафедра радиоэлектронных средств

Факультет компьютерного проектирования

“К защите допустить”

Заведующий кафедрой РЭС

___________Н.С. Образцов

”____” июня 2001 года

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к дипломному проекту

НА ТЕМУ:

"Блок обмена сообщениями коммутационной станции"

Дипломник: ( Хомутовский Ю.А. )

Руководитель: ( Алексеев В.Ф. )

Консультанты:

по технологии: ( Серенков В.Ю. )

по экономике: ( Старова Л.И. )

по охране труда и

экологической безопасности: ( Мельниченко Д.А. )

Рецензент: ( )

Минск 2001

Аннотация

УДК 621.396.

Хомутовский Ю.А.

Разработка конструкции блока обмена сообщениями коммутационной станции. Дипломный проект по специальности '' Проектирование и производство РЭС ".-Мн.:БГУИР,2001.- с.

В дипломном проекте произведена разработка схемы электрической принципиальной и конструктивного исполнения блока обмена сообщениями коммутационной станции, описаны его электрические и конструкторские параметры и характеристики. В ходе выполнения дипломного проекта проведен литературный обзор аналогичных устройств. Проведены конструкторские расчеты и расчет комплексного показателя технологичности. Также приведено технико-экономическое обоснование разработки и изложены вопросы охраны труда и экологической безопасности. Для изготовления данного устройства разработана конструкторская документация.

Ил.- , табл.- , прилож.- , список лит.- назв.,

графическая часть - л. А1.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1 Техническое задание

1.1 Наименование, шифр и основание для выполнения ОКР

1.2 Цели, задачи, назначение ОКР

1.3 Технические требования

1.4 Требования к программному обеспечению

1.5 Требования к надежности

1.6 Требования к технологичности

1.7 Требования к уровню унификации и стандартизации

1.8 Требования к безопасности и экологии

1.9 Эстетические и эргономические требования

1.10 Требования к патентной чистоте

1.11 Требования к маркировке и упаковке

1.12 Требования к транспортированию, эксплуатации, хранению, ремонту

2 Анализ исходных данных и основные технические требования предъявляемые к конструкции

2.1 Краткие сведения об электронных системах коммутации

2.2 Патентный поиск

2.3 Анализ климатических факторов

2.4 Анализ дестабилизирующих факторов

2.5 Описание общей структуры АТС

2.6 Описание БОС

3 Выбор и обоснование элементной базы, унифициронанных узлов установочных изделий и материалов конструкции

3.1 Обоснование выбора элементной базы

3.2 Анализ элементов на устойчивость к внешним воздействиям

3.3 Описание материалов конструкции

4 Выбор и обоснование компоновочной схемы, методов и принципов конструирования

4.1 Анализ существующих принципов конструирования

4.2 Общие требования к конструкции АТС

4.3 Описание конструкции шкафа

4.4 Описание конструкции кассеты

4.5 Описание конструкции блока

4.6 Компоновка шкафа

5 Выбор способов и средств теплозащиты, герметизации, виброзащиты и экранирования

5.1 Выбор элементов, для которых необходимо проведение подробного расчета теплового режима

5.2 Выбор способа охлаждения на ранней стадии проектирования

5.3 Выбор способов герметизации

5.4 Обоснование необходимости защиты от механических воздействий

5.5 Обоснование необходимости экранирования

6 Расчет конструктивных параметров изделия

6.1 Компоновочный расчет

6.2 Расчет теплового режима

6.3 Расчет конструкторско-технологических параметров

6.3.1 Выбор и обоснование методов изготовления ПП

6.3.2 Расчет параметров печатного монтажа

6.4 Полный расчет надежности

6.5 Расчет электромагнитной совместимости

7 Обоснование выбора средств автоматизированного проектирования

8.Разработка технологического процесса сборки и монтажа

8.1 Расчет показателей технологичности

8.2 Разработка технологической схемы сборки блока

9.Технико-экономическое обоснование

9.1 Краткая экономическая характеристика проектируемого устройства

9.2 Прогноз объема продаж и расчетного периода

9.3 Расчет себестоимости товара и его рыночной цены

9.4 Расчет сметной стоимости НИОКР

9.5 Расчет стоимостной оценки затрат

9.6 Расчет экономического эффекта

10.Охрана труда и экологическая безопасность

11 Анализ и учет требований эргономики и технической эстетики

Заключение

Литература

ВВЕДЕНИЕ

Научно-техническая революция сопровождается значительным ростом объема передаваемой информации и требований к качеству связи. Эти требования сводятся прежде всего к созданию экономичных сетей связи за счет внедрения наиболее прогрессивных систем передачи и распределения информации, которые обеспечивают повышение эффективности сети связи по всем технико-экономическим показателям. Наиболее прогрессивными системами распределения информации в настоящее время являются электронные системы коммутации различного типа.

Среди электронных систем коммутации общепризнанно технико-экономическое преимущество цифровых методов перед другими методами благодаря относительной простоте технической реализации, высокой помехоустойчивости, интеграции способов представления информации в одной форме и практически оптимальному объему памяти хранения информации. В настоящее время происходит интенсивное внедрение в существующие сети связи цифровых методов передачи, распределения и обработки информации. В наибольшей степени преимущества цифровых методов сказываются при построении цифровых сетей связи с интеграцией служб, где информация любого вида передается в единой цифровой форме и для обслуживания различных заявок используются одни и те же цифровые соединительные пути. Практически процесс интеграции подходит к тому, что исчезнут всякие различия в обслуживании различных видов связи.

При разработке цифровых сетей связи с интеграцией служб следует учесть, что существуют различные требования к виду связи, услугам, вероятностно-временным характеристикам и др. Отличительной особенностью архитектуры сетей интегрального обслуживания является функция определения вида информации. Речь и данные, совместившись в общих каналах, передаются и коммутируются по сети связи одинаково, однако, исходя из особенностей передачи речи, требования к задержкам речи и данных существенно различны. Кроме того, речевая информация в силу своей избыточности не требует защиты от ошибок, а в случае передачи данных при поражении информации требуется повторная передача.

Хотя большую часть информации (до 80...90%) человек получает через зрение, наиболее удачным ее видом для передачи на расстояния по технико-экономическим соображениям является речь. Не случайно объем речевых сообщений, передаваемых по сетям, на один-два порядка превосходит объем всех других видов сообщений. Поэтому технико-экономические показатели сети связи в значительной мере определяются теми решениями, которые заложены при проектировании электронных автоматических телефонных станций (ЭАТС).

Таким образом, основными преимуществами цифровых АТС являются: снижение трудовых затрат на изготовление электронного коммутационного оборудования за счет автоматизации процесса их изготовления и настройки; уменьшение габаритных размеров и повышение надежности оборудования за счет использования элементной базы высокого уровня интеграции; уменьшение объема работ при монтаже и настройке электронного оборудования в объектах связи; существенное сокращение штата обслуживающего персонала за счет полной автоматизации контроля функционирования оборудования; повышение качества передачи и коммуникации; увеличение вспомогательных и дополнительных видов обслуживания абонентов и др.

1. ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

1.1 Наименование, шифр и основание для выполнения ОКР

Разработка центральной АТСЭ для сельской телефонной сети.

Основанием для разработки является программа курса "Конструирование РЭА и автоматизация производства" для высших учебных заведений, утвержденная Министерством образования Республики Беларусь.

1.2 Цели, задачи, назначение ОКР

Целью разработки является создание комплекса унифицированных базовых технических и программных средств центральной АТСЭ для сельской телефонной сети.

Задача ОКР - разработка комплекса цифрового оборудования АТСЭ модульного типа для оптимального и экономического построения и развития сельских телефонных сетей.

Комплекс оборудования АТСЭ предназначен для построения:

- центральной сельской АТС;

- узлов сельско-пригородных;

- городской районной АТС;

- подстанций.

1.3 Технические требования

Требования к конструкторскому устройству

Конструкция АТСЭ должна обеспечивать соответствие требованиям ГОСТ15150-69 группы 3.

Оборудование АТСЭ должно размещаться в стойках, конструкция которых должна обеспечивать:

- установку на полу без использования фальшполов;

- доступ к элементам монтажа и регулировки;

- взаимозаменяемость однотипных блоков;

- размещение оборудования станции в помещении высотой до 2,5 м;

- верхнее и нижнее подключение внешних кабелей.

Показатели назначения

В максимальной конфигурации АТСЭ должна обеспечивать значения величин емкости и нагрузки, приведенных в таблице 1.

Таблица 1.1 - Значения величин емкости и нагрузки АТС.

№ п/п	Наименование параметра	Значение
1.	Станционная нагрузка	3000 эрл.
2.	Максимальное количество вызовов в ЧНН	150000
3.	Максимальное количество направлений	120
4.	Максимальное количество линий в одном направлении	512
5	Максимальная емкость: -количество абонентских линий -количество соединительных линий	10000 2600
6.	Максимальное количество соединительных линий (в режиме узловой АТС)	3600

Средняя нагрузка на абонентскую линию - 0,12 Эрл.

Нагрузка на соединительную линию - 0,8 Эрл.

АТСЭ должна обеспечивать следующие виды связи:

а) автоматическую внутреннюю связь между всеми абонентами станции;

б) автоматическую входящую и исходящую местную связь;

в) транзитную связь между входящими и исходящими линиями;

г) исходящую и входящую автоматическую и Полуавтоматическую зоновую, междугороднюю и международную связь;

д) автоматическую исходящую связь к вспомогательным и справочно-информационным службам;

е) полупостоянную коммутацию.

Оборудование АТСЭ должно обеспечивать возможность подключения следующих видов абонентских линий:

- аналоговых двухпроводных;

- цифровых (2-х и 4-х проводных).

Параметры аналоговых двухпроводных линий должны быть следующими:

- собственное затухание абонентской линии на частоте 800 Гц должно быть не более 4,5 дБ;

- величина переходного затухания межу цепями двух абонентских линий на ближнем к АТС конце на частоте 800 Гц должна быть не менее 69,5 дБ;

- сопротивление шлейфа абонентской линии, включая сопротивление телефонного аппарата, до 1800 Ом;

-емкость между проводами и между каждым проводом и землей не более 0,5 мкф;

- сопротивление изоляции между проводами или между каждым проводом и землей не менее 20 кОм;

- собственное затухание шлейфа абонентской линии удаленного абонента, на частоте 800 Гц должно быть не более 7 дБ;

- сопротивление шлейфа абонентской линии удаленного абонента, включая сопротивление телефонного аппарата, до 3800 Ом.

Параметры цифровых абонентских линий должны соответствовать Рек. МККТТ 1.430.

В АТСЭ могут включаться следующие типы ОАТУ:

- телефонные аппараты с кнопочным номеронабирателем и с частотным способом передачи номера;

- телефонные аппараты с кнопочным частотным номеронабирателем с индукторным вызовом с дополнительной кнопкой R;

- спаренные телефонные аппараты;

- таксофоны для местной телефонной связи;

- таксофоны для междугородной связи с управлением тарификацией от АТС на постоянном токе путем переплюсовки;

- устройства передачи данных, факсимильной, телеграфной и фототелеграфной связи с предоставлением связи по телефонному каналу и работающих в полосе частот 300 - 400 Гц ;

- автоответчики СЛ и СЛМ ;

- оконечные цифровые установки с базовым 2В + D и первичным ЗОВ + D доступом, используемые на цифровой сети интегрального обслуживания (ISDN);

- устройства пожарной, охранной, тревожной сигнализации.

При работе со своими абонентами АТС должна формировать следующие акустические сигналы.

"Ответ станции" - информирует абонента о готовности станции к приему номера. Непрерывный синусоидальный сигнал частотой 425 ± 3 Гц.

"Посылка вызова" - информирует абонента о поступлении к нему вызова. Прерывистый синусоидальный сигнал частотой 25+2 Гц, импульс 1,0+0,1с, пауза 4,0±0,4с. Первая посылка вызова не менее 0,3±0,03с. Напряжение на зажимах вызывного трансформатора 95±5В.

"Контроль посылки вызова" - информирует вызывающего абонента о свободности вызываемого абонента и посылке ему вызывного сигнала. Прерывистый синусоидальный сигнал частотой 425±ЗГц: импульс 1,0±0,1с, пауза 4,0±0,4с.

Сигнал "Занято" информирует абонента о занятости вызываемого абонента после набора номера или об отбое другого абонента после разговора, или при всех состояниях непроизводительного занятия. Прерывистый синусоидальный сигнал частотой 425±ЗГц: импульс 0,3-0,4с, пауза 0,3-0,4с.

Межстанционная связь АТСЭ со всеми типами станций и УПАТС, со спецслужбами и узлами спецслужб, УЗСЛ и АМТС, с УСП должна осуществляется по цифровым каналам систем передачи ИКМ со скоростью 2048 кбит/с.

АТСЭ должна использовать в качестве линейного кода код HDB-3.

АТСЭ должна обеспечивать форму импульса на ИКМ линии, соответствующую шаблону Рек. G. МККТТ.

Должна быть обеспечена возможность работы АТСЭ по физическим соединительным линиям.

Оборудование АТСЭ должно быть рассчитано на питание от источника опорного напряжения 60 В или 48 В постоянного тока с заземленным положительным полюсом.

Допускаемые установившиеся отклонения этого напряжения от значения номинального составляют +107-20% .

Электропитание внешних устройств должно осуществляться от системы бесперебойного питания переменного тока с выходными параметрами напряжения 220В + 10 % и частотой 50 Гц ± 2%.

Система технического обслуживания АТСЭ должна обеспечивать контроль состояния и реконфигурацию технических средств с целью поддержания работоспособности станции.

Система контроля должна включать:

- аппаратный контроль (отслеживание появления аппаратно-фиксируемых сбоев);

- программный контроль (проверка работоспособности технических средств АТСЭ, а также измерение параметров АЛ).

При возникновении аварийных ситуаций в оборудовании АТСЭ или получении сигнала о пропадании электропитания и о других аварийных ситуациях от сельских оконечных АТС предусмотреть вывод звуковой и световой сигнализации на табло аварийной сигнализации АТСЭ.

Система реконфигурации должна обеспечивать:

- вывод из конфигурации неисправного оборудования и переход на резервное при его наличии или перераспределение нагрузки при отсутствии резерва;

- ввод оборудования в конфигурацию после ремонта.

Система администрирования АТС должна обеспечивать:

- управление основными функциями станции;

- сбор, обработку и предоставление информации о работе станции (учет нагрузки на СЛ и группы СЛ по направлениям, на АЛ и отдельные группы абонентов, контроль состояния АЛ и СЛ, подробный учет исходящих с АТСЭ соединений и т.п.);

- ведение учета услуг, предоставленных абонентом.

Администрирование и управление техническим обслуживанием должно осуществляться через пульт управления, реализованный как программно-аппаратный комплекс на базе ПЭВМ.

1.4 Требования к программному обеспечению

ПО АТСЭ совместно с аппаратными средствами должно обеспечивать функционирование АТСЭ в соответствии с требованиями настоящего ТЗ.

ПО должно настраиваться на любую конфигурацию технических средств независимо от варианта исполнения АТСЭ.

Структура ПО должна позволять вводить новые возможности без перепрограммирования базовых функций,

Для проверки функционирования отдельных технических средств АТСЭ должны быть разработаны пуска-отладочные тесты, которые должны выполняться на неработающей АТСЭ с использованием технологических средств (например, ПЭВМ) и обеспечивать локализацию неисправности до модуля.

Программное обеспечение должно быть представлено в виде, необходимом для проведения настройки на любую конфигурацию технических средств АТСЭ и сопровождаться исходными текстами и необходимой документацией.

1.5 Требования к надежности

Средняя наработка на отказ станции То, не менее 10 лет ( 87600 ч),

Среднее время восстановления работоспособности станции Тв.с., после отказа не более 0,5 ч.

Коэффициент простоя станции Кп, не более 5*10^-6.

Показатели надежности станции на всех этапах разработки испытаний подтверждаются расчетным методом.

1.6 Требования к технологичности

Нормативное значение показателя технологичности должно соответствовать ОСТ 107.15.2011 -86.

1.7 Требования к уровню унификации и стандартизации

Количественные показатели уровня унификации и стандартизации должны быть не менее Кпр>20%, Кповт>1,25, Кму>30%.

1.8 Требования к безопасности и экологии

Конструкция оборудования должна обеспечивать безопасное его обслуживание в соответствии с требованиями ГОСТ 12.2.003-74, ГОСТ 12.2.007-75, ГОСТ 12.2.006-87.

Все открытые токоведущие части, находящиеся под напряжением свыше 42 В, доступные для случайных прикосновений, должны быть закрыты считками,

Конструкция оборудования должна обеспечить пожарную безопасность в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.004-91.

Материалы, применяемые для изготовления составных частей (печатные платы) в части обеспечения требуемой огнестойкости должны соответствовать ТУ2296-001-00213060-94 и ТУ2296-005-00213060-96.

Требования к АТСЭ по факторам, воздействующим на здоровье людей и безопасность окружающей среды (ЭМИ, статистическое электричество, электрическое поле промышленной частоты, световое излучение, шум ) согласно САНПИН 9-20-95.

1.9 Эстетические и эргономические требования

Требования по технической эстетике и эргономике должны соответствовать ОСТ 4.270.000-83.

1.10 Требования к патентной чистоте

АТСЭ должна обладать патентной чистотой относительно ведущих стран в данной области техники.

1.11 Требования к маркировке и упаковке

Маркировка оборудования должна отвечать требованиям ГОСТ 20.39.308-76.

Маркировку следует наносить на несъемных частях доступных для обзора.

Упаковка оборудования должна соответствовать требованиям ГОСТ 15150-69 исполнение УХЛ4.2.

1.12 Требования к транспортированию, эксплуатации, хранению, ремонту

Хранение и транспортирование АТСЭ должны соответствовать требованиям ГОСТ 15150-69 исполнение УХЛ4.2.

Климатические условия эксплуатации АТСЭ должны соответствовать требованиям ГОСТ 15150-69 исполнение УХЛ4.2.

В процессе эксплуатации замена неисправного оборудования должна производиться на уровне съемных блоков, масса которых не должна превышать 15 кг.

2. АНАЛИЗ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ И ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К РАЗРАБАТЫВАЕМОЙ КОНСТРУКЦИИ

2.1 Краткие сведения об электронных системах коммутации

В настоящее время все ЭАТС делятся на две большие группы: аналоговые и цифровые. В аналоговых ЭАТС коммутация сигналов в коммутационном поле (КП) происходит с сохранением их первоначальной формы, в которой они поступают от источника информации. В цифровых ЭАТС исходная информация предварительно преобразуется в единую цифровую форму, а затем коммутируется [1].

Среди аналоговых ЭАТС с программным управлением традиционно распространены системы коммутации с пространственным разделением каналов. Они характерны тем, что соединительный путь между абонентами в КП предоставляется на все время установления соединения только единственной паре пользователей. Поэтому для установленного соединения одни и те же коммутационные элементы обслуживают только это соединение. К основным характеристикам коммутационных элементов, оказывающим решающее влияние на качество внутристанционного тракта передачи, относятся: рабочее затухание, линейность амплитудной, амплитудно-частотной и фазочастотной характеристик. Снижение технических требований к этим характеристикам налагает определенные ограничения на структурные параметры КП, что, в свою очередь, может резко ухудшить экономические показатели сети связи. В развитых зарубежных странах широкое применение нашли аналоговые ЭАТС типа IBM 1750 (США), DST1 (Италия), ЕК-50 (Япония), АТС 501 (Швеция).

Аналоговые ЭАТС с временным разделением каналов представляют интерес при работе с аналоговыми системами передачи, поскольку в этом случае производится только дискретизация сигналов во времени без последующего цифрового кодирования. Коммутация с временным разделением предполагает совместное использование точек коммутации путем разделения времени на более короткие интервалы так, что отдельные конкретные коммутационные элементы и соответствующие им промежуточные линии периодически закрепляются за существующими соединениями. При таком совместном использовании точек коммутации можно получить значительную экономию их числа. Однако опыт работы аналоговых ЭАТС с временным разделением каналов показал, что амплитудно-модулированные сигналы весьма чувствительны к шумам, помехам и переходным влияниям. Поскольку стоимость преобразования сигнала в цифровую форму продолжает снижаться, цифровая коммутация постепенно становится более предпочтительной по сравнению с аналоговой.

Цифровые ЭАТС с пространственно-временной коммутацией каналов требует наличия, по крайней мере, двух звеньев: пространственной коммутации и временной коммутации. Так как схемы временной коммутации строятся на базе недорогих цифровых запоминающих устройств (ЗУ), реализация функций цифровой коммутации оказывается более дешевой, чем реализация схем с пространственным разделением. Работа схемы временной коммутации сводится главным образом к записи информации и считыванию ее из ЗУ. В процессе коммутации информация, поступающая по одному входному временному каналу, передается в другом временном канале. Однако быстродействие ЗУ ограничивает допустимые размеры блока временной коммутации, поэтому в коммутационных схемах большой емкости обязательно вводится пространственная коммутация. Для того чтобы обеспечить желаемую временную коммутацию каналов, звенья временной коммутации принципиально требуют наличия некоторого вида элементов задержки, которые легче всего реализуются с помощью ЗУ с произвольной выборкой. Запись в них производится по мере поступления бит информации, а считывание - при необходимости их передачи.

Можно указать два способа управления работой ЗУ звена временной коммутации: последовательная запись и произвольное считывание, или произвольная запись и последовательное считывание.

Согласно первому способу работы звена временной коммутации определенные ячейки памяти информационного ЗУ закрепляются за соответствующими каналами входящего тракта с временным разделением каналов. Информация каждого входящего временного интервала (канала) записывается в соответствующую ячейку памяти под действием местного станционного генератора, ведущего счет входящим временным интервалам. Считывание информации из информационного ЗУ происходит из той ячейки памяти, на которую указывает другое - управляющее ЗУ под действием того же станционного генератора.

Второй способ работы звена временной коммутации является противоположностью первого. Поступающая на вход информация записывается в ячейки информационного ЗУ в соответствии с адресом, хранящимся в управляющем ЗУ, однако информация считывается из информационного ЗУ последовательно ячейка за ячейкой под управлением счетчика временных исходящих интервалов.

В разных странах разработано и широко применяется большое число цифровых ЭАТС: ESS4, ESS5, ГТТ 1240 (США), ЕЮ, МТ 20/25 (Франция), DTN1 (Италия) и др.

В связи с переходом развитых стран цифровые сети связи с интеграцией служб все большее развитие получают методы передачи информации с коммутацией пакетов. Принцип работы сети с коммутацией пакетов состоит в том, что сообщение источника разрезается на "пакеты" для последующей передачи по сети. Каждый пакет снабженный заголовком, содержащим адрес и другую управляющую информацию, направляется по линиям сети, как и на сети с коммутацией сообщений. На узле назначения все пакеты собираются в исходное "склеенное" сообщение. Наиболее известные сети с коммутацией пакетов: TYMNET (США), DATAPAC (Канада).

По принципу построения управляющих устройств ЭАТС разделяются на три класса: с централизованным, децентрализованным и распределенным управлением.

Системы коммутации с централизованным управлением характеризуются наличием единого центрального управляющего устройства (ЦУУ), реализующего все функции управления и взаимодействия узлами ЭАТС, Информацию об изменении отдельных комплектов ЦУУ запрашивает или передает через периферийные управляющие устройства (ПУУ). Основные функции ПУУ сводятся к согласованию сигналов обмена между ЦУУ и узлами по уровню и быстродействию.

В системах коммутации с децентрализованным управлением взаимодействие ЦУУ с исполнительными комплектами такое же, как и в системах с централизованным управлением, т.е. через ПУУ, но последние достаточно автономны в пределах разрешенных ЦУУ. ПУУ берут на себя все функции по рутинной обработке информации, а ЦУУ сосредотачивается на организации приоритетного обслуживания ПУУ, их диспетчеризации, производит учет нагрузки, установление контрольных соединений и т.д.

В системах коммутации с распределенным управлением функции ЦУУ разделяются между отдельными местными управляющими устройствами (МУУ). Каждое МУУ управляет одним или несколькими узлами ЭАТС в зависимости от их сложности. Взаимодействие МУУ между собой в пределах одной ЭАТС осуществляется через те же соединительные пути в КП, что и при передаче разговорных сигналов.

2.2 Патентный поиск

В настоящее время имеется большое количество изобретений в области телефонии.

Японскими изобретателями разработана электронная АТС которая содержит блок управления, подготавливающий информацию об общем количестве выходных данных на основе проведенных измерений и количестве выходных устройств [2]. Затем блок управления определяет оптимальное начальное время передачи выходных данных, оптимальный период передачи данных и генерирует статистические данные, которые поступают на выходные устройства.

АТС [3] оборудована устройством для регистрации вызовов, поступающих из магистральных линий и устройством передачи соответствующего сигнала в микропроцессор. Последний вырабатывает тональный сигнал входного вызова и передает его на модуль с громкоговорителем для последующей передачи речевых сообщений в линию в заданное время.

Также японскими разработчиками предложена телефонная сеть, обеспечивающая обслуживание стандартных телефонных аппаратов с использованием устройства для регистрации идентификаторов внешних линий и выполнения операций по установлению соединений или их прерыванию [4].

В телефонной системе связи [5] вызывающая сторона посылает вызов, содержащий ее телефон и данные адреса, которые записываются в память принимающего аппарата. Кроме того, принимающий аппарат записывает дату и время поступления вызова. При ответе на вызов запись даты и времени поступления вызова стирается из памяти. В результате в памяти остается информация только о тех вызовах, на которые пользователь не ответил. Записанную информацию можно вывести на индикатор,

В Германии разработана цифровая система связи [6], в которой на стороне приема производят определение импульсной реакции канала. Для сегментов сигнала с произвольной последовательностью символов импульсную реакцию получают на основе функции перекрестной корреляции этой последовательности символов с соответствующим сегментом считанного принятого сигнала с помощью корректирующих звеньев, содержащих побочные величины функции автокорреляции последовательности символов. Особенно хорошую оценку импульсной реакции дает итеративная процедура. Для коротких последовательностей импульсов предпочтительным является отслеживание импульсной реакции.

Система связи [7] содержит контроллеры вызовов и контроллеры соединений для управления коммутирующими устройствами. Управление связью между оконечным оборудованием осуществляется путем управления состоянием вызовов и обменом управляющих сообщений. Контроллеры соединений управляют установлением или разъединением соединений через коммутирующие устройства. Такое устройство обеспечивает эффективное использование ресурсов для управления коммутирующей аппаратурой.

2.3 Анализ климатических факторов

В соответствии с техническим заданием автоматическая телефонная станция должна эксплуатироваться в макроклиматических районах с умеренным и холодным климатом - УХЛ, категория - 4.2 .

К макроклиматическому району с умеренным климатом относятся районы, где средняя из ежегодных абсолютных максимумов температура

воздуха равна или ниже плюс 40°С, а средняя из ежегодных абсолютных минимумов температура воздуха равна или выше минус 45°С.

К макроклиматическому району с холодным климатом относятся районы, в которых средняя из ежегодных абсолютных минимумов температура воздуха ниже минус 45°С [8].

Автоматическая телефонная станция предназначена для эксплуатации в помещениях с искусственно регулируемыми климатическими условиями (помещения категории 4), в частности, для эксплуатации в лабораторных, капитальных жилых и других подобного типа помещениях (категория 4.2). Работа в данных условиях предполагает отсутствие воздействия прямого солнечного излучения, атмосферных осадков, ветра, песка и пыли наружного воздуха; отсутствие или существенное уменьшение воздействия рассеянного солнечного излучения и конденсации влаги.

Нормальные значения рабочей температуры окружающей среды при эксплуатации АТС составляют:

- верхнее значение - +35 °С;

- нижнее значение - +10 °С;

- среднее значение - +20 °С.

Для предельных рабочих температур:

- верхнее значение - +40 °С;

- нижнее значение - +1 °С.

Величина изменения температуры окружающего воздуха за 8 ч составляет 40 °С.

Среднемесячное значение относительной влажности воздуха для УХЛ 4.2 в наиболее теплый и влажный период составляет 65% при 20 °С, продолжительность - 12 месяцев. Верхнее значение влажности - 80% при температуре 25 °С.

При эксплуатации АТС верхнее рабочее значение атмосферного давления составляет 106,7 кПа (800 мм рт.ст.). Так как АТС не предназначена для работы в высокогорных местностях (нормальная высота над уровнем моря не превышает 1000 м), то нижнее рабочее значение атмосферного давления составляет 86,6 кПа (650 мм рт.ст.), нижнее предельное рабочее значение 84,0 кПа (630 мм рт.ст.).

Условия хранения: отапливаемые и вентилируемые склады, хранилища с кондиционированием воздуха.

Температура воздуха: верхняя 40°С, нижняя 5°С. Влажность: 65% при 20°С, максимальная 80% при 25°С.

Действие солнечного излучения, дождя, плесневых грибов отсутствует. Воздействие пыли - незначительное.

2.4 Анализ дестабилизирующих факторов

АТС должна сохранять конструкцию, внешний вид и работоспособность после транспортирования в упакованном виде любым видом транспорта.

АТС должна выдерживать воздействие на нее синусоидальной вибрации

частотой 25 Гц с амплитудой ускорения 20 м/с (2g) в течении 30 мин.

Станция должна сохранять конструкцию, внешний вид и работоспособность в процессе и после воздействия на нее при атмосферном давлении от 84 до 107 кПА (от 630 до 800 мм.рт.ст.) следующих внешних воздействий:

а) повышенной рабочей температуры окружающей среды не более 40 °С;

б) пониженной рабочей температуры окружающей среды не менее 5 °С;

в) относительной влажности окружающего воздуха от 40 до 90 % при температуре 25 °С.

Климатические условия транспортирования АТС в таре должны быть:

а) повышенная температура - 50 °С;

б) пониженная температура - минус 50 °С;

в) относительная влажность окружающего воздуха при температуре 25°С не более 98 % [9].

АТС должна обеспечивать работоспособность в процессе и после воздействия пониженного атмосферного давления.

Проверку требований по устойчивости при механических воздействиях проводят следующим образом:

а) проводят внешний осмотр АТС и проверку ее на установление внутренних станционных соединений;

б) включают электропитание АТС;

в) из шкафа станции извлекают поочередно все кассеты со вставленными в них блоками;

г) упаковывают кассеты и шкаф;

д) упакованные шкаф и кассеты со вставленными в них блоками поочередно жестко крепят к платформе стенда вертикально в рабочем положении и подвергают нагрузкам в соответствии с таблицей 2

Таблица 2.1 - Нагрузки на АТС при механических воздействиях.

Ускорение, м/с (g)	Длительность импульса, не	Число ударов в минуту	Количество ударов
97(10)	5-10	40-120	8800
147(15)	5-10	40-120	2000

е) по окончании испытаний шкафа и всех кассет, входящих в АТС, проводят внешний осмотр тары и кассет (после вскрытия тары) с целью выявления механических повреждений.

АТС соответствует вышеописанным требованиям если после испытаний она сохраняет внешний вид, конструкцию и работоспособность.

Проверку на виброустойчивость проводят следующим образом:

а) проводят внешний осмотр АТС и проверку ее на установление межстанционных соединений;

б) включают электропитание АТС;

г) испытаниям подвергаются шкаф и установленные кассеты;

д) извлекают блоки из проверяемых кассет, извлекают проверяемые кассеты, кассеты без блоков и шкаф поочередно жестко крепят к платформе вибростендам подвергают воздействию синусоидальной вибрации частоты 25Гц с амплитудой ускорения 20 м/с (2g) в течение 30 мин.

е) после окончания механических воздействий проводят внешний осмотр с целью выявления механических повреждений, устанавливают блоки, включают электропитание и проводят проверку АТС на установление внутристанционных соединений.

Станция соответствует требованиям, если после испытаний отсутствуют механические повреждения и установлены внутристанционные соединения.

2.5 Описание общей структуры АТС

Электронная автоматическая телефонная станция предназначена для работы в сельских и городских телефонных сетях в качестве транзитной и оконечно-транзитной.

Станция представляет собой новое IV поколение средств телефонной связи (после декадно-шаговых, координатных, квазиэлектронных АТС), превосходит выпускаемые в настоящее время АТС по технико-эксплутационным характеристикам за счет использования современных микропроцессорных средств, специализированных БИС, развитых программных средств контроля и диагностики, резервирования основных функциональных блоков, распределенного управления.

Использование стандартизованных интерфейсов для внешних и внутренних подключений обеспечивает совместимость АТС с любыми типами используемого в существующей системе связи оборудования. В сочетании с модульной структурой построения, это обеспечивает изменение технических характеристик по емкости и функциональным возможностям в широком диапазоне.

АТС обеспечивает следующие основные виды обслуживания:

- внутристанционная связь;

- исходящая и входящая автоматическая связь но общегосударственной телефонной сети;

- транзитная связь.

Основной особенностью структуры является модульный принцип построения. АТС строится из модулей следующих типов:

- модуль коммутационного поля;

- модуль абонентских линий;

- модуль цифровых соединительных линий;

- модуль аналоговых соединительных линий;

- модуль технического обслуживания.

Каждый модуль имеет узел управления (УУ), содержащий, как правило, блок центрального процессорного устройства (ЦПУ), блок системной памяти (БСП), блок местной синхронизации (ВМС), блок обмена сообщениями (БОС). В зависимости от функционального назначения модуля узла управления он может содержать и другие блоки.

С целью повышения живучести АТС два однотипных модуля соединяются системной шиной, образуя общий сетевой узел (с точки зрения работы с внутристанционной сетью). При выходе из строя блоков одного из узлов другой узел управления может управлять обоими модулями с некоторой потерей производительности.

Модуль коммутационного поля (МКП) обеспечивает подключение абонентов друг с другом, абонентов на соединительную линию, либо соединительных линий одна с другой (при транзите). Емкость МКП может наращиваться блоками коммутационного поля по 32 двунаправленных ИКМ тракта.

Модуль абонентских линий (МАЛ) предназначен для подключения абонентов телефонной сети. Емкость МАЛ - 256 абонентских линий. В зависимости от создаваемой концентрации, 1:4 или 1:8, МАЛ соединяется с МКП двумя или одним ИКМ трактом. В первом случае абонентам может быть представлена нагрузка до 0,24 эрл на одну абонентскую линию, во втором случае до 0,12 эрланга на одну абонентскую линию. Взаимодействие с другими модулями АТС осуществляется через внутристанционную сеть.

Модуль цифровых соединительных линий (МЦСЛ) обеспечивает взаимодействие с другими АТС местной сети по стандартным ИКМ трактам и предназначен для обработки линейной сигнализации с различными протоколами взаимодействия. МЦСЛ должен обеспечивать взаимодействие с другими АТС по двум выделенным каналам систем передачи ИКМ для односторонних СЛ, универсальных СЛ двухстороннего действия, а также по одному выделенному каналу систем передачи ИКМ.

Модуль аналоговых соединительных линий (МАСЛ) обеспечивает взаимодействие станции с другими АТС местной сети по трехпроводным соединительным линиям. МАСЛ обеспечивает стык и обработку сигнализации до 48 трехпроводных СЛ. Емкость модуля наращивается блоками по 4 соединительные линии. Взаимодействие с другими модулями АТС осуществляется по внутристанционной сети.

Модуль технического обслуживания (МТО) обеспечивает сбор информации о состоянии всех модулей АТС, обработку информации, тестирование модулей, реконфигурацию АТС при отказе отдельных блоков и диагностику отказавших блоков.

Очень важным элементом АТС является внутристанционная сеть, которая обеспечивает информационный обмен между всеми модулями станции. Пропускная способность сети - 2 Мбит/сек. В сети используется один из протоколов HDLC, обеспечивающий необходимую достоверность передачи информации. Пропускная способность сети рассчитывалась исходя из необходимости обеспечения телефонной нагрузки в ЧНН, а также выполнения необходимых процедур по техническому обслуживанию (тестирование, диагностирование, реконфигурация).

Технически сетевые средства поддерживаются специальным адаптером - блоком обмена сообщениями.

2.6 Описание блока обмена сообщениями

Блок БОС предназначен для организации внутристанционной сети передачи служебных сообщений и телефонной сигнализации между устройствами управления различных модулей большой АТС,

БОС имеет в своем составе следующие функциональные узлы :

а) интерфейсную схему сопряжения с внутренней сетью АТС (следует заметить, что внутренняя сеть АТС выполнена на базе типичного, для любой цифровой АТС, ИКМ тракта с линейной скоростью 2048 КБИТ/сек ); в состав этой интерфейсной схемы входит счетчик синхронизации, обеспечивающий синхронизацию схемы сопряжения с внутренней сетью АТС (далее по тексту - сопряжение с ИКМ трактом).

б) внутреннюю микро-ЭВМ, управляющую обменом по сети, со схемой аварийного контроля за работой внутренней микро-ЭВМ.

в) интерфейсную схему обмена с центральным процессором своего модуля АТС; в состав этой интерфейсной схемы входят: дешифратор выбора БОС со стороны центрального процессора данного модуля АТС; триггер запроса прерываний к центральному процессору; схема формирования сигнала "СБРОС" внутренней микро-ЭВМ по запросу со стороны центрального процессора.

Внутренняя Микро-ЭВМ блока БОС выполнена на базе 16-ти разрядного универсального микропроцессора типа SAB-8086-2-P с тактовой частотой 8 МГц. Этот микропроцессор позволяет использовать мощные инструментальные средства для программиста, при пропускной способности шины на 16 разрядов, что в сочетании с дешевизной и доступностью подобных микропроцессоров и является критерием выбора.

Объем ОЗУ Микро-ЭВМ блока БОС составляет 16 Кбайт. Выполнено ОЗУ на микросхемах статического типа КР537РУ17 (2 шт), ( DD12,DD13).

Объем ПЗУ Микро-ЭВМ блока БОС составляет 16 Кбайт, Выполнено ПЗУ на микросхемах с ультрафиолетовым стиранием программ типа КР573РФ6А (2 шт), (элементы DD17, DD18).

В состав внутренней Микро-ЭВМ входит программируемый контроллер прерываний (Р1С) типа КР181ОВН59А (элемент DD32), обеспечивающий обслуживание запросов на прерывания от таких источников как программируемый интервальный таймер (РТТ), схема ИКМ - тракта, контроллер стыка RS/232 с технологической ПЭВМ.

Программируемый интервальный таймер (PIT) типа КР580ВИ53 (элемент DD24) выполняет несколько функций: генерация таймерных прерываний и синхронизация схемы контроля наличия сверхцикловой синхронизации (частота 500 Гц) - канал 0, при этом необходимо на канале 0 иметь период генерируемых сигналов более 2 мсек.; синхронизация контроллера стыка RS/232 происходит по каналу 1 таймера; контроль наличия несущей ИКМ тракта внутренней сети АТС осуществляется каналом 2 таймера. При этом несущая частота ИКМ - тракта (2048 КГц) поступает на управляющий вход канала 2 таймера, в то же время на счетный вход канала 2 поступает внутренняя контрольная частота 2 МГц. Канал 2 запрограммирован на режим ждущего одновибратора (режим 1) и при наличии несущей ИКМ на его выходе всегда "О", этот выход подключает внешнюю синхронизацию схемы сопряжения с ИКМ - трактом, состояние этого выхода программно доступно для контроля внутренней микро-ЭВМ. Если имеет место пропадание несущей ИКМ, на выходе канала 2 таймера появляется " 1" - сигнал аварии; синхронизация схемы сопряжения с ИКМ аппаратно переключается на внутренний источник с частотой 2 МГц (для возможности тестирования).

Контроллер стыка RS/232 с технологической ПЭВМ выполнен на микросхеме КР580ВВ51А (элемент DD28). Этот контроллер синхронизируется отдельного генератора (элементы ZQ1, С6О, R2, R3, DD16), обеспечивающего формирование стандартного ряда скоростей обмена с ПЭВМ (на вход микросхемы КР580ВВ51А поступает 1.8432 Мгц). Имеются элементы согласования по уровням сигналов со стыком RS/232 (DA2, DA3). Подключение блока БОС к технологической ПЭВМ необходимо при отладке программного обеспечения микро-ЭВМ блока БОС.

При обращении к любому устройству ввода-вывода в цикл внутренней микро-ЭВМ вводится четыре такта ожидания, что необходимо для согласования по быстродействию относительно быстрого процессора микро-ЭВМ с медленными микросхемами ввода-вывода серий 580 и 1810.

Схема сопряжения с ИКМ трактом имеет в своем составе мультиплексоры адресов (MUX-ADR), обеспечивающие переключение адресов буферного ОЗУ ИКМ - тракта (элементы DD53, DD54) поочередно к счетчику синхронизации (активный буфер), или к внутренней микро-ЭВМ (пассивный буфер). Информация из буфера схемы сопряжения с ИКМ трактом побайтно записывается в регистр передачи (RG-T) и обновляется там (аппаратно) каждые 3.9 мкс, из регистра передачи байт переписывается в сдвиговый регистр-формирователь последовательного кода и далее в последовательном коде передается в ИКМ тракт. Передаваемая во внутренний ИКМ тракт информация доступна всем блокам БОС внутристанционной сети (в том числе и тому блоку БОС, который ее передает в ИКМ тракт внутренней сети АТС).

Принимаемая со стороны ИКМ тракта информация заносится в последовательном коде в сдвиговый регистр приема и далее - в регистр приема (RG-R), из которого каждые 3.9 мкс происходит аппаратурное переписывание информации в буфер схемы сопряжения с ИКМ трактом.

Особенностью схемы сопряжения с ИКМ трактом является наличие двух буферов обмена с линией ИКМ. Эти буфера условно обозначаются 0 и 1. При этом, когда буфер-0 активен ( ведет обмен с ИКМ трактом ), буфер-1 пассивен ( доступен для внутренней микро-ЭВМ ). Каждый двух-миллисекундный сверхцикл активный и пассивный буфера меняются местами. Так, например, если в данном сверхцикле буфер-0 активен, а буфер-1 пассивен, то в следующем сверхцикле буфер-0 пассивен, а буфер-1 активен. При смене сверхцикла - каждые 2 мс, в сторону процессора внутренней микро-ЭВМ поступает очередной сигнал прерывания, сигнализирующий о том, что информация, полученная в предшествующем сверхцикле, доступна (в течение 2-х мс) для чтения, а информация предназначенная для передачи по сети и записываемая в текущем сверхцикле, будет передана по сети в следующем сверхцикле (при условии что в текущем сверхцикле будет установлен триггер разрешения передачи во время следующего сверхцикла).

Таким образом, схема сопряжения с ИКМ трактом имеет два идентичных узла в состав каждого из них входят: буферное ОЗУ, мультиплексоры адресов, регистры передачи и приема. Передающий и приемный сдвиговые регистры, как и счетчики синхронизации, являются общими для обоих вышеуказанных узлов.

Буферное ОЗУ внутристанционного ИКМ тракта доступно для внутренней микро-ЭВМ блока БОС как память, при этом в цикле обращения к буферному ОЗУ отсутствуют такты ожидания, что повышает пропускную способность блока БОС.

В буферной области имеется 512 байт - область передачи и такого же объема - область приема. Общий объем буфера, доступный для обращения от микро-ЭВМ блока БОС, составляет 1024 байта.

В составе блока БОС имеется схема аварийного контроля (элементы DD27, DD34). Принцип аварийного контроля заключен в периодическом (каждые 2 мс) сбросе счетчика аварийного контроля при чтении в процессор внутренней микро-ЭВМ информации из приемной области пассивного буфера. Если по каким либо причинам (сбой; отказ оборудования) в течении 15-ти сверхциклов нет чтения, то счетчик аварийного контроля, досчитав до состояния 1111 (OFH), заблокируется и зафиксирует состояние "АВАРИЯ". Сигнал "АВАРИЯ", генерируемый на БОС, программно доступен для центрального процессора. Время формирования состояния "АВАРИЯ" составляет 30 мсек.

В случае поступления сигнала "АВАРИЯ" от БОС, или при отсутствии этого сигнала, если центральный процессор зафиксировал нарушения в принимаемых сообщениях, имеется возможность сброса процессора внутренней микро-ЭВМ по команде от центрального процессора.

Интерфейс с центральным процессором содержит: два информационных регистра (ввод и вывод информации микро-ЭВМ блока БОС) - элементы DD68, DD70; регистр состояния блока БОС (элементы DD61, DD63, DD29,DD39) для центрального процессора и регистр управления от центрального процессора (элемент +DD66); дешифратор адресов, поступающих от центрального процессора, обеспечивающий выбор конкретного блока БОС в циклах обращения со стороны центрального процессора (элементы DD62,DD65); триггер запроса прерываний в сторону центрального процессора (элемент DD29).

При работе блока БОС от центрального процессора поступает сообщение, подлежащее передаче по сети, это сообщение попадает в память микро-ЭВМ блока БОС, и после предварительной подготовки, данное сообщение (целое или по частям) передается в буфер интерфейса внутреннего ИКМ тракта АТС.

Если сообщение, адресованное модулю в котором находится данный БОС, поступило по внутренней сети АТС, тогда микро-ЭВМ блока БОС анализирует правильность принятого сообщения и, если обнаружены ошибки (подсчитанная контрольная сумма не совпадает с переданной), перезапрашивает сообщение. Когда сообщение принято правильно и находится в ОЗУ микро-ЭВМ блока БОС, устанавливается запрос прерываний в сторону центрального процессора. По этому запросу на центральном процессоре запускается процедура приема сообщения от БОС.

Применение внутренней микро-ЭВМ в блоке БОС позволяет организовать гибкое управление обменом по сети, тестирование узлов блока

БОС и многие другие дополнительные функции, серьезно разгружая центральный процессор того модуля АТС, где находится блок БОС, от многих дополнительных действий, связанных с обслуживанием внутренней сети.

3. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ, УНИФИЦИРОВАННЫХ УЗЛОВ, УСТАНОВОЧНЫХ ИЗДЕЛИЙ И МАТЕРИАЛОВ КОНСТРУКЦИИ

3.1 Обоснования выбора элементной базы

Все используемые электро-радио компоненты, ИМС и другие покупные изделия, а также материалы должны обеспечивать показатели надежности и экономическую эффективность станции.

Применяемые комплектующие изделия не должны требовать:

- разбраковки и отбора по техническим параметрам после входного контроля;

- разработки специальных средств для входного контроля.

Элементная база для перспективной аппаратуры должна включать следующие изделия:

- аналоговые и цифровые ИС общего применения;

- современные комплектующие компоненты (резисторы, конденсаторы, реле и т.д.) отвечающие требованиям комплексной миниатюризации и имеющие электрические и массогабаритные показатели, совместимые с ИС;

- специализированные полупроводниковые БИС;

- специализированные гибридно-пленочные БИС.

Для разработки современной аппаратуры необходимы комплектующие изделия, отличающиеся при большой сложности высокой надежностью и ограниченным числом внешних выводов. Такими изделиями являются БИС и СБИС. Стоимость аппаратуры на основе БИС ниже стоимости аналогичной аппаратуры на другой элементной базе. Это объясняется использованием перспективной технологии и уменьшением объема монтажно-сборочных работ. При разработке современных технических решений в системах электросвязи решающими критериями выбора элементной базы являются надежность, долговечность и энергопотребление применяемых компонентов. Стоимость применяемых микроэлектронных изделий должна рассматриваться в комплексе с затратами на монтажные узлы, их производство и настройку. Учитывая, что стоимость собственно компонентов имеет тенденцию к постоянному снижению в соответствии с освоением технологии производства и увеличением серийности на заводе-изготовителе, а стоимость производства аппаратуры, как правило, возрастает, целесообразно закладывать в новые разработки перспективную элементную базу в виде специализированных БИС, Единственное ограничение на применение таких изделий - это степень их отработанности на заводе-изготовителе, гарантирующая надежность и функциональное соответствие применяемых компонентов.

Таким образом, можно выделить следующие основные критерии выбора элементной базы:

- надежность;

- долговечность;

- энергопотребление;

- степень интеграции;

- стоимость.

В настоящее время наиболее распространенными интегральными схемами являются схемы транзисторно-транзиторной логики. Компоненты данной группы широко освоены отечественной промышленностью. Наиболее современная технология ТТЛШ с малым энергопотреблением используется в массовой серии 1533, включающей в свой состав широкую номенклатуру ИС. Данная серия применяется при построении логических узлов аппаратуры в пределах ТЭЗ. Допускается применение ИС серий 555, 531 и схем малой интеграции, входящих в состав МГЖ 580, 1810 для узлов интерфейса, требующих повышенной нагрузочной способности и быстродействия. При применении указанных ИС вместе с ИС основной серии 1533 следует применять схемотехнические решения, обеспечивающие помехоустойчивость узлов.