скачать ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Государственное образовательное учреждение среднего профессионального образования «Орский индустриальный колледж» ГОУ СПО « ОИК» Сети связи Курс лекций для студентов очного и заочного отделений по специальности 210406 – « Сети связи и системы коммутации» 2006
Автор: Рагузина В.Г. – преподаватель Орского индустриального колледжа. Рецензенты: Курс лекций учебной дисциплины "Сети связи" предназначен для реализации государственных требований к минимуму содержания и уровню подготовки выпускников по специальности 210406 среднего профессионального образования базового уровня. Он является единой для всех форм обучения. "Сети связи" – обязательная дисциплина в цикле общепрофессиональных дисциплин. Она базируется на знаниях, полученных студентами при изучении общепрофессиональных дисциплин, и создает базу для изучения специальных дисциплин, так как предшествует их изучению по времени. В дисциплине рассматриваются виды электросвязи, их назначение; взаимоувязанная сеть связи Российской Федерации (ВСС РФ), первичные и вторичные сети связи, их взаимодействие с международными телекоммуникациями; интегральные сети связи; принципы управления сетями связи, обеспечение их устойчивого функционирования. В результате изучения дисциплины студент должен: иметь представление: - об определении построения сетей связи различных уровней; - о перспективах развития сетей связи на основе их интеграции и расширения услуг пользователям; знать: - требования и нормы сетей связи России и международных телекоммуникаций в части унификации оборудования, систем нумерации, управления сетями, качества представляемых услуг; уметь: - давать сравнительные характеристики различным сетям связи по способам их построения, бесперебойности (живучести), экономичности; - составлять схемы сетей связи по заданным условиям. При изучении дисциплины необходимо обратить внимание на ее прикладной характер, показывать на конкретных примерах и ситуационных задачах, где и когда изучаемые теоретические положения и практические навыки могут быть использованы в будущей практической деятельности выпускника. Необходимо соблюдать единство терминологии и обозначений, норм и требований в соответствии с государственными и международными стандартами. При изучении дисциплины учитываются межпредметные связи с дисциплинами: Введение в специальность. Дисциплина «Сети связи» является базовой дисциплиной для изучения предметов: Интеграция сетей связи, Линейные сооружения связи, Цифровые системы коммутации. Введение Краткая история развития электросвязи. На заре становления человеческого общества общение между людьми было весьма скудным. Воткнутая в землю ветка указывала, в каком направлении и на какое расстояние ушли люди; особо положенные камни предупреждали о появлении врагов; зарубки на палках или деревьях сообщали об охотничьей добыче и пр. Существовала и примитивная передача сигналов на расстояние. Сообщения, закодированные в виде определенного числа выкриков либо ударов барабана с изменяющимся ритмом, содержали ту или иную информацию. В десятом томе «Всеобщей истории» древнегреческого историка Полибия (ок. 201-120 г. до н.э.) описан способ передачи сообщений на расстояние с помощью факелов (факельный телеграф), изобретенный александрийскими учеными Клеоксеном и Демоклитом. В 1800 г. итальянский ученый А. Вольта создал первый химический источник тока. Это изобретение дало возможность немецкому ученому С. Земмерингу построить и представить в 1809 г. Мюнхенской академии наук проект электрохимического телеграфа. Телеграф Земме-ринга имел много недостатков и не нашел практического применения. Понадобилось более 20 лет, чтобы появилась первая практически применимая система телеграфирования. Ее автор - выдающейся русский ученый П.Л. Шиллинг. В октябре 1832 г. состоялась первая публичная демонстрация электромагнитного телеграфа. В том же году с помощью телеграфа Шиллинга была налажена связь между Зимним дворцом и Министерством путей сообщения. Подлинную революцию в деле электросвязи по проводам произвели русский академик Б.С. Якоби и американский ученый С. Морзе, предложившие независимо друг от друга пишущий телеграф. Заслугой С. Морзе является создание используемой до сих пор телеграфной азбуки, в которой буквы обозначались комбинацией точек и тире. В 1841 г. Б.С. Якоби ввел в эксплуатацию линию, оборудованную пишущим телеграфом и соединявшую Зимний дворец с Главным штабом. Через два года аналогичная линия протяженностью 2!5 км была построена между Петербургом и Царским Селом. Первая действующая линия связи в США (Вашингтон - Балтимор, 63 км) начала действовать в 1844 г. В 1850 г. Б.С. Якоби сконструировал первый буквопечатающий аппарат, который в 1874 г. был усовершенствован американцем Д. Юзом и французом Ж. Бодо. В июне 1866 г. была осуществлена прокладка кабеля через Атлантический океан. Европа и Америка оказались связанными телеграфом. С 1866 г. телеграфные линии потянулись во все концы земного шара, связав между собой страны и континенты. Рождение телеграфа дало толчок к появлению телефона. Начиная уже с 1837 г. многие изобретатели пытались передать на расстояние человеческую речь с помощью электричества. Почти через 40 лет эти опыты увенчались успехом. В 1876 г. американский изобретатель А.Г. Белл запатентовал устройство для передачи речи по проводам - телефон. В 1878 г. русский ученый М. Махальский сконструировал первый чувствительным микрофон с угольным порошком, который в модернизированном виде применяется во всех современных телефонных аппаратах. На первых порах для телефонной связи использовались телеграфные линии. Но для улучшения качества связи потребовалось строительство специальных двухпроводных телефонных линий. Такая линия была спроектирована в 1895 г. между Петербургом и Москвой профессором Петербургского электротехнического института П.Д. Войнаровским и построена в 1898 г. Существенный вклад в усовершенствование телефона внес русский физик П.М. Голубицкий, который в 1886 г. разработал новую схему телефонной связи. Согласно этой схеме микрофоны абонентских телефонных аппаратов получали питание от одной (центральной) батареи, расположенной на телефонной станции. Эта система была внедрена во всем мире под названием системы ЦБ. Первые телефонные станции в России были построены в 1882-1883 гг. в Москве, Петербурге, Одессе. Уже в конце прошлого столетия Земля оказалась опоясанной проводами и кабелями, соединяющими города и континенты. Однако проводная связь не могла удовлетворить быстрорастущие потребности промышленности, транспорта и особенно судоходства. В беспроволочной связи остро нуждались мореплаватели и военный флот. Изобретение радио - заслуга нашего выдающегося соотечественника, талантливого» русского ученого А.С. Попова. Первая публичная демонстрация устройства А.С. Попова для приема электромагнитных волн состоялась на заседании Русского физико-химического общества 7 мая 1895 г. Этот день и вошел в историю как день изобретения радио. В марте 1896 г. А.С. Попов передал электрическими сигналами без проводов текст, состоящий из двух слов («Генрих Герц»), на расстояние всего 250 м. А уже в 1900 г. радиосвязь использовалась на практике при снятии с камней броненосца «Генерал-адмирал Апраксин» и при спасении рыбаков, унесенных в море. В 1913 г. был организован радиотелеграфный завод с радиолабораторией под руководством М.В. Шулейкина, а в 1914 г. в Москве и Петербурге построены первые искровые радиостанции. Сотрудники созданной в 1918 г. Нижнегородской лаборатории (ее возглавил М.А. Бонч-Бруевич) уже в 1922 г. построили в Москве первую в мире радиовещательную станцию мощностью 12 кВт, а 17 сентября 1922 г. состоялась первая передача радиоцентра. К 1924 г. радиовещательные станции появились в Ленинграде, Горьком. В 1935 г. между Нью-Йорком и Филадельфией вступила в строй радиолиния на ультракоротких волнах. Она имела протяженность 150 км. Чтобы перекрыть это расстояние, через 50 и 100 км были построены две промежуточные «релейные» станции, которые принимали ослабленные радиоволны, «заменяли» их НОВЫМИ и посылали дальше. Сама радиолиния была названа «радиорелейной линией». Отныне во все концы земного шара протянулись цепочки радиорелейных линий. Строительство первой радиорелейной линии в нашей стране было осуществлено в 1953 г. между Москвой и Рязанью. «Бип...бип...бип». Эти сигналы услышал 4 октября 1957 г. весь мир. Наступила эра освоения космоса. Совсем небольшой срок отделяет нас от этой даты, а на космические орбиты уже запущены тысячи искусственных спутников, исправно служащих человеку. В 1947 г. появилось первое упоминание о разработанной фирмой «Белл» системе с импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ). Система оказалась громоздкой и неработоспособной. И только в 1962 г. была внедрена в эксплуатацию первая коммерческая система передачи ИКМ – 24. 23 апреля 1965 г в СССР был запущен искусственный спутник Земли «Молния-1», на борту которого находилась приемопередающая ретрансляционная станция. В 1960 г. в Америке был создан первый в мире лазер. Это стало возможным после появления работ советских ученых В.А. Фабриканта, Н.Г. Басова и А.М. Прохорова и американского ученого Ч. Таунса, получивших Нобелевскую премию. «Обучать» лазеры передаче на расстояние информации стали вскоре после их изобретения. Первые лазерные линии связи появились в начале 60-х годов этого столетия. В нашей стране первая такая линия была построена в 1964 г. в Ленинграде. Москвичам хорошо знакомы такие уголки столицы, как Ленинские горы и Зубовская площадь. В 1966 г. между ними засветилась красная нить лазерного света. Связывала она две городские АТС, находящиеся на расстоянии 5 км друг от друга. В 1970 г. в американской фирме «Сorning Glass Company» было получено сверхчистое стекло. Это дано возможность создать и внедрить повсеместно оптические кабели связи. ^ ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ В наши дни каждый человек пользуется теми или иными услугами электросвязи: слушает радио, смотрит телевизионные передачи, разговаривает по телефону, отправляет и получает телеграммы и т. д. В любом случае услуга электросвязи заключается в передаче сообщения из одного пункта в другой. Для передачи каждого сообщения нужна система электросвязи в виде совокупности определенных технических устройств (средств). Систем электросвязи, а следовательно, и технических средств требуется очень много, поскольку речь идет о возможности предоставления услуг электросвязи всем желающим. Например, каждый радиослушатель пользуется «своей» системой электросвязи, состоящей из многих различных устройств. Оконечными устройствами таких систем являются микрофон и электродинамический громкоговоритель радиоприемника. Технические средства системы обеспечивают перенос сообщения из студии (места установки микрофона) до слушателя (места расположения радиоприемника). Количество подобных систем электросвязи равно числу индивидуальных радиоприемников. В рассматриваемом примере передаваемое сообщение (радиопередача) предназначено одновременно большому числу слушателей, поэтому передающую часть таких систем можно сделать общей. Аналогичная ситуация имеет место в телевидении, где количество «индивидуальных» систем электросвязи для передачи и приема телевизионных программ определяется числом телевизионных приемников. Рассмотрим пример из области телефонной связи. Для каждого телефонного разговора также нужна система электросвязи, обеспечивающая передачу и прием речевых сообщений. П ![]() ^ . В зависимости от вида электросвязи сети присваивается то или иное название: телефонная сеть, телеграфная сеть, сеть передачи данных, сеть передачи газет, сеть звукового вещания, сеть телевизионного вещания. Часть этих сетей, (телефонная, телеграфная, факсимильная, передачи данных) предназначена для передачи индивидуальных сообщений. Сети телевизионного и звукового вещания, а также сеть передачи газет рассчитаны на передачу массовых сообщений. Сети электросвязи в большинстве случаев являются сетями общего пользования в том смысле, что каждый человек может использовать их для передачи и приема или только приема различных сообщений. ^ Система электросвязи - это совокупность технических средств и среды распространения, обеспечивающая передачу сообщений. Обобщенная структурная схема систем электросвязи показана на рис.1. Сообщение с выхода источника сообщения (ИС) при помощи преобразователя сообщение - сигнал (Пр. С-С) преобразуется в первичный электрический сигнал, которые не всегда удобно (а иногда невозможно) непосредственно передавать по линии связи. Поэтому первичные сигналы при помощи передатчика (ПРД) преобразуются в так называемые вторичные сигналы, характеристики которых хорошо согласуются с характеристиками линии связи. С вызова линии связи сигналы поступают на вход приемника (ПРМ) и через (Пр. С-С) - потребителю сообщения (ПС). ![]() Рисунок 1 - Обобщенная структурная схема систем электросвязи ^ - совокупность технических устройств (преобразователей) и среды распространения, обеспечивающих передачу сигналов на расстояние. Каналы и системы связи, использующие искусственную среду распространения (металлические провода, оптическое волокно) называются проводными, а каналы и системы связи, в которых сигналы передаются через открытое пространство - радиоканалами и радиосистемами. ^ Сеть связи - это совокупность технических средств, обеспечивающих передачу и распределение сообщений. Принципы построения сетей связи зависят от вида передаваемых и распределяемых сообщений. Существуют следующие принципы построения (топологии) сетей:
качеством передачи сообщений, на практике применяется при небольшом числе абонентов, сеть состоит из пунктов А и соединительных линий (СЛ), связывающих все пункты между собой, в пунктах сети размещаются оконечные абонентские устройства систем электросвязи, поэтому эти пункты называются оконечными или абонентскими, соединительные линии (СЛ) выполняют роль каналов электросвязи между оконечными устройствами. Каждый абонент такой сети имеет постоянную и прямую связь со всеми другими абонентами;
Для обеспечения передачи индивидуальных сообщений необходимо связать (соединить) оконечные аппараты абонентов. Электрическая цепь (канал), состоящая из нескольких участков и обеспечивающая передачу сигналов между абонентами, называется соединительным трактом. Процесс поиска и соединения электрических цепей называется коммутацией каналов. Сеть, обеспечивающая коммутацию каналов, называется сетью с коммутацией каналов (СКС). Узловые станции сети СКК называются станциями коммутации. ![]() Рисунок 2а - Топология сети «каждый с каждым А - абонентское устройство; СЛ- соединительная линия ![]() Рисунок 2 б - Топология сети «звезда»: А - абонентское устройство; АЛ - абонентская линия; С – станция ![]() Рисунок 2в - Радиально – узловая топология сети А - абонентское устройство; АЛ - абонентская линия; С1, С2 , С 3 – станции ![]() Рисунок 2г – Топология радиально – узловой сети с узловыми районами УВС – узел входящих сообщений УИС – узел исходящих сообщений ^ Основные положения Основой развития электросвязи СССР была Общегосударственная единая автоматизированная сеть связи (ЕАСС), обеспечивающая функционирование телефонной, телеграфной передачи и прием газетных полос, передачу данных радиовещания и телевидения. В период перестройки были проведены работы по преобразованию сети ЕАСС во Взаимоувязанную сеть связи Российской Федерации (ВСС РФ) с учетом структурных преобразований страны и развития новейших технических средств (рис. 3). ![]() Рисунок 3 – Взаимоувязанная сеть связи Российской Федерации Связь Российской Федерации как часть инфраструктуры страны представляет собой совокупность сетей, служб и оборудования связи, расположенных и функционирующих на территории страны. Она предназначена для удовлетворения потребностей населения, органов государственной власти и управления, обороны, безопасности, правопорядка, а также, пользователей всех категорий в услугах электросвязи . Структурно ВСС РФ является иерархической системой и включает в себя три уровня (рис. 4). Первый уровень - первичная сеть, второй уровень - вторичная сеть, третий уровень образуют системы (службы) электросвязи определенного вида в зависимости от предоставляемых абонентам услуг. ![]() Рисунок 4 – Архитектура ВСС Первичная сеть ВСС представляет собой совокупность узлов, линий передачи, типовых физических цепей, типовых каналов передачи и сетевых трактов ВСС. Первичная сеть представляет вторичным сетям каналы передачи и физические цепи. На основе типовых каналов передачи и физических цепей первичной сети с помощью узлов и станций коммутаций организуются различные вторичные сети (телефонная, телеграфная, передачи данных, передачи газет, сети распределения программ ТВ и ЗВ). Вторичные сети обеспечивают транспортировку, коммутацию, распределение сигналов в службах электросвязи. На базе вторичных цепей организуются системы электросвязи, представляющие собой комплекс технических средств, осуществляющих электросвязь определенного вида и включающие в себя соответствующую вторичную сеть. Система электросвязи может включать в себя одну или несколько служб электросвязи и одну или несколько сетей электросвязи. Служба электросвязи представляет собой организационно-техническую структуру на базе сети связи (или совокупности сетей связи), обеспечивающую обслуживание связью пользователей с целью удовлетворения их потребностей в определенном наборе услуг электросвязи. Различают два вида служб электросвязи: службы переноса и телеслужбы (службы предоставления связи). Служба переноса обеспечивает только возможность передачи сигналов между стыками сети. Оконечные устройства не входят в службы переноса. Телеслужба обеспечивает полную реализацию (включая функцию оконечных устройств) возможностей определенного вида связи между пользователями. Телеслужба организуется на базе службы переноса и оконечных устройств. Примерами телеслужб являются службы телефонной связи, телекса, бюрофакса. В качестве составной части соответствующей телеслужбы в архитектуру входят оконечные устройства, располагающиеся у пользователя. Помимо принятого разделения сетей ВСС на первичные и вторичные возможно другое двухуровневое разделение: на транспортную сеть и сеть доступа. ^ состоит из междугородной и зоновых (региональных) сетей связи. Сеть доступа (абонентская сеть или сеть абонентского доступа) является местной сетью. Транспортная сеть предназначена для передачи высокоскоростных (широкополосных) потоков сообщения и их накопления. ^ состоит из абонентских линий (на металлических или оптических кабелях или радиоканалах) с подключенными к ним абонентскими оконечными устройствами местных станций коммутаций, соединяющих их линии передачи и линии передачи к узлам транспортной сети. ^ Основным средством цифровизации первичной сети должны быть цифровые СП, обеспечивающие образование следующих цифровых каналов и групповых цифровых трактов: - основных цифровых каналов 64 кбит/с; - первичных цифровых каналов и цифровых групповых трактов 2048 кбит/с; - вторичных цифровых каналов и цифровых трактов 8448 кбит/с; - третичных цифровых каналов и цифровых групповых трактов 34368 кбит/с; - четвертичных цифровых каналов и цифровых групповых трактов 139264 кбит/с; - групповых цифровых трактов СЦИ первого уровня 155520 кбит/с; - групповых цифровых трактов СЦИ четвертого уровня 622080 кбит/с; - групповых цифровых трактов СЦИ шестнадцатого уровня 2488320 кбит/с. По территориальному признаку и назначению первичные и вторичные сети подразделяются на магистральную (междугородную - для вторичных сетей), внутризоновые (зоновые) и местные сети, а также международные сети. ^ - технологически сопряженные междугородные сети электросвязи, образуемые между центром Российской Федерации и центрами субъектов Федерации, а также центрами субъектов Федерации между собой. ^ - технологически сопряженные сети электросвязи, образуемые в пределах территории одного или нескольких субъектов Федерации. ^ - технологически сопряженные сети электросвязи, образуемые в пределах административной или определенной по иному принципу территорий, не относящиеся к региональным сетям связи. Местные сети подразделяются на городские и сельские. ^ - технологически сопряженные с сетями связи иностранных государств сети электросвязи, находящиеся в ведении хозяйствующих субъектов, которым предоставлены права международных операторов. В настоящее время в структуру ВСС входят следующие системы электросвязи общего пользования: телефонной связи (СТфС), телеграфной связи (СТгС), факсимильной связи (СФС), передачи газет (СПГ), передачи данных (СПД), распределения программ звукового вещания (СРПЗВ), распределения программ телевизионного вещания (СРПТВ). Функциональная структура ВСС приведена на рис.5. Развитие сетей ВСС РФ предусматривает постепенный переход на двухуровневую структуру организации связи: транспортную сеть и сеть доступа (абонентскую сеть). ![]() Рисунок 5 – Функциональная структура ВСС РФ Магистральные, внутризоновые и часть местных цифровых наложенных первичных сетей являются основой транспортной цифровой сети связи России. Местные и первичные сети на участке «местный узел - оконечное устройство» в соответствии с новой терминологией является сетью доступа (рис. 6) ![]() Рисунок 6 – Двухуровневая структура построения первичной сети ОП
|