Курс лекций для студентов очного и заочного отделений по специальности 210406 «Сети связи и системы коммутации»

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 ОДОБРЕНА Предметной комиссией электротехнических дисциплин Председатель Куркин Г.П. ______________ Составлена в соответствии с Государственными требованиями к минимуму содержания и уровня подготовки выпускника по специальности 210406 Зам. директора по УМР СелезнёваС.В. _______________ 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. ^ ТЕМА 1. СЕТИ ЭЛЕКТРОСВЯЗИ 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. При большом числе каналов электросвязи для организации каждого канала помимо основных устройств требуются дополнительные, в частности устрой­ства коммутации каналов, позволяющие организовать непрерывный тракт для передачи электрических сигналов от одного оконечного устройства к другому. ^ Совокупность всех технических средств, обеспечивающих передачу и распределение сообщений, объединенная в общую электрическую схему, образует сеть электросвязи. 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. ^ ОБОБЩЕННАЯ СТРУКТУРНАЯ СХЕМА СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСВЯЗИ 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 ^ Канал связи - 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. ^ ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О СЕТЯХ ЭЛЕКТРОСВЯЗИ 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: «каждый с каждым» (рис. 2 а), сеть надежна, отличается опера­тивностью и высоким 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; радиальный («звезда») (рис. 2б): используется при ограниченном числе абонентских пунктов, расположенных на небольшой терри­тории; радиально-узловой (рис.2в): такую структуру имеют городские телефонные сети, если емкость сети не превышает 80...90тыс. абонентов; радиально-узловой с узловыми районами (рис.2г). Использует­ся при построении телефонных сетей крупных городов. 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 ^ ТЕМА 2. ВЗАИМОУВЯЗАННАЯ СЕТЬ СВЯЗИ РОССИИ (ВСС РФ) 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. ^ Транспортная сеть связи 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. ^ Сеть доступа 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. ^ Использование технических средств на первичной сети общего пользования 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. ^ Магистральные сети связи - технологически сопряженные междугородные сети электросвязи, образуемые между центром Российской Федерации и центрами субъектов Федерации, а также центрами субъектов Федерации между собой. ^ Зоновые (региональные) сети связи - технологически сопряженные сети электро­связи, образуемые в пределах территории одного или нескольких субъектов Федерации. ^ Местные сети связи - 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. ^ Международные сети связи - 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 Скачать 1.7 Mb. оставить комментарий страница 1/9 Рагузина В.Г Дата 28.09.2011 Размер 1.7 Mb. Тип Документы, Образовательные материалы