сетей электросвязи.

1.1. Сеть электросвязи и ее составные части.

 

Система электросвязи – это совокупность передатчика, линии связи и приемника, обеспечивающая доставку информационных сигналов между любыми точками пространства. Обобщенная структурная схема системы связи приведена на рис. 1.1.

Источник сообщения (ИС) генерирует сообщения любого вида (аудио, видео, текст, данные и пр.). Они поступают в передатчик, который преобразует их в сигнал. Информационный сигнал распространяется в линии связи в присутствии помех и поступает в приемник. Здесь сигнал вновь превращается в сообщение, которое и поступает получателю сообщения (ПС). Такая структура системы связи вызвана тем, что информация обладает одним уникальным свойством: она зарождается в одном месте, а потребляется в другом. И, вне зависимости от расстояния между отправителем и получателем, сигналы, несущие информацию, должны передаваться по какой-либо электромагнитной направляющей системе – линии связи. Это неотъемлемая часть любой системы связи. Как рельсы необходимы для перемещения вагонов с грузами и пассажирами, так направляющие системы (линии связи) необходимы для перемещения информационных сигналов в телекоммуникационных системах.

Из рассмотрения сути системы связи следует, что к получателю сообщения поступает не оригинал, а копия сообщения. Этим системы связи отличаются от любых других транспортных систем и почтовой связи, в которых перемещаются материальные объекты. Основная задача системы связи состоит в том, чтобы сообщение было доставлено нужному адресату, вовремя и с минимальным отличием копии от оригинала. Обеспечению поставленной задачи мешают посторонние электромагнитные процессы – помехи. Источники помех располагаются как вне системы (природного и техногенного характера), так и внутри системы (передатчиках, приемниках, в соседних каналах). Их присутствие приводит к тому, что вид сигнала на выходе направляющей системы всегда не соответствует виду сигнала на ее входе.

На рисунке 1.1 показана однонаправленная (слева направо) одноканальная (один источник и один получатель) система связи. Для обмена информацией необходимо иметь на каждой стороне передатчик и приемник. Множество таких абонентских пунктов надо соединить между собой сетью связи. Это позволит обмениваться информацией между любой парой пользователей (абонентов).

В общем виде сеть связи представляет собой совокупность направляющих систем (соединительных и абонентских линий), систем передачи (аналоговых или цифровых), узлов коммутации, обеспечивающая доставку сообщений между любой парой пользователей по адресу, находящихся в любой точке пространства.

Сети связи достаточно сложные образования, в которых необходимо не только обеспечивать передачу информационных сигналов, но и распределение информационных потоков в соответствии с адресами сообщений. В этом случае линии связи играют еще более важную роль, так как маршрут передачи любого сигнала прокладывается через несколько разных направляющих систем, соединенных между собой в узловых точках сети. От качества и уровня защиты как отдельных участков направляющих систем и узловых точек, так и всего маршрута зависят основные показатели работы всей сети связи. Это объемные показатели – количество информации, скорость передачи информационных сигналов, время доставки. Это и качественные показатели – вероятность засылки сообщений не по адресу (ошибки в узловых точках распределения информационных потоков), степень отличия копии от оригинала (достоверность), качество сервиса и его уровень. Только достаточное количество своевременно полученной информации в пункте адресации может служить основой для принятия оптимального решения при управлении (в широком смысле слова) каким-либо процессом. Таким образом, не только от наличия передатчиков, приемников, направляющих систем зависит качество информационного обмена, но оно еще зависит и от способа соединения отдельных узлов и звеньев сети между собой, т.е. от ее топологии.

Существует несколько классических топологических структур (рис. 1.2).

Полносвязная сеть или топология типа «каждый с каждым» (рис.1.2,а). Применяется при небольшом числе узлов коммутации (УК) на ограниченном пространстве, например, сеть крупных железнодорожных узлов.

Радиальная сеть или топология типа «звезда» (рис 1.2,б). По такому принципу строятся местные телефонные сети, в которых автоматическая телефонная станция (АТС) через абонентские линии (а.л.) соединяется с телефонными аппаратами (ТА).

Радиально-узловая сеть или топология «пирамида» (рис 1.2,в). Эта сеть строится по иерархическому принципу, когда узлы низшей ступени подчиняются узлам высшей ступени иерархии. Такая топология хорошо согласуется с построением системы управления и поэтому применяется для организации магистральных и дорожных связей.

Помимо упомянутых классических топологических структур, находят применение и их разновидности и комбинации (рис 1.3.).

На железнодорожном транспорте часто встречаются линейные структуры с последовательным (рис 1.3,а) или параллельным (рис1.3,б) включением терминалов. Так строятся диспетчерские цепи, локальные сети в административных зданиях и на территориях замкнутых производств. В локальных сетях часто применяют кольцевую (рис 1.3,в) или древовидную (рис 1.3,г) структуры.

Кроме линий связи и конфигурации по их соединению, в состав сети связи входит каналообразующая аппаратура или системы передачи. На рис.1.1. она отражена в виде системы преобразования (ПрС-С) и устройства преобразования сигналов (УПС). Первая из них обеспечивает преобразование сообщения в сигнал на передаче и обратное преобразование на приеме. Вторая обеспечивает сопряжение передатчика и приемника с линией. На рис. 1.1. показана некоммутируемая цепь, то есть цепь, соединяющая напрямую источник сообщения с получателем сообщения. Чаще имеет место соединение источника и получателя через коммутационные станции (одну или несколько), то есть в состав сети входят еще коммутационные станции или узлы коммутации.

Окончательно, сеть связи – такая организационно-техническая структура, которая включает направляющие системы, системы передачи, узлы коммутации и абонентские линии, покрывающие некоторую территорию и обеспечивающие доставку информации между любой парой пользователей в соответствии с адресом.

 

1.2. Принцип организации ЕСЭ России

В настоящее время системы телекоммуникаций занимают в мире все больше и больше места. Мы живем в информационном обществе. Век механизации и автоматизации закончился, начинается век или эра информатизации. И в этом мире информации не малую роль играют средства транспортировки, средства доставки информации. Системы связи доставляют информацию в нужное место и в нужное время. На её основе работают все системы управления, ибо управление и информация неразрывны. Управление есть продукт переработки информации. Только при наличии знания ситуации можно говорить об управлении в широком смысле этого слова. Тем более без наличия качественной информации нельзя себе представить управление в любой отрасли производства, в том числе и на транспорте.

Место системы связи на железнодорожном транспорте, системы технологической связи, как составной части технологического процесса перевозок грузов и пассажиров, можно представить себе, рассматривая общую структуру единой сети электросвязи (ЕСЭ) Российской Федерации (рис. 1.4). Она включает в себя сети общего пользования и сети ограниченного пользования.

Сеть общего пользования предназначена для возмездного оказания услуг электросвязи любому пользователю как физическому, так и юридическому лицу.

Сети ограниченного пользования состоят из выделенной сети, сети технологической связи и сети специального назначения.

Выделенные сети предназначены для возмездного оказания услуг ограниченному кругу пользователей. Их еще можно назвать частными сетями, так как они могут принадлежать какому-либо частному лицу.

Сети связи специального назначения предназначены для нужд государственного управления обороны страны и обеспечения правопорядка.

Технологические сети предназначены для обеспечения производственной деятельности организаций, управления технологическими процессами в производстве. Они есть в разных ведомствах: РАО ЕС, Газпром, транспорт (в том числе и ж.-д.) и др.

Из этого следует, что сеть связи железнодорожного транспорта есть составная часть ЕСЭ. Это накладывает свои отпечатки на построение сети, на понимание ее роли в общей системе связи России и на требования к ее техническому и организационному построению.

Прежде всего, вопросы резервирования. Имея достаточный объем технических средств, достаточное количество услуг и их качество, можно говорить о предоставлении взаимного резервирования по канальным ресурсам, по ресурсам коммутационных средств, по терминальному оборудованию, по ресурсам памяти и пр. Такой взаимообмен выгоден обеим сторонам и позволяет с меньшими затратами получать тот же набор услуг, а следовательно, получить какой-то экономический эффект.

Во-вторых, являясь частью ЕСЭ, сеть технологической связи ж.-д. транспорта должна удовлетворять всем требованиям по качеству функционирования, международным стандартам и нормам, чтобы быть востребованной для замен, обходов, резервирования и других целей.

Телекоммуникационная сеть является составной частью инфокоммуникационной сети, которая представляется совокупностью средств обработки и передачи информации и образует информационное пространство.

Место системы связи, системы телекоммуникаций в информационном пространстве можно представить в виде одного звена информационной цепи (рис.1.5), которая включает в себя различные этапы работы с информацией.

Это генерация, преобразование, передача, хранение и обработка информации. Пользователи информационных услуг являются источниками и потребителями информации. Эту часть информационного поля можно представить в виде звена – информационные ресурсы. Информация не только возникает и потребляется в недрах пользователя, но и хранится в базах данных, с ней производятся вычисления по тем или иным программам. Это звено информационной цепи – вычислительная техника в виде информационных хранилищ, мейнфреймов и персональных компьютеров. Связующим звеном между информационными ресурсами и вычислительной техникой, поистине золотым звеном информационной цепи, является система связи.

Здесь происходит преобразование любого вида информации (аудио, видео, текст, данные) в сигнал и транспортировка его в любую точку пространства, на любые расстояния, в любых условиях.

Согласно закону “О связи” под термином “Электрическая связь” (электросвязь) понимается всякая передача или прием знаков, сигналов, письменного текста, изображений, звуков по проводной, радио, оптической и другим электромагнитным системам. В Рекомендациях Международного Союза Электросвязи МСЭ Q.9 и МСЭ I. 112 под этим понимают средство, позволяющее корреспонденту доставлять одному или нескольким корреспондентам или возможным корреспондентам информацию любого рода в любой используемой форме (письменный или печатный документ, неподвижное или подвижное изображение, речь, музыка, видимые или слышимые сигналы, сигналы управления и т.д.) с использованием любой электромагнитной системы (проводная передача, радиопередача, оптическая передача и т.д. или сочетание этих различных систем). Там же определена услуга связи, как вид обслуживания, который полностью реализует возможности (включая функции терминального оборудования) связи между пользователями в соответствии с протоколами, установленными для соответствующего вида связи.

Из этого следует, что инфокоммуникационная система представляется совокупностью технических средств ввода/вывода (терминалы), передачи (электромагнитные системы и каналообразующая аппаратура) и распределения информации (коммутаторы), пронизывающих все информационное пространство и предоставляющая пользователям услуги по передаче любых сообщений, а сети связи предоставляют только услуги по преобразованию и переносу сигналов между точками размещения пользователей.

Сегодня практически никакое общение людей или автоматов между собой, находящихся на небольших или значительных расстояниях друг от друга, невозможно представить себе без сети связи.

 

1.3. Сообщения и сигналы

1.3.1. Информация и сообщения

Любое сообщение, передаваемое по сети связи, несет какую-либо информацию. Под термином «информация» понимают различные сведения, которые получает человек из окружающего его мира. Определений информации много. Академик А.А.Харкевич дает такое определение: «Информация – это сведения, являющиеся объектом хранения, передачи, преобразования». Академик В.И.Сифоров говорит: «Информация – это объективно существующее свойство материи, заключающееся во внутреннем и внешнем многообразии материальных образований». Применительно к системам управления под информацией можно понимать сведения, являющиеся объектом преобразования, хранения, передачи, распределения и непосредственного использования для активного воздействия на объект управления с целью получения максимального эффекта от его функционирования. Это могут быть сведения о результатах измерения каких-либо параметров объекта, наблюдение за его поведением, описание его состояний, нормативные данные и пр.

Информация всегда сопровождается изменением чего-либо: свет, звук, параметры электрического, магнитного, электромагнитного, гравитационного полей и др. Чем больше оттенков, состояний, значений может иметь тот или иной параметр наблюдаемого объекта, тем больше информации несет он для целей управления.

Формой существования информации являются сообщения, которые представляют собой некую законченную форму, имеющую признак начала, содержание сведений, адрес, идентификатор отправителя, признак конца. Одно и то же сообщение может быть представлено в разной форме. Например, сведение о приезде родственника поездом может быть передано по телефону (звуковая форма) или в виде телеграммы (текстовая форма).

Информация может иметь различный вид. В случае телефонного разговора мы имеем дело с аналоговой информацией, вырабатываемой органами речи человека. В случае передачи телеграммы мы имеем дело с дискретной информацией, вырабатываемой рукой человека. И в том, и в другом случае сообщение представлено в буквах, из которых составлены слова, в знаках и в цифрах. Но в первом случае звуки речи имеют бесконечное число уровней громкости и частоты, а во втором случае число букв, знаков и цифр составляет конечное множество. Этим и отличается аналоговая (непрерывная) информация от дискретной.

Количество информации в сообщении определяется в битах (сокращение от английского binary digit – двоичная единица). Чем меньше вероятность появления того или иного элемента сообщения, тем большее количество информации воспринимается получателем.

Среднее количество информации Н(А), которое приходится на одно сообщение, определяется выражением:

[бит/сообщение]. (1.1)

 

Выражение (1.1) известно как формула К.Шеннона для энтропии источника сообщений. Энтропия – это мера неопределенности в поведении источника. Энтропия равна нулю, если с вероятностью единица источник выдает всегда одно и то же сообщение. В этом случае неопределенность в поведении источника отсутствует.

Среднее количество информации, выдаваемое источником в единицу времени, называют производительностью источника:

 

бит/с (1.2)

 

где: Т – среднее время, отводимое на передачу одного сообщения.

 

Для оценки каналов передачи информации вводят характеристику – скорость передачи информации R. Она измеряется количеством бит, переданных в секунду. Максимально возможное значение скорости передачи информации по каналу связи называется пропускной способностью канала и обозначается буквой С.

 

1.3.2. Виды сообщений систем связи

Системы электросвязи имеют дело с передачей различных сообщений. Их можно разделить на две большие группы: непрерывные и дискретные. К непрерывным сообщениям относятся телефонные, факсимильные, сообщения звукового и телевизионного вещания. К дискретным относятся телеграфные сообщения и сообщения передачи данных. Каждое из них имеет свои особенности и характеристики.

Наиболее распространенными являются телефонные (речевые) сообщения.

Звуковые колебания представляют собой колебания воздуха, проходящего через речевой аппарат и воспринимаемые органом слуха человека. Этот процесс называется звуковой волной, а пространство, в котором распространяются звуковые волны – звуковым полем. Скорость распространения звуковой волны (скорость звука) при Т= +20˚ С и нормальном атмосферном давлении равна 344 м/с.

Органами речи и слуха человека воспроизводятся и воспринимаются звуки с частотами от 20 до 20 000 Гц. Однако качество речи остается вполне удовлетворительным, если ограничить спектр снизу и сверху частотами 300 Гц и 3400 Гц. При этом сохраняется хорошая разборчивость речи и удовлетворительная натуральность ее звучания.

Сообщения звукового вещания. Источниками звука в системах радиовещания и радиооповещения являются музыкальные инструменты или голос человека. Формирование их и прием осуществляется так же, как и телефонных сообщений. Однако, в зависимости от требований к качеству воспроизведения, ширина спектра может быть различна. Для каналов первого класса полоса частот составляет 50÷10 000 Гц, а для каналов высшего класса 30÷15 000 Гц.

Факсимильные сообщения применяются для передачи на расстояние различного рода неподвижных изображений (документы, чертежи, таблицы, рисунки, фотографии). В факсимильных аппаратах происходит построчное «просматривание» передаваемого изображения световым пятном, формируемым системой оптических линз. Освещаемая площадка не велика по размеру (обычно d = 0,02÷0,04 мм² ).

Это световое пятно перемещается сначала вдоль одной строки, затем переходит на другую и движется по ней – и так до конца последней строки. Свет, отражаясь от каждой элементарной площадки (рис.2.9,б) попадает на фотоэлемент и вызывает в его цепи ток. Значения тока зависят от яркости отраженного света. Ширина спектра факсимильного сигнала зависит от скорости развертки изображения и размеров светового пятна.

На стандартном листе бумаги формата А4 в строке помещается в среднем 1800 черно-белых элементов изображения. Если в факсимильном аппарате скорость развертки составляет 60 строк/мин, т.е. каждая строка «просматривается» за 1 секунду, то при ширине пятна 0,2 мм за эту же секунду 900 раз будет осуществлен переход с черного на белое или наоборот. Это значит, что максимальная частота чередования импульсов равна 900 Гц. Для сохранения хорошей степени «прямоугольности» импульсов, нужно передавать, кроме основной гармоники, еще и несколько высших. Следовательно, ширина спектра факсимильного сигнала может колебаться в пределах 1000÷3000 Гц.

Телевизионные сообщения. Любое подвижное изображение – это смена через каждые 40 мс одного неподвижного изображения другим (25 кадров в секунду). Каждое неподвижное изображение содержит свыше полумиллиона элементарных площадок. Значит, каждый элемент изображения придется рассматривать в течение одной полумиллионной доли от отведенных на весь кадр 40 мс, т.е. на одном элементе развертывающий луч «задерживается» не более 80 миллиардных долей секунды (80 нс).

Если предположить, что передается черно-белое изображение, то всего будет 625 строк * 833 элемента = 520 625 элементарных площадок. При передаче 25 кадров в секунду получаем 25х520625 = 133 015 625 элементов и переход с черного на белое, или наоборот, происходит примерно 6 500 000 раз в 1 секунду. Это верхняя граница ширины спектра. Нижней границей считают 50 гц – частота звукового сопровождения. Таким образом, спектр телевизионного сигнала лежит в пределах от 50 Гц до 6,5 МГц.

Телеграфные сообщения и сообщения передачи данных. Эти сигналы относятся к дискретным. И в телеграфии, и в передаче данных используют импульсно-кодовый метод передачи. Сигналы обычно имеют вид последовательности прямоугольных импульсов одинаковой длительности, сгруппированных в комбинации в соответствии с кодом. Скорость передачи импульсов зависит от их длительности t₀, определяется выражением В = 1/ t₀ и имеет размерность Бод, в честь француза Ж.Э.Бодо – изобретателя синхронного телеграфного аппарата.

В телеграфии используются скорости 50, 100, 200 Бод, в передаче данных 600, 1200, 2400 Бод и выше.

Импульсы можно уверенно фиксировать на приеме, если для их передачи используется ширина полосы частот, численно равная скорости передачи. Следовательно, для телеграфирования необходима полоса частот 50 Гц, а для среднескоростной передачи данных – примерно от 1200 Гц до 4800 Гц.

1.3.3. Виды сигналов

Сообщения, поступающие от источника, преобразуются в сигнал, который является переносчиком информации в системе связи. Направляющая система, как элемент системы связи, является транспортным средством для доставки сигнала из одной точки пространства в другую с заданными качественными показателями.

Различают четыре вида сигналов.

Непрерывный (аналоговый) сигнал (рис. 1.6). Такие сигналы могут изменяться произвольно в любые мгновения времени и принимать любые значения из множества возможных.

Дискретизированный (импульсный) сигнал (рис. 1.7). Этот сигнал может принимать любые значения из непрерывного множества, но изменяться только в определенные моменты времени. По значениям параметра в моменты отсчета через определенные интервалы можно восстановить непрерывную функцию. Это впервые доказал В.А.Котельников, который определил эти интервалы и связал их длительность с шириной спектра сигнала:

 

, (1.3)

 

где F – ширина спектра частот.

 

Квантованный сигнал (рис. 1.8) характерен тем, что он может принимать только определенные значения, определяемые конечным числом уровней (квантов). Переход с одного уровня на другой может происходить в любой произвольный момент времени.

Дискретный (цифровой) сигнал (рис. 1.9) характеризуется тем, что он может принимать конечное число значений (обычно два – «0» или «1»), и эти значения могут изменяться в строго определенное время. Промежутки времени между моментами потенциально возможного изменения значений всегда строго одинаковы.

На сегодня из рассмотренных чаще всего применяются аналоговые и цифровые сигналы.

 

1.3.4. Спектры периодических и непериодических сигналов

Все сигналы могут быть подразделены на периодические и непериодические (рис.1.10).

Периодическим называют сигнал, значения которого повторяются через одинаковые промежутки времени. Для непериодических сигналов это условие не выполняется.

Простейшим периодическим сигналом является гармоническое колебание (рис. 1.10а):

S(t) = Asin(ωt + φ₀),

где: А – амплитуда синусоиды,

ω – угловая частота,

φ₀ – начальная фаза.

Другим примером периодического сигнала является последовательность прямоугольных импульсов (рис. 1.10,б).

Периодический сигнал произвольной формы можно представить как сумму синусоид с разными амплитудами и частотами. Факт, что любой периодический сигнал можно разложить на сумму синусоид, впервые доказал француз Ж.Фурье. Такой набор синусоид получил название спектра сигнала, который описывается рядом Фурье:

где: А₀ – постоянная составляющая сигнала,

ω₁ – угловая частота первой гармоники сигнала.

Если изобразить амплитуду А_k и фазу φ_k каждой гармоники на рисунке линиями (рис. 1.11), то получим спектральные диаграммы сигнала. Линии, соответствующие амплитудам и фазам гармоник, называют спектральными линиями. Распределение амплитуд А_k гармоник по частоте называют спектром амплитуд (рис. 1.11,а), а распределение фаз φ_k – спектром фаз (рис. 1.11,б) этого сигнала. Когда интересуются не значениями амплитуд и начальных фаз, а только их частотами, то говорят о спектре частот сигнала.

Так как спектр периодического сигнала состоит из отдельных спектральных линий, его называют дискретным.

Непериодический сигнал легко получить из периодического, увеличивая период до бесконечности. При этом частота первой гармоники понижается, спектральные линии становятся гуще, амплитуда гармоник уменьшается. Это происходит от того, что энергия сигнала, оставаясь неизменной, перераспределяется между большим числом гармоник. При этом доля каждой гармоники в общем сигнале падает. Следовательно, при переходе к непериодическому сигналу мы получаем в его спектре не отдельные гармоники, а бесконечное число синусоидальных колебаний с бесконечно близкими частотами, заполняющими всю шкалу частот.

Так как сравнивать бесконечно малые величины не удобно, то вместо амплитуд А_k по оси ординат откладывают произведение А_kТ, которое с увеличением периода Т остается постоянным.

Понятие спектра амплитуд здесь лишается смысла и заменяется понятием спектральной плотности амплитуд S(ω), которая указывает на удельный вес бесконечно малой амплитуды синусоидального колебания в любой бесконечно узкой полосе частот. Понятие спектра фаз заменяется понятием спектральной плотности фаз.

Таким образом, спектр непериодического сигнала является в общем случае не дискретным, а непрерывным (рис. 1.12).

Существует очень важное понятие – практическая ширина спектра сигнала. Если полоса пропускания какого-либо устройства или линии недостаточно широка, чтобы пропустить все гармоники, существенно влияющие на форму сигнала, то сигнал на выходе этого устройства будет искажен. Следовательно, можно сказать, что ширина полосы пропускания любого элемента системы связи не должна быть меньше ширины спектра сигнала.

1.4. Первичные и вторичные сети связи

Основой любой сети связи является первичная сеть. Первичная сеть связи (ПСС), как правило, одна. Она включает в себя направляющие системы (проводные, радио, спутниковые и пр.), системы передачи, сетевые узлы и сетевые станции. На ее основе создается сеть стандартных каналов (аналоговых или цифровых), которые используются вторичными сетями для передачи любого вида информации.

С помощью систем передачи обеспечивается эффективное использование направляющих систем – мультиплексирование или множественный доступ, уплотнение. На воздушных и кабельных линиях связи работают аналоговые системы передачи (АСП), позволяющие получить от 3 до 1200 стандартных каналов (каналов тональной частоты – ТЧ, шириной 300 – 3400 Гц). Кратность иерархической цепочки в АСП принята равной пяти: первичная группа (12 каналов ТЧ), вторичная группа (60 кагалов ТЧ), третичная группа (300 каналов ТЧ) и т.д.

На коаксиальных, волоконно-оптических, радиорелейных и спутниковых линиях работают цифровые системы передачи (ЦСП), образующие основные цифровые каналы – ОЦК. Первыми цифровыми системами были системы плезиохронной цифровой иерархии (ПЦИ- PDH). Кратность иерархической цепочки была взята равной четырем: первичная – 2,048 Мбит/с (32 ОЦК), вторичная – 8,448 Мбит/с (120 ОЦК), третичная – 34 Мбит/с (480 ОЦК), четверичная – 140 Мбит/с (1920 ОЦК).

Плезиохронные системы в силу своего основного недостатка – трудность выделения каналов в транзитных пунктах магистрали – не пошли дальше четверичного уровня. Им на смену пришли системы синхронной цифровой иерархии (СЦИ – SDH). Они продолжили цепочку ПЦИ с той же кратностью: система STM-1 (155 Мбит/с),система STM-4 (622 Мбит/с), система STM-16 (2,5 Гбит/с), система STM-64 (10 Гбит/с).

Сетевые узлы первичной сети обеспечивают разделение/объединение пучков каналов от (по) разным направлениям. Сетевые станции позволяют распределять стандартные каналы первичной сети по вторичным сетям в узловых точках.

Вторичные сети связи (ВСС) – телефонные, телеграфные, передачи данных, факсимильные и др., пользуясь стандартными каналами ПСС, образуют сеть, доводящую определенный вид сервиса до потребителя через абонентские линии. Основным элементом ВСС являются коммутационные станции. Терминалы, подключенные к ним через абонентские линии, образуют терминальную сеть, а совместно с ПСС и ВСС – инфокоммуникационную систему или сервисную службу сети связи. Она предоставляет пользователям широкий набор услуг по передаче любой информации с разным уровнем сервиса.

Говоря о тенденциях в развитии систем передачи и обработки информации, можно представить всю инфокоммуникационную систему в виде трех вложенных друг в друга, расширяющихся сфер (рис.1.13).

Внутренней сферой, ее ядром, является первичная сеть связи, с помощью которой организуется множество стандартных каналов для передачи любого вида информации. Тенденцией к расширению этой сферы является переход от аналоговых каналов к цифровым. Во-первых, это дает резкое увеличение количества каналов (на два порядка и более). Во-вторых, это позволяет получить каналы высокого качества, удовлетворяющие всем международным нормам и требованиям.

Средней сферой являются вторичные сети связи, обеспечивающие использование стандартных каналов первичной сети для передачи любого вида информации (аудио, видео, текста, данных) и распределение ее в соответствии с адресом между любой парой абонентов. Тенденцией к ее расширению является переход от электромеханических коммутационных станций к электронным и внедрение новых, передовых сетевых технологий. Это резко сокращает производственные площади, упрощает эксплуатацию, позволяет получить значительное число дополнительных видов обслуживания.

Верхней сферой является сфера сервисных служб, которая дает возможность пользователям выбирать из общей номенклатуры видов сервиса подходящий для того или иного случая. Традиционными видами сервиса были и остаются телефон, телеграф, передача данных. В последнее время появились такие виды сервиса, как электронная почта, услуги сети Интернет, мобильная связь, пересылка SMS и MMS сообщений, а в будущем возможны и другие виды сервиса.

Все это в совокупности дает возможность пользоваться услугами информационной сферы (как частным лицам, так и официальным организациям), использовать средства телекоммуникаций для обмена информацией по широкому кругу вопросов.

1.5. Классификация систем связи и управление в сети

Современные системы электросвязи могут классифицироваться по разным признакам.

По виду передаваемых сообщений и связанных с ними сигналов различают аналоговые системы (передача речи, музыки, фотографий, картин, видеоизображений) и дискретные системы (передача телеграмм, данных, сообщений электронной почты).

По способу предоставления услуг различают массовые службы связи и службы связи индивидуальные. В первом случае услуги связи предоставляются пользователю через специальные бюро (отдел доставки, экспедиция). Это клиентские службы. Во втором случае услуги связи доводятся непосредственно до каждого пользователя через абонентскую линии на его личный терминал. Это абонентские службы.

По режиму доставки различают системыработы в реальном времени, когда абоненты работают в режиме диалога (телефон, абонентский телеграф, репортажи с места событий и пр.) и системы с отложенной доставкой (речевая и текстовая электронная почта, телеграф с доставкой, записанные программы звукового и телевизионного вещания и др.).

По охватываемой территории различают глобальные (широкомасштабные) сети связи (Wide Area Networks – WAN), развернутые на территориях континента, страны, региона, отрасли и локальные (замкнутые) сети связи (Lokal Area Networks – LAN), действующие в пределах одного здания, замкнутого технологического процесса.

По функциональному назначению в технологических связях различают оперативно-технологические (ОТС), используемые непосредственно в технологических процессах, и обще – технологические (ОбТС) виды связи, применяемые в системе административного управления. На железнодорожном транспорте к этому добавляется еще административное деление. Поэтому различают магистральные (ОАО «РЖД» и его филиалы, управления дороги), дорожные связи (в пределах каждой железной дороги), отделенческие связи (оперативные в пределах отделения) и станционные связи (оперативно-технологические и общие в пределах станции).

По способу пользования различают стационарные и мобильные средства связи. В первом случае терминалы привязаны к какому-либо одному месту и пользователь должен сам обеспечивать доступ к ним. Во втором случае связь может быть обеспечена с подвижными объектами, когда средство взаимодействия перемещается вместе с пользователем.

По технологии работы различают сети с закреплением ресурсов на время сеанса и сети с динамическим распределением ресурсов. В первом случае для любой пары абонентов в сети резервируется часть ресурсов, а при их отсутствии абонент получает отказ в обслуживании. Во втором случае ресурсы сети предоставляются по мере запроса на том или ином участке сети и отказов не бывает.

На рис.1.14 приведена классификация видов связи и сервисных услуг. Вся диаграмма разделена на четыре квадранта. Деление идёт по двум признакам: режим работы абонентов и способ предоставления им услуг. По временному режиму работы различают системы реального времени, диалоговые системы, и системы отложенного времени, системы с ожиданием или асинхронные системы. По способу предоставления услуг различают индивидуальные или абонентские системы, когда терминал находится непосредственно в пользовании абонента и массовые (клиентские) службы, когда услуги связи предоставляются всем через общую экспедицию. Здесь же, на диаграмме обозначены различные виды сервисных служб сети электросвязи (аудио, видео, текст, данные).

Приведенная классификация достаточно условна, так как в последнее время наметилась тенденция к объединению услуг сети в единую интегральную систему на основе цифровых методов передачи и коммутации для переноса сигналов сообщений всех видов.

 

Интенсивное развитие цифровых систем объясняется существенными достоинствами их по сравнению с аналоговыми системами. Это высокая помехоустойчивость, слабая зависимость качества передачи от длины линии, стабильность электрических параметров, эффективность использования пропускной способности и др.

Сети связи сегодня достаточно сложные системы. Поэтому для обеспечения нормальной их работы в условиях изменяющихся воздействий, изменений структуры из-за выхода из строя отдельных элементов, появления новых видов связи и услуг, перераспределения потоков необходимо иметь соответствующую систему управления сетью.

Под управлением понимают организационную деятельность или технологический процесс, направленные на обеспечение заданного качества функционирования некоторой хозяйственной, технической, социальной или другой системы, приводящий к достижению определенных целей, а также приведение объекта в работоспособное состояние или приведение справного объекта в такое состояние, при котором он выполняет свою основную функцию.

Основным назначением сети электросвязи является доставка сообщений строго по адресу, вовремя и с минимальным отличием копии от оригинала. Следовательно, система управления, с одной стороны, развивает и поддерживает в рабочем (исправном) состоянии сеть в целом и ее элементы для того, чтобы они могли выполнять свои функции, а с другой стороны – обеспечивает распределение и доставку отдель