72

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ДЕРЖАВНИЙ ВИЩИЙ НАВЧАЛЬНИЙ ЗАКЛАД

ДОНЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Методичні вказівки

до виконання курсового проекту з дисциплін

"Мережі електрозв'язку", "Телекомунікаційні та інформаційні мережі"

(для студентів спеціальності 7.092401 "Телекомунікаційні системи та мережі")

Затверджено на засіданні кафедри

«Автоматики та телекомунікацій».

Протокол № __

від "___" ________ 20__ р.

Затверджено на засіданні науково-

видавничої ради ДонНТУ

Протокол № ___

від "___"___________20__ р.

Донецьк, ДонНТУ 2010

Методичні вказівки до виконання курсового проекту з дисципліни "Мережі електрозв'язку", для студентів спеціальності 7.092401 "Телекомунікаційні системи та мережі". Донецьк: ДонНТУ, 2010. - 72 с.

Методичні вказівки містять короткі теоретичні відомості і методичні рекомендації щодо виконання курсового проекту з проектування телекомунікаційних мереж приміських і сільських районів на базі сучасних цифрових систем комутації та передачі даних.

Укладачі: доц. Бессараб В.І., асист. Ігнатенко Є.Г., асист. Молоковський І.О.

Рецензент: _________________

Відповідальний за випуск: проф. Хорхордін О.В.

СПИСОК УМОВНИХ СКОРОЧЕНЬ

ААЛ- аналогова абонентська лінія

ГАЛ - групова абонентська лінія

ЗСУ – загальностанційне устаткування

МАК-модуль абонентської концентрації

ПАЛ - проміжна абонентська лінія

СМТ- селище міського типу

ТВ- транзитний вузол

ТЕЗ - типовий елемент заміни

ВAM - віддалений абонентський мульдекс

ВП - викличний пристрій

ВВхЗ - вузол вхідних з'єднань

ВВихЗ - вузол вихідних з'єднань

УВАТС - установчо-виробнича автоматична телефонна станція

ПС - пристрій сполучення

ЦАТС - цифрова автоматична телефонна станція

ЦЕТО - центр експлуатації та технічного обслуговування

ГНН - година найбільшої інтенсивності навантаження

ШЛ - шлейфний комплект

ITU - міжнародний телекомунікаційний союз

- кількість населення в населеному пункті v

- кількість підключених абонентів у населеному пункті v

- кількість абонентів, що очікують підключення в населеному пункті v

- загальне значення вихідного трафіку без урахування міжміського зв'язку

- загальне значення вхідного трафіку без урахування міжміського зв'язку

- значення вихідного навантаження при автоматичному міжміському зв'язку

- значення вхідного навантаження при автоматичному міжміському зв'язку

-загальне значення вихідного трафіку з урахування міжміського зв'язку

-загальне значення вхідного трафіку з урахування міжміського зв'язку

ТС - категорія трафіку

- загальна питома інтенсивність

- частка вихідного трафіку

- частка вхідного трафіку

ВСТУП

Телефонна мережа - це найбільш доступний, надійний та масовий вид телекомунікацій, цьому телефонні мережі значно крупніші мереж інших видів телекомунікацій. Ці мережі характеризуються великими капітальними та експлуатаційними витратами. [5].

Метою даного курсового проекту є дослідження, аналіз сучасних методів проектування та прогнозування телекомунікаційних мереж. Вдосконаленню, плануванню, проектуванню та прогнозуванню мереж телефонного зв’язку постійно приділяється особлива увага.

Мірилом розвиненості мереж телекомунікацій у цілому за рекомендацією Міжнародного Союзу Телекомунікацій (МСТ) є число телефонних апаратів на 1000 мешканців країни – телефонна щільність.

Якісне рішення можна достигнути точністю планування і проектування, прогнозуванням за допомогою математичного апарату, які основані на всебічних статистичних даних [7].

При проектуванні використовуються методики розрахунків, які рекомендовані ІTU для мереж з низькою щільністю населення.

Для реалізації телефонної мережі використовується вітчизняна цифрова комутаційна система С-32 «Дніпро». Система С-32 «Дніпро» являє собою розподілену модульну структуру з децентралізованим керуванням, яка використовується для будівництва цифрових станцій різного призначення на міських, сільських, відомчих мережах, мережах рухомого зв'язку. При цьому ємність станцій можна варіювати в широкому діапазоні з однаково високими економічними показниками.

Для організації інформаційної мережі застосовуються рішення, орієнтовані на використання цифрових каналів зв'язку на всіх ділянках мережі.

У процесі проектування виділяються кілька етапів. У першій частині проводиться збір усіх необхідних даних про район проектування, що містять дані про демографічну та економічну ситуацію в районі, природно-кліматичний стан території та перспективи її розвитку. Після чого в другій частині прогнозується передбачувана кількість абонентів і можливий економічний розвиток або занепад у районі для термінів 5, 10 і 15 років. У третій частині, на основі отриманих даних прогнозується передбачуваний трафік у районі проектування. У четвертій частині даного курсового проекту проектується інформаційна мережа району. Після проведення розрахунків будується апаратна частина телефонної й інформаційної мережі району (частина 5) та обирається кабельна продукція. Курсовий проект спрямований на розвиток навичок в області проектування цифрових телекомунікаційних мереж зв'язку для сільських районів. При проектуванні основним фактором ухвалення рішення є власний аналіз ситуації.

ЗАВДАННЯ

Спроектувати телекомунікаційну мережу адміністративного району (як правило, сільського або приміського), що забезпечує надання послуг цифрового телефонного зв'язку і доступ до Іnternet ресурсів. Як основу телекомунікаційної мережі використовують устаткування цифрової комутаційної системи типу С-32 «Дніпро».

У ході виконання курсового проекту необхідно:

1. Проаналізувати обраний район і визначити всі населені пункти, що підлягають телефонізації.

2. На аркушах формату А3 навести топографічну, економічну й адміністративну карти, надати умовні позначення.

3. Виходячи з умовних позначень на карті обраного району і довідкових матеріалів, визначити чисельність населення.

4. Розрахувати прогнозну кількість абонентів для кожного населеного пункту району з урахуванням перспектив розвитку його господарської діяльності та соціальної інфраструктури (на 5, 10 і 15 років уперед).

5. Розрахувати прогнозне значення внутрішнього, вихідного і вхідного трафіків для кожного населеного пункту й адміністративного району (перший і другий рівні ієрархії).

6. Спроектувати комутаційний центр, абонентську мережу адміністративного району, максимально використовуючи можливості С-32 «Дніпро».

7. Виконати розрахунок комплектації устаткування станції;

8. Вибрати типи кабелів для кожної ділянки мережі;

9. На аркушах формату А1 навести структурну схему підключення абонентів і схему побудови мережі, з переліком обраного обладнання, із зазначенням кількості НРП та типу кабелю.

Для кожного типового територіального утворення детально проробити технічне рішення з організації вузла телекомунікаційної мережі. Оцінити структуру проектованої мережі по довжині (використовуючи алгоритми Прима та комівояжера). Проектування з’єднувальних ліній (ГАЛ, ПАЛ) необхідно виконати з урахуванням подальшого накладення на цю телефонну мережу регіональної мережі доступу до Іnternet.

1 Вихідні умови для проектування

При проектуванні споруджень телекомунікаційних мереж необхідно велика кількість статистичних даних та проектних матеріалів, таких як:

- адміністративне значення об’єкта;

- телефонна щільність;

- зріст населення у %;

- зріст національного прибутку на душу населення;

- трафік на мережі телекомунікацій;

- потреба в послугах зв’язку і т.д.

Зважуючи зріст мереж на майбутнє, оцінку цих даних на перспективу можна отримати лише за допомогою прогнозування та проектування.

Під час прогнозування кількості абонентів і, відповідно, створюваного ними трафіку варто визначитися з початковими даними й умовами, що ставляться до системи. Система будується на базі телефонної комутаційної станції вітчизняного виробництва С-32 «Дніпро». Передбачається, що сільська телефонна мережа будується за дворівневою ієрархічною схемою. Комутаційні вузли нижнього рівня ієрархії мають малу абонентську ємність і за допомогою групових сполучних ліній підключені до опорно-транзитної станції районного адміністративного центра (районної станції), що відноситься до другого рівня ієрархії мережі. Населені пункти району відрізняються за чисельністю населення, що пов'язано з рівнем економічного розвитку, промисловим потенціалом району, ступенем розвитку господарської діяльності, соціальної сфери і т.д.

Для мережі, що проектується, ставляться наступні вимоги до черг на підключення телефонних ліній:

1. Абонент, що очікує підключення телефону, повинний бути підключений протягом п'яти років.

2. Інвестиції не обмежені.

3. У населених пунктах з тенденцією до зменшення кількості населення черги не враховуються.

Ця методика прогнозування припускає самостійність і відносний суб'єктивізм при прийнятті рішень. При цьому доцільно обґрунтовувати прийняті рішення найповніше.

1.1 Загальні відомості про район

У загальних відомостях про район потрібно навести стислу характеристику району, а також наступні карти: топографічну, економічну й адміністративну. Топографічна карта описує місцевість, на якій буде розгорнута телекомунікаційна мережа. Необхідно нанести на карту умовними позначками географічні об'єкти, такі, як гірські місцевості, ліси, річки, озера і т.д., а також центи підрайонів і головні дороги, що з'єднують центри. Розділити район на умовні підрайони (7-10 підрайонів, у залежності від географічних розмірів, індивідуальних особливостей району і т.д.).

Використовуючи додаткову інформацію, на економічну карту нанести області економічної діяльності, розподіляючи їх на зони:

• гірничовидобувна промисловість (видобуток корисних копалин на великих глибинах);

• рудники (поверхневий видобуток корисних копалин);

• металургійна промисловість;

• хімічна промисловість;

• легка промисловість;

• сільськогосподарський сектор;

• туристичний сектор (зони відпочинку і т.д.)

Також варто навести адміністративну карту району, по якій можна провести оцінку поточної кількості населення.

Приклади карт наведені на рисунках 1.1 - 1.3.

Рисунок 1.1 - Приклад топографічної карти району

С/Г- сільське господарство

П- важка промисловість

Л - легка промисловість

Г - гірничовидобувна промисловість

Т- туризм

Рисунок 1.2 - Приклад економічної карти району

Рисунок 1.3 - Приклад адміністративної карти району

При складанні характеристики району слід навести дані про економічний потенціал району, рівень валового продукту, доход на душу населення, рівень безробіття, інвестиції в основний капітал і т.д. Варто описати можливий розвиток району в економічному плані. І, як наслідок, спрогнозувати тенденцію зменшення або збільшення чисельності населення. У районах, де спостерігається розвиток виробництва, можливе збільшення кількості населення, і, відповідно, кількості абонентів. Наприклад , у районі в найближчому майбутньому намічається відкриття нового заводу або фабрики, що приведе до залучення жителів у даний населений пункт. Останнім часом у Донецькій області спостерігається тенденція зменшення кількості населення в містах, де заводи (шахти, підприємства), що були основним засобом до існування, були визнані не рентабельними. Але в той самий час існують підприємства, що продовжують розвиватися.

При написанні даного розділу варто використовувати не тільки довідкові дані, але і власні судження.

1.2 Відомості про населення й абонентів

Відомості про чисельність населення для кожного населеного пункту, а також кількість підключених абонентів беруться зі статистичних даних. Тобто, у даному випадку, інформацію про кількість населення варто брати з адміністративної карти.

Таблиця 1.1 – Відомості про населення й абонентів

Місце		Населення					Підключені абоненти		Абоненти, що очікують підключення
Під-район, C	Нас. пункт,V								LV (T)
		T= -5	T = 0	T = 5	T= 10	T= 15	T= -5	T = 0	T= -5	T = 0
01	01^* 02 03 --- 0N

* - центр району - завжди має значення (01).

У таблиці прийняті наступні умовні позначки:

• - значення кількості населення в населеному пункті v, у момент часу Т;

• - значення кількості підключених абонентів у населеному пункті v, у момент часу Т;

• - значення кількості абонентів, що очікують підключення в населеному пункті v, у момент часу Т.

Значення береться з умовних позначок, приведених на карті. Значення береться в залежності від того, яка тенденція в даному населеному пункті: збільшення або зменшення чисельності населення. Дане рішення залишається цілком за проектувальником і базується на основі статистичних даних або на особистих судженнях. Якщо до уваги береться другий варіант (особисті судження), то розрахунок варто вести в такий спосіб:

, (1.1)

де - значення кількості населення в даний момент;

- тенденція зменшення/збільшення чисельності населення (залежить від прийнятого рішення і впливає на "+" при зменшенні, або "-" при збільшенні), береться в межах 5-10%. Тобто, якщо в населеному пункті спостерігається тенденція зниження чисельності населення, то відповідно чисельність населення в ньому 5 років тому () була вище, ніж на даний момент ().

Кількість населення на період, що прогнозується, визначається за формулою:

, (1.2)

де - населення у початковому періоді проектування;

g - середній приріст населення у %, (5-10%);

t - період прогнозу при проектуванні у роках (t=5;10;15 років).

Кількість підключених абонентів N_V(T)для поточного часу і 5 років тому варто брати як статистичні дані, або розрахувати за формулами (1.4-1.5а,б):

, (1.3)

(1.4)

де: - кількість населення району п’ять років тому та на теперішній час;

- середня норма телефонної щільності для господарського сектору тел/тис. люд, тел/тис. люд.

Варто також мати на увазі, що коефіцієнт телефонізації прямо залежить від кількості населення та загального рівня розвиненості населеного пункту. Необхідно корелювати між собою коефіцієнти для поточного часу та для п’яти років тому.

Число абонентів, що очікують підключення, розраховуються за формулами (1.5-1.6):

(1.5)

(1.6)

де - середня чисельність сім'ї.

 - виражається у відсотках, залежить від населеного пункту (брати на особистий розсуд, якщо відсутні статистичні дані). Наприклад, 5 років тому в місті, де була черга на підключення телефону 25% від "нетелефонізованого" населення, у даний момент через появу мобільного зв'язку може складати 5%. Знову ж таки, для того, щоб методика пункту 2 працювала коректно, необхідно брати в межах 5 – 25%.

Заповнивши таблицю 1.1, варто узагальнити отримані дані та внести підсумкові дані району в таблицю 1.2.

Таблиця 1.2 - Узагальнені дані

Підрайон, С
	Т=-5	Т=0	Т=5	Т=10	Т=15	Т=-5	Т=0	Т=-5	Т=0

(1.7)

(1.8)

(1.9)

3. Відомості про категорії трафіку.

Трафік цілком характеризується трьома параметрами:

- числом абонентів та його категорією;

- числом викликів, що приходяться на одного абонента;

- тривалістю заняття цих викликів.

Для мереж з низькою щільністю населення кожний населений пункт має свою категорію трафіку. Категорія трафіку надається кожному населеному пункту залежно від виду його економічної діяльності. На відміну від міських мереж, трафік класифікується не за типами абонентів, а в цілому для всього населеного пункту. У дійсності, усі населені пункти мають різні характеристики: рівень телефонізації, навантаження і темп розвитку. Також деякі населені пункти можуть згодом поміняти свою категорію.

Населені пункти з розвинутою індустрією відносяться до найвищих категорій (відносно невелика кількість). Населені пункти в одній категорії трафіку будуть розвиватися однаково, а отже майбутні навантаження і рівень телефонізації будуть однакові в подібних населених пунктах. Категорії трафіку варто вибирати, керуючись власними судженнями і з огляду на рекомендації таблиці 1.3.

Таблиця 1.3 - Категорії трафіку (TC)

	Вид економічноїдіяльності
Населення	ГВК	М	Р	Х	С/Г	Т	Л
10000-5000	1	1	1	1	2	2	2
3000-10000	1	2	2	3	3	3	3
1000-3000	2	3	3	3	4	4	4
500-1000	3	3	3	4	4	4	4
100-500	3	4	4	4	5	5	5
1-100	4	4	4	5	5	5	5

В таблиці прийняті наступні умовні позначення:

• ГВК - гірничовидобувний комплекс;

• М - металургійний комплекс;

• Р - рудники, кар'єри;

• Х - хімічна промисловість;

• С/Г - сільськогосподарська сфера;

• Т - туризм;

• Л - легка промисловість.

Районним центрам варто призначати категорію "0" (але це не завжди є правильно, наприклад, районний центр із 100 абонентами не може бути в категорії "0").

1.4 Відомості про питомі навантаження на категорію трафіку

В загальному понятті, питоме навантаження це потік інформації на абонентську лінію. Співвідношення між трьома змінними (загальною питомою інтенсивністю, часткою вихідного трафіку та часткою внутрішнього трафіку) , які тут застосовуються, представлені на рисунку 1.4.

Рисунок1.4- Відомості про типи трафіку

- загальна питома інтенсивність;

- частка вихідного трафіку;

- частка внутрішнього трафіку.

Основні співвідношення:

(1.10)

Слід зазначити, що PІ або в цьому аналізі відносяться до внутрішнього трафіку, який створюється як абонентом, що викликає, так і абонентом якого викликають. При детальному оцінюванні внутрішнього навантаження, варто врахувати, що середнє значення для окремого району , повинне бути менше, ніж внутрішній трафік населеного пункту на абонента, і, що індивідуальні значення PI_v(0) для маленьких населених пунктів у цьому районі повинні бути набагато менші, ніж індивідуальні значення для центра району PI_v=01(0). У таблиці 1.4 наведені значення питомих інтенсивностей для поточного часу Т(0).

У таблиці (1.4) прийняті наступні умовні скорочення:

ТС - категорія трафіку;

- загальна питома інтенсивність;

- частка вихідного трафіку;

- частка внутрішнього трафіку.

Таблиця 1.4 - Значення питомих інтенсивностей

ТС	TCRTC (0)	POTC (0)	PITC (0)
0	0,115	0,469	0,812
1	0,113	0,478	0,804
2	0,097	0,495	0,72
3	0,090	0,511	0,702
4	0,076	0,526	0,578
5	0,055	0,582	0,506

Дані, що представлені в таблиці 1.4, є рекомендованими. Особисту думку з цього приводу необхідно наводити з поясненням. Варто зробити висновок про зміну частки вихідного і вхідного трафіку в зв'язку зі зміною чисельності населення.

Збільшення рівня насиченості задається проектувальником, тобто він сам припускає на власному досвіді, які будуть рівні максимальних потоків у населених пунктах з часом .

1.5 Відомості про поточні значеннях навантажень для населених пунктів

Для майбутнього аналізу трафіку необхідно задатися поточними значеннями навантажень для населених пунктів, виходячи зі статистичних даних. Також їх можна розрахувати, використовуючи середні значення питомих інтенсивностей для населених пунктів. Потрібно заповнити матрицю поточних значень навантажень для всіх районів (табл. 1.5).

Таблиця 1.5 - Матриця поточних значень навантажень для підрайонів

	j	Підрайон (с)			Загальне вихідне навантаження	Міжміське вихідне навантаження	Сумарне вихідне навантаження
i		1	2	- -		LDвих
Підрайон (с)	1		Aij (0)		AiO (0)	AiL (0)	Aisum (0)
	2
	- - -
Загальне вхідне навантаження	Твх		AТj (0)
Міжміське вхідне навантаження	LDвх		ALj (0)
Сумарне вхідне навантаження ATj(0)+ALj(0)			Ajsum (0)				AΣвих(0) AΣвх(0)

В таблиці - значення вхідного і вихідного трафіків району з урахуванням міжміського трафіку (розраховується як сума відповідних значень підрайонів). Значення і (загальне сумарне значення вихідного (Originated) і вхідного (Terminated) трафіків (без урахування внутрішнього та міжміського зв'язку) розраховуються відповідно до формул (1.11-1.12):

(1.11)

(1.12)

У формулах (1.11-1.12) , , зазначені для всього району. Щоб отримати ці значення, необхідно визначити питомі навантаження для кожного населеного пункту (табл.1.4), який входить до району, та знайти середнє арифметичне:

(1.13а)

(1.13б)

(1.13в)

Отже, одна частина навантаження, що виникає, замикається всередині станції Аі,і, а інша розподіляється по всім діючим станціям телефонної мережі, що проектується.

Внутрішній трафік підрайону визначається за формулою:

(1.14)

Міжміський трафік може визначатися двома способами:

1. Трафік, що направлений до автоматичної міжміськими телефонними станціями (АМТС) по рекомендації МСТ прийнято рівним 0,15÷0,25% від загального трафіку, що виникає у мережі, яка проектується.

2. У ряді країн вихідне міжміське навантаження визначають з урахуванням =0,002÷0,004 Ерл на одного абонента для різних ТС.

(1.15а)

(1.15б)

Значення комірок у таблиці 1.6 в області, позначеній іншим кольором, означають кількісні характеристики трафіку між районами (районними вузлами), їх варто розраховувати відповідно до формули (1.16) (якщо відсутні статистичні дані).

. (1.16)

У знаменнику формули (1.16) індекс z послідовно пробігає номера всіх районних вузлів мережі, крім того, від якого розподіляється навантаження.

Чисельник свідчить про те, що розподіляється вихідне навантаження без внутрішнього.

1.6 Рівні телефонізації

Для подальшого прогнозування кількості абонентів телефонної мережі необхідно визначитися з рівнями телефонізації для кожної категорії трафіку.

Таблиця 1.7 - Рівні телефонізації

Категорія трафіку, TC	Рівень телефонізації, MD(0)TC	Максимальний рівень телефонізації, DMAXTC, %
0
1
2
3
4
5

Значення MD(0)_TC розраховуються залежно від обраної категорії трафіку для даного населеного пункту і від початкових значень про кількість населення і підключених абонентів (табл. 1.1).

(1.17)

У формулі (1.17) індекс і пробігає всі населені пункти, що до однієї категорії, z - кількість таких населених пунктів.

1.7 Попередня топологія району проектування

На основі отриманих вище даних варто навести попередню топологію району проектування. На даному етапі необхідно відштовхуватися не скільки від можливостей устаткування ЦКС С-32, скільки від топографічного розташування районів. Як було сказано вище, це попередня топологія, яка далі буде переглядатися в залежності від трафіку, місця розташування і встановлюваного устаткування. Як відомо, кабельні комунікації прокладаються в основному щодо уздовж головних автомагістралей, тому цей момент варто врахувати при визначенні топології. Також необхідно враховувати вартісні показники кабельної продукції.

На рисунку 1.5 наведено приклад попередньої топології.

Рисунок 1.5 - Приклад попередньої топології мережі

Попередня топологія являє собою ієрархічну структуру: топологію типу "зірка" у кожному з підрайонів, і топологію типу "кільце" – яке з'єднує центри підрайонів. Топологія «зірка» та «кільце» будуються за допомогою алгоритмів Прима та Комівояжера відповідно, на базі матриці відстаней, яка складається за даними топографічної карти.