Построение сетей телефонной связи железнодорожного транспорта (Раздел дипломной работы)

7. ПОСТРОЕНИЕ СЕТЕЙ ТЕЛЕФОННОЙ СВЯЗИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

7.1. Структура сетей телефонной связи, обеспечение надежности связи и управление потоками вызовов

Основные сведения о сетях связи. Сеть электросвязи – многофункциональная система, представляющая собой совокупность пунктов, соединенных пучками каналов для передачи информации. Пункты связи подразделяются на оконечные, содержащие аппаратуру ввода – вывода, хранения и обработки информации и узловые (узлы коммутации – УК) для коммутации и распределения сообщений по направлениям связи. Каналы сети связи могут быть проводными (образованными по воздушным и кабельным линиям), световодными, радио и спутниковыми. Для обеспечения качественного функционирования сеть связи включает в себя систему управления, содержащую средства эксплуатации сети и ее восстановления. Сети, обеспечивающие междугородную связь, называются междугородными, а сети связи, организованные в отдельных населенных пунктах (городах, поселках) – местными. По ведомственной принадлежности различают сети министерства связи России, а также сети отдельных ведомств, в частности, сети железнодорожного, водного, воздушного транспорта и др.

Рис.7.1 Схема сети с коммутацией каналов

Соединение двух абонентских пунктов в сетях с коммутацией может быть осуществлено средствами коммутации каналов или пакетов. В сетях с коммутацией каналов между двумя абонентами или группой абонентов перед передачей информации создается отдельный тракт, который сохраняется в течение всего времени передачи (рис. 7.1). В процессе установления соединения из-за занятости каналов связи или вызываемого абонента, неответа абонента может произойти потеря вызова. В сетях с коммутацией каналов в процессе установления соединения может применяться и ожидание предоставления средств связи. Коммутацию каналов применяют на сетях с передачей информации в реальном масштабе времени, в первую очередь на телефонных сетях; однако часто коммутацию каналов используют для передачи телеграфных сообщений и данных.

Рис.7.2 Схема сети с коммутацией пакетов

В сетях с коммутацией пакетов (рис. 7.2) между абонентскими пунктами передаются короткие блоки данных (пакеты), на которые предварительно разбивается сообщение. Каждый пакет характеризуется признаком передаваемого сообщения и направляется к требуемому пункту, где из принятых пакетов это сообщение собирается. При передаче по сети пакеты могут задерживаться на промежуточных (транзитных) УК. Сети с коммутацией пакетов преимущественно применяют для передачи данных (в этом случае информация передается между терминалами пользователей, компьютерами и другими устройствами передачи, обработки и хранения данных). Однако при использовании так называемых широкополосных каналов связи, работающих со скоростью передачи в несколько десятков мегабит в секунду, сети с коммутацией пакетов можно использовать и для обеспечения телефонных соединений.

Структура сети связи характеризует местоположение пунктов и их взаимную связь посредством ветвей – пучков линий. По структуре сети можно судить о ее возможности обеспечивать доставку информации различным пользователям связи. Если в сети два любых пункта (узлы) соединены хотя бы одним путем, состоящим из одной или нескольких ветвей, то такая сеть называется связной. При этом число ветвей в каком-либо пути между двумя узлами называется рангом пути. Под рангом узла понимается число ветвей, исходящих из данного узла или входящих в него. Всякая сеть характеризуется связностью s. Под связностью понимается число независимых путей между любыми узлами сети i и j. Независимыми являются такие пути, в состав которых не входят одни и те же ветви. Если имеется возможность передать информацию из некоторого узла i сети к узлу j по нескольким альтернативным путям, то каждый из этих путей называют маршрутом, а сам процесс установления конкретного маршрута – маршрутизацией. Ветви сети могут быть ориентированными (направленными) и неориентированными (ненаправленными). Соответствующие этим ветвям пучки каналов являются односторонними и двусторонними в зависимости от того, возможна ли передача информации по каналам в одном или обоих направлениях связи.

Топологические структуры телефонных сетей разнообразны. Однако можно выделить ряд типовых структур, присущих большинству сетей и, в частности, сетям телефонной связи железнодорожного транспорта.

Рис.7.3 Типовые топологические структурные схемы сетей связи

П о л н о с в я з н а я  структура сети (рис.7.3,а) – такая структура, когда все узлы соединены между собой по принципу “каждый с каждым”. Она характеризуется максимальным числом ветвей N (N – 1)/2, (где N – число узлов сети) и большой связностью: s = N-1. Организация такой структуры требует значительных материальных затрат из-за использования на сети большого числа пучков каналов. Однако сеть приобретает высокую надежность, так как повреждение одной или даже нескольких ветвей не вызывает перерывов в связи между узлами сети.

Р а д и а л ь н а я  или звездообразная структура сети (рис.7.3,б) является односвязной (s=1) с минимальным числом ветвей N – 1. Все соединения между оконечными узлами осуществляются через центральный узел. Достоинством радиальной структуры является то, что при ее применении на сети требуется значительно меньшее число каналов, чем при полносвязной структуре. Существенным недостатком такой структуры является ее низкая надежность, так как выход из строя одной ветви сети вызывает нарушение связи с соответствующим оконечным узлом. При повреждении центрального узла сеть перестает функционировать. Радиальную структуру сети целесообразно использовать на небольшой территории, когда длина ветвей невелика. С ростом длины ветвей увеличивается стоимость сети.

Р а д и а л ь н о – у з л о в а я  структура сети (рис.7.3,в) объединяет в себе несколько радиальных. Ее достоинства и недостатки, а также параметры (число ветвей и связность) соответствуют радиальной структуре. По сравнению с радиальной радиально-узловая структура экономически более выгодна при организации ее на большой территории. Сеть, построенная с применением такой структуры, имеет иерархические уровни. На рис. 7.3,в показан пример, когда на верхнем уровне иерархии расположен узел коммутации большей значимости – класса I, на нижнем – подчиненные ему узлы класса II. Выход из строя одного из узлов уровня II частично нарушает работу сети.

Сеть, построенная с применением  к о м б и н и р о в а н н о й  структуры, также имеет узлы нескольких уровней иерархии (рис.7.3,г). В рассматриваемом примере комбинированной структуры сети узлы класса I образуют полносвязную сеть, а каждый узел класса I совместно с двумя узлами класса II и соответствующими оконечными узлами – радиально-узловую структуру. Внутри каждой радиально-узловой структуры можно выделить две-три радиальные структуры. Число ветвей в сети с комбинированной структурой больше N-1, но меньше N(N-1)/2. Связность также может быть различной. Например, на рис.7.3,г в случае установления соединений между узлами класса I связность s=2, для остальных вариантов соединений s=1. Комбинированная структура сети обладает большей надежностью, чем радиально-узловая, но значительно меньшей, чем полносвязная.