Основы проводной связи. Телефонная связь. Звуковые колебания. Коммутируемые сети презентация

ОСНОВЫ ПРОВОДНОЙ СВЯЗИ
Телефонная связь
Краткие сведения о звуковых колебаниях
Коммутируемые сети. Виды коммутации
Телефонные линии и сети связи
Автоматическая телефонная связь
Проводная связь ГПС по линиям специальной связи «01»
Оперативно-диспетчерская проводная связь ГПС
IP-телефония

Проводная связь
Проводная связь - сообщения передаются по проводам с использованием электрических сигналов.
При осуществлении связи по проводам информация может вводиться разными способами:
голосом и приниматься на слух (телефонная связь),
передаваться и приниматься с помощью аппаратуры, обеспечивающей передачу буквенно-цифрового текста сообщения (телеграфная связь),
в виде неподвижных изображений – фотографий, чертежей, схем, рисунков, таблиц и т.д. (факсимильная связь),
передача подвижных изображений (телевизионная связь).
Требования к пропускной способности
для разных видов сервиса

Основные исторические вехи…
1837 – американец Морзе разработал систему телеграфного аппарата и код для передачи сообщений, состоящий из точек и тире.
1876 – американец Белл получил патент на телефон.
1895 – Попов изобрел радио
1956 – фирма Bell laboratories создала первую цифровую систему связи.
1957 – запущен первый искусственный спутник Земли и началась эра спутниковой связи.

Способы организации и технической реализации проводной связи

Телефонная связь
Телефонная связь – наиболее массовая система проводной связи, обеспечивающая обмен речевой информацией в оперативно-управленческой деятельности пожарной охраны.
Основная задача телефонии заключается в передаче звука на некоторое расстояние.
Телефонная сеть общего пользования, создававшаяся в течение последнего столетия, в основном предназначалась для передачи речи. Однако сегодня через эту сеть можно передавать речь, цифровые данные, изображения, видео и другие виды информации.
Телефонная связь возможна только при наличии телефонных сетей. Телефонная сеть представляет собой комплекс технических сооружений и оборудования, состоящий из телефонных узлов связи, телефонных станций, линий проводной связи и абонентных установок.
Процесс телефонной передачи сообщения заключается в преобразовании звуковых колебаний речи в колебания (изменения) электрического тока, передачи его по проводным линиям и обратном преобразовании электрических колебаний в звуковые.

Звуковые колебания
Звук – это распространяющаяся в воздухе, воде или другой среде волна (колебания воздуха или другой среды), с непрерывно меняющейся частотой и амплитудой.
Чем больше амплитуда – тем громче звук.
Чем больше частота колебаний – тем выше тон звука.
Единица измерения громкости звука – децибел (дБ)
где L – уровень громкости звука [дБ];
Pэф – эффективное звуковое давление
для звука стандартной частоты, равной 1кГц;
P0– стандартный порог слышимости для звука с частотой 1кГц, равный 20мкПа.

Звуковые колебания
Звуковые волны а(t) = A sin(ωt) характеризуются:
Амплитуда A
Частота f [Гц]
Круговая частота ω [рад]
Период T=1/f [c]
Скорость v [м/с]
Длина волны λ [м]

Телефонный аппарат
Угольный микрофон - при воздействии звукового давления на его диафрагму 1 она начинает колебаться. В такт этим колебаниям изменяется и сила сжатия зерен угольного порошка 2, в связи с чем изменяется сопротивление между электродами 3 и 4, а при постоянном электрическом напряжении изменяется и ток через микрофон.
Преимущество - высокая чувствительность, позволяющая использовать его без усилителей.
Недостатки - нестабильность работы и шум из-за того, что полезный электрический сигнал вырабатывается при разрыве и восстановлении контактов между отдельными зернами порошка, большая неравномерность частотной характеристики и значительные нелинейные искажения.

Телефонный аппарат
Электромагнитный микрофон - перед полюсами (полюсными наконечниками) 2 магнита 3 располагают ферромагнитную диафрагму 1 или скрепленный с ней якорь. При колебаниях диафрагмы под воздействием на нее звукового давления меняется магнитное сопротивление системы, а значит, и магнитный поток через витки обмотки, намотанной на магнитопровод этой системы. Благодаря этому на зажимах обмотки возникает переменное напряжение звуковой частоты, являющееся выходным сигналом микрофона.
Преимущество - электромагнитный микрофон стабилен в работе.
Недостатки - узкий частотный диапазон, большая неравномерность частотной характеристики и значительные нелинейные искажения.

Схемы телефонной передачи речи

Схема телефонной связи с местным питанием
Передатчик - угольный микрофон, а приёмник - электромагнитный телефон. У каждого микрофона имеется своя батарея питания. Величина тока питания в системе связи с местной батареей не зависит от сопротивления линии связи и может быть получена при небольшом напряжении батареи 1,5–3В.
Применение трансформаторов (Тр1 и Тр2) позволяет согласовать сопротивления микрофона, как генератора, с входным сопротивлением линии связи (ЛС) для того, чтобы обеспечить отдачу микрофоном возможно большей мощности.
Недостаток - большое количество индивидуальных батарей усложняет эксплуатацию и увеличивает число повреждений.
В пожарной охране такая схема применяется при тушении пожаров в полевых условиях, т.е. в случае временной организации связи.

Схема телефонной связи с центральным питанием
Микрофоны питаются от одной общей аккумуляторной батареи (ЦБ). Батарея устанавливается в специальном помещении на центральной телефонной станции. Она собирается из кислотных или щелочных аккумуляторов и имеет обычно напряжение 60 В. Аккумуляторы могут работать многие годы без замены, так как постоянно подзаряжаются через выпрямитель от сети переменного тока.
Питание микрофонов осуществляется через реактивные катушки (РК1 и РК2) с большой индуктивностью и, следовательно, со значительно большим сопротивлением переменному току звуковой частоты. Сопротивление этих катушек постоянному току питания микрофонов очень маленькое, питание к микрофонам поступает только во время проведения переговоров.
Угольные микрофоны должны быть высокоомными, так как двухпроводная линия обладает большим сопротивлением и является частью нагрузки микрофона. Ток питания микрофона изменяется в зависимости от длины абонентской линии. Применение высокоомных микрофонов уменьшает эту зависимость. Одновременно увеличивается мощность, отдаваемая в линию.

Местный эффект. Противоместные схемы.
Местным эффектом называют акустико-электрическую связь между микрофоном и телефоном данного телефонного аппарата. В результате в телефоне достаточно громко воспроизводятся звуки собственной речи абонента, затрудняющие понимание речи второго принимаемого абонента.
Действие схемы основано на условии равновесия моста переменного тока. Если подобрать сопротивления так, чтобы выполнялось равенство
Z1 × Z3 = Z2 × Z4, (1)
то в точках а и б потенциалы будут равны и, следовательно, по телефону Т1 переменный ток проходить не будет. Если одно из плеч, например Z4, заменить полным сопротивлением абонентской линии и разговорных приборов другого телефонного аппарата, а вместо источника переменного тока G включить микрофон, то собственная речь прослушиваться не будет при соблюдении равенства (1).
Для подавления местного эффекта применяются специальные противоместные схемы:
мостовая
компенсационная
МОСТОВАЯ СХЕМА

Местный эффект. Противоместные схемы.
Примеры реализации мостовой схемы для телефонных аппаратов с местным питанием (МБ) и с центральным питанием (ЦБ).
Противоместная схема любого типа не обеспечивает полное подавление местного эффекта. Это объясняется тем, что балансный контур на заводе настраивается на абонентскую линию определенной длины с усредненными параметрами. Любое отклонение длины и параметров реальной линии от принятых вызывает усиление местного эффекта.
МОСТОВАЯ СХЕМА

Компенсационная противоместная схема.
Компенсационная схема состоит из трёх обмоток (I, II и III) автотрансформатора и бифилярной обмотки IV автотранс-форматора, которая выполняет роль компенсатора. Особенностью бифиляр-ной обмотки IV является отсутствие индуктивного сопротивления, т.е. такая обмотка обладает только активным сопротивлением R. Обмотка III имеет направление витков, противоположное обмоткам I и II.
При разговоре переменный ток от микрофона М разветвляется на две составляющие: местную IМ и линейную IЛ (линейный ток проходит через обмотку I в линию связи). Zл – сопротивление линии связи. Местная составляющая IМ в точке А делится еще на две части: IМ1 (проходит через R) и IМ2 (проходит через телефон Тф и обмотку III). Так как сопротивление R существенно меньше сопротивления телефона (R<
> Iм2 ).

Компенсационная противоместная схема.
Обмотки I и II включены согласованно. Разговорный ток, пройдя по ним, создает магнитные потоки противоположные по направлению. Результирующий разностный магнитный поток будет индуцировать в обмотке III трансформатора переменную ЭДС, создавая ток в цепи телефона. Однако, разговорный ток одновременно проходит и через сопротивление R.
Если подобрать значение R таким образом, чтобы ЭДС индуцированная в обмотке III и падение напряжения на R были равны и противоположны по направлению, то ток в телефоне будет равен нулю. В этом случае телефон оказывается включенным между точками одинакового потенциала.
При приеме речи поступающий из линии разговорный ток будет проходить через обмотки I, II и III в одинаковом направлении, поэтому в телефоне будет слышен передаваемый сигнал. Конденсатор С служит для предотвращения прохождения постоянного тока через обмотку II.
С

Качество и достоверность передачи речевой
информации
Для объективной оценки качества и достоверности передачи речевой информации по телефонной линии связи применяется фразовая артикуляция, так как именно фразы содержат в себе законченные мысли.
Сравнивая число преданных фраз с числом правильно принятых фраз определяют процент принятых фраз или коэффициент артикуляции. Если фразовая артикуляция будет меньше Nфр = 0,9, то абоненты не смогут установить взаимно понятного контакта и разговор не состоится. Фразовая артикуляция Nфр = 0,9 соответствует слоговой артикуляции Nсл = 0,25, словесной Nслов = 0,75 и звуковой, Nзв= 0,64.
При меньшем значении указанных коэффициентов артикуляции понятность речи падает, и телефонная передача становится затруднительной.
При больших значениях коэффициентов аппаратура связи усложняется, что приводит к дополнительным экономическим затратам.
Современные телефонные аппараты обеспечивают хорошее качество передачи речи при уровне окружающего шума в 70 – 75 дБ.

Коммутируемые сети. Виды коммутации
Проводная линия связи является одним из основных и самых дорогих элементов системы проводной связи. Практически невозможно предоставить каждой паре взаимодействующих абонентов свою собственную некоммутируемую физическую линию связи, которой они могли бы монопольно «владеть» в течение длительного времени. Поэтому в любой сети всегда применяется какой-либо способ коммутации абонентов, который обеспечивает доступность имеющихся физических каналов одновременно для нескольких сеансов связи между абонентами сети.
В коммутируемых сетях (switched network) телефонные аппараты, факс-аппараты или компьютеры абонентов соединяются друг с другом через последовательное соединение с несколькими централизованными коммутаторами (телефонными станциями, серверами).
Абоненты соединяются с ближайшими коммутаторами индивидуальными линиями связи, каждая из которых используется в любой момент времени только одним, закрепленным за этой линией абонентом. Между коммутаторами линии связи используются несколькими абонентами совместно.

Коммутируемые сети. Виды коммутации
ТРИ СПОСОБА КОММУТАЦИИ
Существуют три принципиально различные схемы коммутации абонентов в сетях:
коммутация каналов (circuit switching),
коммутация пакетов (packet switching),
коммутация сообщений (message switching).
Составной канал – это связь, построенная путем коммутации (соединения) элементарных каналов.
Свойства составного канала:
На всем своем протяжении состоит из одинакового количества элементарных каналов;
Имеет постоянную и фиксированную пропускную способность на всем своем протяжении;
Создается временно на период сеанса связи двух абонентов;
На время сеанса связи все элементарные каналы, входящие в составной канал, поступают в исключительное пользование абонентов, для которых был создан этот составной канал;
В течении сеанса связи абоненты могут посылать в сеть данные со скоростью, не превышающей пропускную способность составного канала;
Данные, поступившие в составной канал, гарантировано доставляются вызываемому абоненту без задержек, потерь и той же скоростью вне зависимости от того, существуют ли в это время в сети другие соединения или нет;
После окончания сеанса связи элементарные каналы, объявляются освобожденными и возвращаются в пул распределяемых ресурсов для использования другими абонентами.

Процедура установления соединения – абонент посылает в коммутационную сеть запрос, в котором содержится адрес вызываемого абонента и происходит проверка возможности образовать канал связи.
В традиционных телефонных сетях величина скорости элементарного канала равняется 64 Кбит/с, что достаточно для качественной цифровой передачи голоса.
Особенностью сетей с коммутацией каналов является то, что пропускная способность каждой линии связи должна быть равна целому числу элементарных каналов.
Прямое соединение каждого телефонного аппарата с местной телефонной станцией называется абонентским шлейфом (линией).
Телефонные станции соединены магистраль-ными линиями связи.
СЕТЬ С КОММУТАЦИЕЙ КАНАЛОВ
Абонентский шлейф
Магистральная линия связи

Сеть с коммутацией пакетов
Принцип функционирования сети с коммутацией пакетов: Представление информации, передаваемой по сети, в виде структурно отделенных друг от друга порций данных – пакетов.
Каждый пакет снабжен заголовком, в котором содержится адрес назначения и другая вспомогательная информация, используемая для доставки пакета адресату.
Дополнительное поле – контрольная сумма, размещается в конце пакета, которая позволяет проверить, была ли искажена информация при передаче через сеть или нет.
Пакеты могут иметь фиксированную или переменную длину (установлены минимально и максимально возможные размеры пакетов).
Пакеты поступают в сеть без предварительного резер-вирования линий связи и не с фиксированной заранее заданной скоростью.

Передача данных по сети в виде пакетов
Как и в сетях с коммутацией каналов, в сетях с коммутацией пакетов для каждого из потоков автоматически определяется маршрут, фиксируемый в хранящихся на коммутаторах таблицах коммутации. Пакеты, попадая на коммутатор, обрабатываются и направляются по тому или иному маршруту.
Главное отличие пакетных коммутаторов от коммутаторов в сетях с коммутацией каналов состоит в том, что они имеют внутреннюю буферную память для временного хранения пакетов. Коммутатору нужны буферы для согласования скоростей передачи данных в линиях связи, подключенных к его интерфейсам, а также для согласования скорости поступления пакетов со скоростью их коммутации.

Сравнение сетей с коммутацией каналов и пакетов

Линия связи состоит в общем случае из физической среды, по которой передаются информационные сигналы, аппаратуры передачи данных и промежуточной аппаратуры.
Синонимом термина линия связи(line) является термин канал связи (channel).
В зависимости от среды передачи данных линии связи разделяются на:
проводные (воздушные);
кабельные (медные и волоконно-оптические);
радиоканалы наземной и спутниковой связи.
Телефонные линии и сети связи
В зависимости от направления передачи данных линия (канал) связи может быть:
симплексной — то есть допускающей передачу данных только в одном направлении, пример — радиотрансляция, телевидение;
полудуплексной — то есть допускающей передачу данных в обоих направлениях поочерёдно;
дуплексной — то есть допускающей передачу данных в обоих направлениях одновременно, пример — телефон.
сетевой коаксиальный кабель
радиоканалы спутниковой связи
сетевой оптический кабель

Характеристики линий связи
К основным характеристикам линий связи относятся:
амплитудно-частотная характеристика – показывает затухание амплитуды сигнала для всех возможных частот;
полоса пропускания - непрерывный диапазон частот, для которого затухание не превышает некоторого заранее заданного предела;
затухание - относительное уменьшение амплитуды или мощности сигнала при передаче по линии сигнала определенной частоты.
А = 10 log10Рвых/Рвх, [Дб]
где Рвх и Рвых – мощности входа и выхода;
пропускная способность - характеризует максимально возможную скорость передачи данных по линии связи;
достоверность передачи данных - вероятность искажения для каждого передаваемого бита данных;
помехоустойчивость - способность противостоять внешним помехам;
перекрестные наводки на ближнем конце линии;
удельная стоимость.

Кабельные линии связи
ФИЗИЧЕСКИЕ (ПЕРВИЧНЫЕ) ПАРАМЕТРЫ ЛИНИЙ СВЯЗИ

Кабельные линии связи
ФИЗИЧЕСКИЕ (ПЕРВИЧНЫЕ) ПАРАМЕТРЫ ЛИНИЙ СВЯЗИ

Распространение электрической энергии по кабельной линии
При распространении электрической энергии по кабельной линии связи ее величина постоянно уменьшается, что обусловлено невосполнимыми потерями мощности сигнала в проводниках и диэлектрике линии.
P – мощность сигнала в определяемой точке, Вт;
P0 – мощность сигнала в начале линии, Вт;
γ – коэффициент распространения;
l – длина линии связи, км.

Cистема оперативной связи в гарнизонах пожарной охраны
Система оперативной связи в гарнизонах пожарной охраны строится на основе разветвленной сети электрической связи, состоящей из стационарных и подвижных узлов (пунктов) связи.
Основным средством связи в гарнизонах пожарной охраны являются городские и сельские телефонные сети общего пользования Единой сети электросвязи (ЕСЭ) РФ.
В инженерном отношении ЕСЭ России представляет собой широко разветвленную сеть каналов связи с большой пропускной способностью и высокой верностью передачи информации. Сеть базируется на целесообразно размещенных по стране узлах автоматической коммутации, соединенных между собой большими пучками каналов. Она включает электронно-вычислительные центры, в которых информация обобщается и систематизируется.
Составными частями сети являются:
Основой сети служат современные кабельные магистрали в гармоническом сочетании с радиорелейными и развивающимися спутниковыми линиями.

В общем случае ЕСЭ РФ может быть представлена тремя уровнями иерархии:
Вторичная сеть состоит из каналов одного назначения (телефонных, телеграфных, вещания, передачи данных, телевидения и др.), образуемых на базе первичной сети. Вторичная сеть включает коммутационные узлы, оконечные пункты и каналы, выделенные на первичной сети.
Первичная сеть - это совокупность всех каналов без подразделения их по назначению и видам связи. В состав ее входят линии и каналообразующая аппаратура.
Служба электросвязи представляет собой организационно-техническую структуру на базе сети связи (или совокупности сетей электросвязи), обеспечивающую обслуживание связью пользователей с целью удовлетворения их в определенном наборе услуг электросвязи.
Архитектура Единой сети электросвязи Российской Федерации

Каждая зоновая телефонная сеть имеет присвоенный ей трёхзначный код «АВС».
Зоновый номер линии абонента состоит из семи знаков: двузначного кода стотысячной группы «ab» и пятизначного номера в линии абонента в стотысячной группе «ab-xxxxx».
Междугородный номер линии абонента состоит из десяти знаков: трёхзначного кода зоны и семизначного зонового номера «ABC-ab-xxxxx».
Связь абонентов городской телефонной сети (ГТС) с экстренными службами производится через узел специальной связи (УСС), который может быть:
централизованным (устанавливается на центральной станции),
частично децентрализованным (устанавливается на каждой узловой станции)
децентрализованным (устанавливается на центральной и узловых станциях).
Вне зависимости от места установки УСС подклю-чение к специальным службам производится набором сокращенного номера.
УСС

Схема организации городской телефонной сети
ЦС – центральная станция;
ОС – оконечная станция;
УС – узел связи

Организация доставки информации в гарнизоне по коммутируемым сетям полной значности ГТС
РШ – распределительный шкаф;
РК – распределительная коробка;
МЛ – магистральная линия;
СЛ – соединительная (абонентская) линия;
РЛ – распределительная линия
Коммутируемая сеть связи гарнизона пожарной охраны состоит из станционных и линейных устройств и обеспечивает каждому абоненту сети выбор требуемых направлений связи.
Сеть проводной связи гарнизона пожарной охраны должна включать в себя телефонную связь по специальным линиям укороченной значности «01», которые предназначены для связи с центром
управления силами гарнизона пожарной охраны любого абонента ГТС.
Системы оперативной связи гарнизонов пожарной охраны проектируются так, чтобы число линий «01» было больше числа диспетчеров, обслуживающих поступающие вызовы.

Уплотнение абонентской сети
Эффективным способом снижения затрат на построение сетей связи является уплотнение соединительных линий значительной протяжённости с использованием необслуживаемого оборудования. Для уплотнения кабельных соединительных линий межстанционной связи используется аппаратура импульсно-кодовой модуляции (ИКМ).
1) Оба канала используются для включения абонентов
2) Высокочастотный канал - включение абонентов АТС, низкочастотный для подключения сети передачи данных и сигнализации
ФНЧ - фильтры низкой частоты не пропускают частоты выше 3,4 кГц.
СПК – стационарный полукомплект высокочастотной части
АПК – абонентский комплект высокочастотной части
Сигналы, передаваемые от телефонной станции, преобразуются в СПК в высокочастотные импульсы и передаются по общей линии связи АПК, где они попадают к аппарату абонента (АТ). Точно также происходит процесс передачи информации, в обратном направлении – от абонента АТ через АПК и СПК к АТС.

Автоматическая телефонная связь
КЛАССИФИКАЦИЯ АВТОМАТИЧЕСКИХ ТЕЛЕФОННЫХ СТАНЦИЙ
Основная задача любой АТС – выполнение коммутации (соединения) между двумя абонентами или группами абонентов.
ХРОНОЛОГИЯ
Декадно-шаговые АТС 1947 по 1960 г.
Координатные АТС – 1960-1993 гг.
Квазиэлектронные АТС – 1982-2003 гг.
Электронные АТС – с 1990 года.
Коммутация - это метод выбора направления передачи информации (речи, сообщения, данных)

ДЕКАДНО-ШАГОВЫЕ АТС
Декадно-шаговые АТС построены на шаговых искателях электромеханического типа, когда в зависимости от числа поступивших импульсов подвижный контакт подключается к одному из десяти подвижных контактов.
Движущий механизм состоит из электромагнита и якоря с пружиной и собачкой. при поступлении импульса тока в обмотку электромагнита якорь притягивается к сердечнику. Во время перемещения якоря собачка, упираясь в зуб храпового колеса, поворачивает его, а вместе с ним и щетку на 1 шаг. По окончании импульса якорь под воздействием пружины отходит от сердечника, при этом собачка, скользя по скоку, перескакивает на следующий зуб храпового колеса. Очередной импульс перемещает щетку на следующую ламель. Таким образом, число шагов щетки будет соответствовать числу поступивших импульсов. В результате щетка остановится на соответствующей ламели, создав контакт между ними. Тем самым установится соединение между входом (щёткой) и выходом (ламелью).

Координатные АТС
Координатные АТС строились на электрических планшетных координатных установках (ЭПКУ), которые представляли собой поле, содержащее десять столбцов и десять строк.
Координатный коммутатор - это простейший вид коммутатора в телефонных сетях. Он представляет собой матрицу, где каждая входная линия имеет пересечение с каждой выходной линией в виде коорди-натного переключателя (его структура напоминает координатную сетку).
Коммутатор с n входными и n выходными линиями содержит порядка n2 координатных переключателей (или точек коммутации). В коммутаторе каждая входная линия может быть напрямую соединена с любой выходной линией посредством координатного переключателя.
Координатный коммутатор реализует коммутацию каналов посредством установления прямых электрических соединений. Управление переключением осуществляется управляющим устройством. Во время прохождения вызова оно производит замыкание соответствующих координатных переключателей.
Время, необходимое для включения и выключения механических контактов, относительно велико и составляет 5 – 35 мс.
Координатные АТС имели преимущество перед декадно-шаговыми АТС, поскольку для выполнения соединения требовалось меньше времени и меньшее количество соединителей.

Квазиэлектронные АТС
Квазиэлектронные АТС строились на герметичных контактах, так называемых герконах, с электрическим управлением этих контактов (в них отсутствовали механические узлы и контакты). Все переключения и необходимые коммутации выполнялись с использованием микроэлектронных устройств.
АТСКЭ по сравнению с АТС электромеханической системы обладают рядом преимуществ:
большой надежностью в работе;
высоким качеством контактных соединений;
возможностью предоставления абонентам дополнительных видов обслуживания;
меньшими размерами помещения для размещения оборудования.
ГЕРКОН
Фрагмент коммутационной матрицы с герконами

Электронные цифровые АТС
Цифровая АТС – это современная телефонная станция, в которой коммутация и управление являются полностью цифровыми, что позволяет бесконечно расширять перечень ее функций и возможностей. Сигнал, идущий от первоисточника, оцифровывается в отделе абонентского комплекта и передаётся внутри АТС и между автоматическими телефонными станциями в цифровом виде. Это является гарантией отсутствия затухания и минимизирует помехи, независимо от длины пути сигнала.
Универсальность цифровых АТС заключается в том, что путем изменения конфигурации программного обеспечения можно создавать системы с большим спектром функций, в зависимости от нужд и требований потребителя.
Первые цифровые АТС появились в 70-х годах 20 века. С тех пор они прошли достаточно большой путь развития, постоянно совершенствуясь, наращивая мощность и добавляя новые интерфейсы и функциональные возможности.

Электронные цифровые АТС
Особенности построения цифровых систем коммутации
1. Использование временного деления каналов и временной коммутации каналов при построении цифрового коммутационного поля. Любой сигнал через коммутационное поле цифровой системы коммутации передается в цифровой форме.
2. Использование типовых каналов, параметры которых нормализованы:
- канал тональной частоты с эффективно передаваемой полосой частот 0,3-3,4кГц
- первичный цифровой канал со скоростью передачи информации 64 кБ/с
3. Подключение цифровых абонентских линий без дополнительных преобразователей на АТС. Преобразование осуществляется в абонентской установке, в качестве которой можно использовать любое устройство.
4. Использование трактов приема и трактов передачи при установлении соединения. Тракты приема и тракты передачи разделены, поэтому любое соединение использует 2 временных канала.
5. Использование оборудования сигнализации для приема и передачи сигнализации по 16 каналу и по разговорным каналам.
6. Использование концентраторов, позволяющих существенно снизить затраты на абонентскую сеть, т.к. стоимость концентратора + стоимость систем передачи много меньше стоимости абонентской сети. (Недостаток: все соединения одного концентратора осуществляются через ЦКП опорной АТС).

Проводная связь ГПС по линиям специальной связи «01»
Городская телефонная сеть имеет специальную аппаратуру, которая осуществляет вызов сокращённым, обычно двухзначным набором телефонного номера.
Связь абонентов с диспетчером пожарной охраны осуществляется набором двухзначного номера 01. При наборе цифры 0 осуществляется соединение с узлом спецсвязи (УСС) городской телефонной сети, а при наборе цифры 1 устанавливается связь с диспетчером центрального пункта пожарной связи (ЦППС) по одной из спецлиний 01.
По категориям пожарной опасности выделяют следующие категории абонентов:
квартирный сектор;
хозяйственный сектор (учреждения, предприятия и т. д.);
сектор телефонов-автоматов;
учрежденческие АТС.
Схема связи абонентов АТС с диспетчером (Д) центрального пункта пожарной связи
В небольших городах узел спецсвязи устанавливается на одной из районных АТС (РАТС), а в более крупных городах УСС выделяется в самостоятельный узел. Связь между РАТС и УСС производится по специально организованным пучкам соединительных линий. По этим же линиям следуют сообщения экстренного характера 02–04. На УСС происходит разделение вызова различных спецслужб по направлениям 01-04.

Проводная связь ГПС по линиям специальной связи «01»
Городская телефонная сеть имеет специальную аппаратуру, которая осуществляет вызов сокращённым, обычно двухзначным набором телефонного номера.
Связь абонентов с диспетчером пожарной охраны осуществляется набором двухзначного номера 01. При наборе цифры 0 осуществляется соединение с узлом спецсвязи (УСС) городской телефонной сети, а при наборе цифры 1 устанавливается связь с диспетчером центрального пункта пожарной связи (ЦППС) по одной из спецлиний 01.
Узел спецсвязи соединяется с ЦППС пучком соединительных линий (спецлиний 01) через соединительные линии спецслужб. Ёмкость пучка зависит от числа поступающих вызовов и может достигать 20 вызовов от каждого УСС. Обычно число линий 01 больше числа диспетчеров, обслуживающих поступающие вызовы. При поступлении вызова в тот момент, когда все диспетчеры заняты, вызов, занимая свободную линию, ждёт начала обслуживания.
Схема связи абонентов АТС с диспетчером (Д) центрального пункта пожарной связи
Процесс обслуживания вызовов на участке «УСС – диспетчер (Д)» можно формализовать в виде системы массового обслуживания с ограниченным числом мест ожидания. Зная поток поступающих вызовов и время обслуживания вызова, можно определить оптимальную структуру системы обслуживания.

Схема связи абонентов АТС с диспетчером (Д) центрального пункта пожарной связи
Пропускная способность подсистемы вызовов
Кроме потоков сообщений о пожаре, поступает большое количество вызовов-помех, которые создают значительную нагрузку на диспетчера. К вызовам-помехам относятся: вызовы от абонентов, ошибочно набравших номер службы «01», а также прошедшие в результате сбоев коммутационного оборудования АТС, вызовы с целью получения справок и т. д.
1
2
В результате занятия линии на участках 1 и 2 существует вероятность потери вызовов Рв1 и Рв2. Если Рв1 и Рв2 небольшие (Р < 0,003), то суммарные потери в системе РΣ = Рв1 + Рв2.
Потери Рв2 зависят от числа линий 01, количества диспетчеров и способа обслуживания (автоматический, ручной) на ЦППС. При потерях Рв2 > 0,03 могут возникать повторные вызовы.
Пропускная способность подсистемы приёма вызовов равна среднему числу вызовов, обслуживаемых подсистемой в единицу времени (абсолютная пропускная способность)
где λ – интенсивность потока вызовов, поступающих в подсистему;
g – относительная пропускная способность подсистемы.
где Р – вероятность потери вызова.
Для повышения абсолютной пропускной способности подсистемы приёма вызовов нужно уменьшить вероятность потери вызова P.

Пропускная способность подсистемы вызовов
Так как диспетчер подсистемы взаимодействует с абонентом, то необходимо учитывать человеческий фактор, который определяется степенью загрузки диспетчера, или коэффициентом загрузки kд. Коэффициент kд определяется отношением времени, в течение которого диспетчер занят обслуживанием вызова, к общему времени его работы. Допустимой нормой, при которой напряжённость деятельности оператора не сказывается на его работоспособности, является значение 0,3 ≤ kд ≤ 0,75.
В реальных системах обслуживания поток повторных вызовов практически не наблюдается при качестве обслуживания вызовов с вероятностью потери вызова Р ≤ 0,03. Нормированное значение вероятности потери вызова в службе «01» Рн = 0,001.
Среднее время ожидания обслуживания вызовов, поступающих в подсистему, для различных городов находится в пределах 2–10 с (без учёта задержки вызовов в комплектах, но может достигать 15–30 с при перегрузке диспетчеров. В качестве нормы среднего времени ожидания обслуживания вызова в зависимости от поведения абонента принято t ≤ 10 c

Оперативно-диспетчерская проводная связь ГПС
Оперативно-диспетчерская связь, обеспечивает передачу распоряжений подразделениям, своевременную высылку сил и средств подразделений пожарной охраны и ГОЧС для тушения пожаров и ликвидации последствий ЧС, получение информации с мест пожаров, передачу информации о пожарах должностным лицам, организациям и городским службам, получение сообщений о выездах подразделений и связь с пожарными автомобилями, находящимися в пути, передачу приказов на передислокацию техники.
Доставка информации о ЧС (пожарах, наводнениях и т.д.) с помощью коммутируемых телефонных сетей связи общего пользования имеет следующие недостатки:
непроизводительные затраты времени на установление соединений с помощью номеронабирателя;
наличие не состоявшихся соединений из-за занятости абонентов или приборов коллективного пользования;
отсутствие возможности организации связи с группой абонентов и проведения конференц-связи;
обезличивание входящего вызова на телефонный аппарат.
Диспетчерская оперативная связь отличается от автоматической телефонной связи наличием жестких, заранее определенных взаимосвязей и простейшим способом установления связи (нажатием ключа, снятием микротелефонной трубки и т.д.). Это обеспечивают оперативность связи, при которой исключаются потери, вызванные занятостью абонентов или приборов.

Некоммутируемые сети связи
Сети, в которых абоненты связаны друг с другом постоянно закрепленными (арендованными) каналами, причем каждый канал используется для обмена сообщениями только между этими абонентами, называются некоммутируемыми.
ДОСТОИНСТВА:
наличие жёстких и заранее определённых направлений передачи речевой информации;
простейший и наиболее быстрый способ установления соединения (снятие трубки с рычага, нажатие ключа или кнопки, голосовое сообщение и т.д.);
возможность передачи групповых и циркулярных сообщений.
НЕДОСТАТКИ:
ограниченные коммутационные возможности, вытекающие из замкнутости взаимосвязей;
высокая стоимость по сравнению с коммутируемыми сетями телефонной связи.
Оперативно-диспетчерская связь ГПС – комбинированная сеть
Регламентированный состав абонентов диспетчерской связи (диспетчер должен иметь возможность разрешить все возникающие в ходе оперативной деятельности вопросы;
Диспетчер должен иметь возможность вести переговоры одновременно с несколькими абонентами или с группой;
Диспетчер должен иметь возможность пользоваться всеми видами оперативной связи (телефонная, радиотелефонная, громкоговорящая, телевизионная, телеграфная, факсимильная);
Технические средства диспетчерской телефонной связи должны быть надёжными и удобными.

Организация основных видов связи ГПС
ОБЯЗАТЕЛЬНЫЕ ВИДЫ КАНАЛОВ СВЯЗИ С АБОНЕНТАМИ:
с узлом специальной связи (УСС) линиями укороченной значности;
с аппаратурой автоматической пожарной сигнализации непосредственно на ЦУС и на особо важных объектах города;
с коммутаторами органов внутренних дел и пунктами централизованного наблюдения вневедомственной охраны;
со всеми стационарными пунктами связи подразделений гарнизона;
с аварийными, оперативными и экстренными службами гарнизона;
с пожарными автомобилями, находящимися в пути следования;
с подразделениями ГПС, находящимися на пожаре или в пути следования, для передачи сообщений о ходе тушения пожара, вызове дополнительных сил и средств, передачи требований РТП аварийным, оперативным и экстренным службам гарнизона.
ОПЕРАТИВНО-ДИСПЕТЧЕРСКАЯ СВЯЗЬ ГПС ОБЕСПЕЧИВАЕТ:
прямую телефонную связь ЦУС с пунктами связи частей, отрядов и пожарных постов;
прямую телефонную связь с подразделениями, работающими на пожаре;
прямую телефонную связь со службами взаимодействия.

Схема оперативно-диспетчерской телефонной связи
В состав диспетчерской оперативной связи входят:
центральный пульт на ЦУС (ЦП);
групповые пульты (или станции) в пожарных частях (ПСЧ – пункт связи части, ПСО – пункт связи отряда), а также ПП – подсистема передачи приказов;
АУ подключенные к групповым пультам через абонентские линии (АЛ).

Система оперативно-диспетчерской связи СОДС "НАБАТ"
СОДС "НАБАТ" - интегрированный комплекс речевой связи, объединяющий практически все функции, необходимые для организации рабочих мест диспетчеров, дежурных и руководителей.
Один комплект СОДС "НАБАТ" способен обеспечить развертывание до 32 пультов прямой оперативной связи и до 192 телефонных абонентов в режиме прямой связи с пультами и автоматической телефонной связи между собой.
Несколько СОДС "НАБАТ" могут объединяться между собой по аналоговым и цифровым линиям связи, каналам дальней связи, создавая единые сети оперативной ведомственной связи.
Возможно подключить к СОДС «НАБАТ» отдельные компьютеры и локальные вычислительные сети (ЛВС), что позволяет организовать передачу данных между компьютерами.
С целью обеспечения специальных требований государственной противопожарной службы СОДС "НАБАТ" реализует возможность дистанционного управления автоматикой пожарных частей.

IP-телефония
P-телефония (или VoIP - Voice over Internet protocol) - технология, которая использует сеть с пакетной коммутацией сообщений на базе протокола IP для передачи голоса в режиме реального времени.
Сценарии организации IP-телефонии:
1) Компьютер - компьютер
3) Телефон - телефон
3) Компьютер - телефон
ПРЕИМУЩЕСТВА IP – ТЕЛЕФОНИИ:
Снижение стоимости переговоров
Меньшая стоимость оборудования
3) Дополнительные возможности совмещенного доступа в Интернет (голосовая информация и обычные данные могут передаваться по одной и той же сети)

Организация передачи речи по IP-сети
При разговоре голосовые сигналы преобразуются в пакеты данных, которые затем сжимаются. Далее эти пакеты данных посылаются через Интернет приемной стороне. Когда пакеты данных достигают адресата, они декодируются в аналоговый голосовой сигнал.
При обычном способе передачи речи (аналоговой телефонии) используется канал пропускной способ-ностью 64 кбит/с независимо от того, разговаривает абонент или молчит во время соединения. В случае передачи речи по IP-сетям, за счет оцифровки и компрессии (сжатия), речь передается в виде цифровой информации. Если абонент молчит или делает паузы, цифровая информация в канал не передается. Это позволяет в одном канале 64 кбит/с передавать от 8 и более соединений одновременно, что в свою очередь обеспечивает снижение тарифов, и, соответственно, уменьшается стоимость переговоров.

Организация сети IP-телефонии
Для IP-телефонии разработан целый ряд протоколов, по которым организуется работа сети. Наиболее известные:
На базе рекомендации H.323 - сложный набор протоколов, которые предназначены для организации работы мультимедийных приложений в сетях с негарантированным качеством обслуживания.
Это первый в истории подход к построению сетей IP-телефонии на стандартизованной основе предложен Международным союзом электросвязи (ITU) в рекомендации Н.323. Сети на базе протоколов Н.323 ориентированы на интеграцию с телефонными сетями, они позволяют организовать корпоративные сети связи. Н.323 включает в себя дополнительные средства управления потоками. Определяет стандарты на оборудование. Решение МСЭ
На основе протокола SIP (Session Initiation Protocol)
SIP представляет собой текст - ориентированный протокол, который является частью глобальной архитектуры мультимедиа, разработанной комитетом Internet Engineering Task Force (IETF).
SIP Позволяет организовать корпоративную сеть связи или небольшую региональную сеть связи. Важной особенностью протокола SIP является поддержка мобильности пользователя, т.е. его способности получать доступ к заказанным услугам в любом месте и с любого терминала, а также способность сети идентифицировать пользователя при его перемещении из одного места в другое. Ориентирован на то, чтобы сделать оконечные устройства и шлюзы более интеллектуальными и поддерживать дополнительные услуги для пользователей.
На основе протокола MGCP,
Предложен комитетом IETF, рабочей группой MEGACO. Весь интеллект функционально распределенного шлюза такой сети сосредоточен в контроллере, функции которого могут быть распределены между несколькими компьютерными платформами.

Сравнительный анализ Н.323 и SIP

Оценки качества услуг для трафика IP-телефонии.
Субъективные методики оценки качества услуг: MOS - Mean Opinion Score – восприятие качества услуги пользователем по 5-бальной шкале. Не учитывает ряд явлений, типичных для сетей передачи данных и влияющих на качество речи в системах VoIP. Отсутствует возможность количественно учесть влияющие на качество речи факторы, такие как:
сквозная задержка между говорящим по телефону и слушающим;
влияние вариации задержки (джиттера);
влияние потерь пакетов.
Объективные методики оценки качества услуг:
Е-модель – многокритериальная оценка качества
(R-фактор) в диапазоне от 1 до 100 баллов:
однонаправленная задержка,
коэффициент потери пакетов,
потери данных из-за переполнения буфера джиттера,
искажения, вносимые при преобразовании аналогового сигнала в цифровой и последующем сжатии (обработка сигнала в кодеках),
влияние эхо и др.

Расчет R-фактора
Ro = 93,2 – базовое значение R-фактора. Качество речевого сигнала на входе в систему равно 100 единицам. При его оцифровке и передаче по сети происходит некоторое искажение сигнала, снижающее значение Ro до теоретического максимума – 93,2, которое обычно округляют до 94;
R = Ro- ls - ld - le
ls - искажения, вызванные местным эффектом и процедурой квантования;
ld - искажения за счет суммарных задержек в сети;
le- искажения, вносимые оборудованием.
R-фактор
для некоторых типов кодеков

Соотношение R-фактора и MOS