Разработка интеллектуальной системы мониторинга компании GN Nettest для сетей ОКС7, GSM и IN

Введение

Подсистема контроля и диагностики систем сигнализации ПКД СС QUEST представляет собой интеллектуальную систему мониторинга компании GN Nettest для сетей ОКС7, GSM и IN. Данная система вследствие присущей ей гибкости может использоваться как с одним центром контроля, так и в виде сложной иерархической системы, включающей региональные центры контроля больших сетей, соединенных с главным центром. Система выполнена на платформе UNIX и осуществляет сбор и передачу данных с использованием устройств удаленного тестирования (RTU), основанных на специализированном многоканальном анализаторе протоколов (МРА) той же компании, что позволяет уменьшить затраты при повышении качества и доступности функционирования.

Тщательно сбалансированная иерархическая структура системы ПКД СС позволяет осуществить как горизонтальное расширение на региональном уровне с использованием дополнительных серверов или большего количество МРА, так и вертикальное расширение на национальном уровне. Благодаря отсутствию необходимости замены исходной системы, этот процесс является относительно простым и недорогим, а использование совокупности программного и аппаратного обеспечения гарантирует очень надежные и помехоустойчивые условия эксплуатации, так как неисправности отдельных компонентов не приводят к срыву работы всей системы.

Наличие распределенных баз данных, сохраняющих большое количество информации о сигнализации, совместно с трассированием вызова по всей сети даже спустя несколько часов после его поступления, значительно облегчает поиск неисправностей при обнаружении проблем в сети.

1. Система общеканальной окс №7 сетевой сигнализации

.1 Сигнализация в сетях абонентского доступа

Последние десятилетия характеризуются все более значительным воздействием компьютерных технологий на телефонию, что обусловило, в частности, появление новых идей в области протоколов межстанционной сигнализации. Первые шаги в этом направлении были связаны с введением цифровых систем передачи ИКМ, начиная с Т1, AT&T в 1962, и программного управления коммутационными узлами и станциями, начиная с ESS#1, AT&T в 1965 году.

Из-за первоначально большой стоимости управляющих процессоров и памяти в узлах коммутации с программным управлением перед инженерами-телефонистами к началу 70-х годов возникли следующие задачи:

) сохранение дорогостоящих ресурсов управляющего процессора, расходуемых во время сканирования каждой соединительной линии для протоколов сигнализации по выделенным сигнальным каналам;

) сокращение времени установления соединения и снижение тем самым непроизводительного использования соединительных линий.

Решение названных задач было найдено на пути заимствования некоторых наиболее полезных технологий передачи данных.

Этот подход был первоначально опробован при разработке (1964 -1968 гг., Зеленая книга ITU-T) системы сигнализации по общему каналу №6 (ОКС6). Система ОКС6 полностью удаляет сигнализацию из разговорного тракта, используя отдельное общее звено сигнализации, по которому передаются все сигналы для нескольких трактов. Однако работающая по звеньям сигнализации с модемной связью на относительно небольшой скорости 2400 или 4800 бит/с система ОКС6 не могла решить в достаточной степени упомянутые задачи. Кроме того, со временем появились другие, более актуальные требования к протоколу общеканальной сигнализации:

) многоуровневая архитектура протокола ОКС, обеспечивающая возможность модернизации отдельных компонентов протокола сигнализации, не затрагивая других его частей;

) универсальность системы сигнализации для разнообразных применений, включая телефонию, передачу данных, услуги ISDN, услуги для абонентов сетей мобильной связи, а также функции эксплуатационного управления сетью ОКС;

) обеспечение надежности, при которой потеря одного звена сигнализации не должна оказывать заметного отрицательного влияния на качество обслуживания в сети связи;

) наличие спецификаций, достаточных для того, чтобы обеспечить различным производителям АТС самостоятельное внедрение протокола ОКС. Если спецификации чересчур подробны, сдерживается творчество производителя АТС. Если детализация системы недостаточна, разные реализации протокола ОКС не смогут взаимодействовать друг с другом. Одной из причин возникновения такого рода трудностей является зависимость между процессами управления обслуживанием вызовов в АТС и процедурами ОКС.

Разработанная по этим требованиям система общеканальной сигнализации №7 стала применяемым во всем мире стандартом для международной и национальных телефонных сетей. Протокол ОКС7 сохраняет все преимущества ОКС6 и предоставляет новые возможности создания телекоммуникационных услуг. Это обеспечивается, в частности, с помощью прикладной подсистемы средств транзакций (ТСАР) и организуемых на ее базе прикладной подсистемы подвижной связи стандарта GSM (MAP), прикладной подсистемы интеллектуальной сети (INAP) и др.

Отличительной чертой протокола ОКС7 является также высокая надежность передачи информации с минимальной задержкой, без потерь и без дублирования сигнальных сообщений. Помимо архитектуры самого протокола это достигается оптимизацией построения национальных сетей сигнализации ОКС7.

Первая сеть общеканальной сигнализации, состоявшая из 20 транзитных пунктов сигнализации STP, была введена в эксплуатацию компанией AT&T в 1976 г. в городах Мэдисон, Висконсин и Чикаго.

Принципы построения сети сигнализации, режимы связности, иерархическая структура и другие сетевые аспекты ОКС7 находятся несколько в стороне от тематики данного проекта.

Соответствие протокола ОКС7 модели взаимодействия открытых систем ВОС (или OSI в английской аббревиатуре) показано на рис. 2.1. Здесь сравнивается архитектура протокола ОКС7 с уровнями OSI. Следует подчеркнуть, что именно многоуровневая архитектура протокола обеспечивает гибкость введения услуг и легкость техобслуживания сети сигнализации.

Нижние уровни протокола ОКС7 состоят из трех уровней подсистемы переноса сообщений МТР и подсистемы управления сигнальными соединениями SCCP. Три уровня МТР представляют собой:

уровень 1 звена передачи данных, уровень 2 сигнального звена, уровень 3 сети сигнализации.

Первые два уровня МТР реализуют функции сигнального звена между двумя непосредственно связанными пунктами сигнализации.

Возможности, которые содержатся на сетевом уровне модели OSI, распределены в ОКС7 между третьим уровнем МТР и SCCR Это обусловлено следующими соображениями: 1) не все протоколы сигнализации требуют использования расширенных возможностей адресации SCCP и передачи сообщений, не ориентированных на соединение, и 2) путем выделения функций SCCP в отдельную подсистему оказалось возможным оптимизировать характеристики третьего уровня МТР. Подсистема SCCP является пользователем функциональными возможностями МТР и предоставляет расположенным над ней подсистемам как сетевые услуги без организации соединения в сети ОКС, так и услуги, ориентированные на соединение.

Верхние уровни в протоколе ОКС7 включают в себя ТСАР , а также сервисные элементы прикладного уровня (ASE), подсистему эксплуатационного управления (ОМАР) и другие прикладные подсистемы. Эти уровни используют услуги, предоставляемые МТР и SCCP.

Рис. 1.1 Сравнение архитектур протоколов OSI и ОКС7

ISUP протокола ОКС7 реализует функции сигнализации, необходимые для обслуживания вызовов в сети ISDN, а также для поддержки дополнительных услуг ISDN, являясь пользователем подсистемы МТР и подсистемы SCCR

ТСАР реализует функции, которые можно использовать в одном узле для того, чтобы вызвать выполнение процедуры в другом узле. Пример такого использования - услуга 800, в которой цифры номера, оставшиеся после кода 800, преобразуются централизованной базой данных в физический адрес. Механизм предоставления услуг интеллектуальной сети (IN), поддерживаемый одним из сервисных элементов прикладного уровня (ASE) - подсистемой INAP, опирается на ТСАР.

Описанию этих подсистем посвящены следующие разделы данной главы. Ссылки на соответствующие рекомендации Белой книги ITU-T представлены в табл. 1.1

Таблица 1.1 Перечень рекомендаций ITU-T серии Q по вопросам ОКС7

Выше говорилось, что задача подсистемы МТР заключается в том, чтобы обеспечить перенос сигнальных сообщений от SP-отправителя через сеть ОКС к SP-получателю. Теперь появилась возможность определить задачу МТР более точно: обеспечить перенос сообщений уровня 4 от подсистемы, их создающей, к подсистеме, которой они адресованы.

Очевидно, что для выполнения этой задачи нет необходимости анализировать содержание сообщений (за исключением, разве лишь, той их части, на основании которой определяется адрес подсистемы-получателя). Главное, что необходимо, - обеспечить перенос сообщений без потерь, без искажения содержания, без нарушения той последовательности, в которой они были переданы подсистемой-отправителем, без дублирования одного и того же сообщения.

Рассмотрим, как организованы функции МТР в каждом из трех, уже упоминавшихся, уровней.

Уровень 1

Уровень 1 содержит функции, которые обеспечивают использование физической среды для передачи битов и формируют звено передачи данных, несущих сигнальную информацию. Это звено образуется двумя каналами с противоположными направлениями передачи (как правило, со скоростью 64 кбит/с в каждом направлении), оборудованными на концах средствами формирования интерфейса с вышележащим уровнем. Наличие этих средств дает возможность уровню 1 стандартным образом предоставлять уровню 2 услуги передачи битов, обеспечивая независимость функций уровня 2 МТР (и, тем более, остальных уровней) от характеристик передающей среды.

Полезно отметить, что цифровой канал (как прямого, так и обратного направления), используемый для формирования звена передачи данных, не должен использоваться ни для каких иных целей. Обычно это - 16-канал из стандартной 30-канальной группы системы ИКМ-передачи.

Уровень 2

Уровень 2 МТР содержит функции формирования (с привлечением услуг уровня 1) сигнального звена между двумя смежными SP и реализует процедуры, связанные с передачей сигнальных сообщений по этому звену. Функции уровня 2 определяют структуру информации, передаваемой по сигнальному звену, и процедуры обнаружения и исправления ошибок.

Информация переносится от одного SP к другому в информационных блоках, имеющих переменную длину и называемых сигнальными единицами. Существует три типа сигнальных единиц:

• значащая сигнальная единица (MSU), которая предназначена для переноса сигнальных сообщений, формируемых подсистемами-пользователями МТР,

• сигнальная единица статуса звена (LSSU), предназначенная для переноса информации о статусе сигнального звена, по которому она передается,

• заполняющая сигнальная единица (FISU), обеспечивающая фазирование звена и передаваемая при отсутствии сигнальных единиц MSU и LSSU.

Для идентификации типа сигнальной единицы используется один из ее элементов - индикатор длины LI, разным значениям которого соответствуют:

• LI=0 - заполняющая сигнальная единица,

• 1_1=1 или 2 - сигнальная единица статуса звена,

• Ll>2 - значащая сигнальная единица.

Наиболее сложной по своей структуре является значащая сигнальная единица MSU. Ее формат представлен на рис. 1.2. MSU содержит ряд полей, в которых размещается фиксированное количество битов. Уровень 2 МТР обеспечивает присвоение значения каждому биту внутри каждого поля при передаче и анализ этих значений при приеме (исключение составляет поле сигнальной информации, которое имеет переменную длину, и содержание которого определяется функциями более высоких уровней).

FSN - порядковый номер передаваемой сигнальной единицы;

FIB - бит индикации прямого направления (передача сигнала);

BSN - порядковый номер подтверждаемой сигнальной единицы;

BIB - бит индикации обратного направления (передача подтверждения);

LI - индикатор длины; \ - резерв; SIO - байт служебной информации.

Приведем краткие сведения о каждом поле.

Флаг выполняет функцию разделителя сигнальных единиц. Как правило, закрывающий флаг одной сигнальной единицы является открывающим флагом следующей сигнальной единицы. Последовательность значений битов в поле флага следующая: 01111110.

Чтобы избежать имитации флага другой частью сигнальной единицы, МТР, передающая MSU, вставляет ноль после каждой последовательности из пяти следующих друг за другом единиц, содержащихся в любом поле MSU, кроме флага. Этот ноль изымается на приемном конце сигнального звена после обнаружения и отделения флагов.

Биты индикации направления FIB и BIB говорят о содержании MSU в том смысле, несет ли она собственно сигнал (FIB- прямое направление) или выполняет функции подтверждения.

Рис. 1.2 Формат значащей сигнальной единицы MSU.

Вместе с полями FSN и BSN биты индикации направления служат для контроля того, совпадает ли последовательность сигнальных единиц на приеме с последовательностью их на передаче, и используются в одном из двух предусмотренных в системе ОКС7 методов исправления ошибок.

Поля порядковых номеров FSN и BSN используются таким образом. FSN передается в прямом направлении (то есть в направлении передачи сигнала) и несет информацию о порядковом номере той MSU, в состав которой оно входит. BSN передается в обратном направлении в составе подтверждающей сигнальной единицы (ею может быть MSU или FISU) и несет информацию о порядковом номере той MSU, к которой это подтверждение относится.

Индикатор длины LI указывает, сколько байтов содержит сигнальная единица в полях, расположенных между резервными битами и проверочной комбинацией СК. Заметим, что формат заполняющей сигнальной единицы в промежутке между LI и СК не содержит никаких полей (0 байтов), формат сигнальной единицы статуса звена содержит в этом промежутке только поле статуса (либо 1 байт, либо 2 байта), а формат значащей сигнальной единицы предусматривает, как это видно на рис. 1.2, наличие между LI и СК двух полей -имеющего длину 1 байт поля SIO и имеющего переменную длину поля сигнальной информации SIF. Из сказанного сам собой вытекает способ идентификации типа сигнальной единицы, о котором говорилось выше.

Байт служебной информации SIO содержит два элемента - сервисный индикатор, указывающий, к какой из подсистем-пользователей МТР относится содержащаяся в сигнальной единице информация, и индикатор вида сети (международная, междугородная, местная).

Поле сигнальной информации SIF содержит целое число байтов (от 2 до 272). Форматы этого поля определены отдельно для каждой подсистемы-пользователя.

Поле проверочной комбинации СК содержит 16 битов. Значения битов вычисляются путем применения образующего полинома к информации, которая содержится в подготавливаемой к передаче сигнальной единице. Полином имеет вид х¹⁶+ х¹²+ х⁵+ 1. Он выбран таким образом, чтобы оптимизировать процесс обнаружения пакетов ошибок при передаче.

Проверочные биты образуются из остатка от деления (по модулю 2) величины x^k (x¹⁵+ х¹⁴+ х¹³+ х¹²+ .... х²+ х + 1), (где к - число битов в сигнальной единице между последним битом открывающего флага и первым проверочным битом, кроме битов, введенных, чтобы исключить имитацию флага) на образующий полином x^l6+x^l2+x⁵+1 и остатка от деления на тот же полином умноженного на х¹⁶ содержимого сигнальной единицы между последним битом открывающего флага и первым проверочным битом (не считая битов, введенных с целью исключить имитацию флага).

Передаваемые проверочные биты являются дополнением до «1» образовавшего остатка 16-битового поля, то есть «1» меняются на «0» и наоборот. Это изменение производится для того, чтобы минимизировать вероятность ошибки в работе оборудования принимающей стороны.

Принимаемые биты анализируются на предмет соответствия между ними и остальной частью принятой сигнальной единицы. Если соответствия не обнаружено, регистрируется ошибка, а сигнальная единица стирается. Стирание MSU приводит в действие механизм исправления ошибок.

Основной метод исправления ошибок применяется для сигнальных звеньев со временем распространения сигнала в одном направлении, не превышающем 15 мс. В противном случае используется метод превентивного циклического повторения. Примером использования метода превентивного циклического повторения может служить случай, когда связь организуется по спутниковым каналам. Сообщения, которые были приняты с искажениями (например, из-за пакетов ошибок при передаче), передаются повторно в той же последовательности, в какой они передавались первый раз, так что для функций уровня 3 не возникает никаких проблем с доставкой сообщений подсистемам-пользователям без потерь и дублирования.

Если имеют место постоянные ошибки, уровень 3 уведомляется об этом для того, чтобы он мог принять соответствующее решение, например, решение изменить маршрут с использованием в нем другого сигнального звена.

Основной метод исправления ошибок - это метод с положительным и отрицательным подтверждением и повторной передачей сигнальных единиц, принятых с искажениями. Функции, входящие в механизм исправления ошибок, представлены на рис. 1.3.

Рис. 1.3 Функции исправления ошибок.

Для передачи сигнальной информации от верхнего уровня SP-A к такому же уровню SP-Б эта информация оформляется уровнем 3 МТР SP-A и вводится уровнем 2 МТР SP-A в информационное поле MSU. В уровне 2 SP-A имеются буфер передачи и буфер повторной передачи. Буфер передачи используется для сохранения MSU перед передачей по сигнальному звену, то есть действует как запоминающее устройство до тех пор, пока звено не будет способно передать эту MSU. Буфер повторной передачи хранит копию MSU на случай, если SP-Б примет ее с искажениями.

Как уже было сказано, каждая MSU содержит порядковый номер FSN, бит-индикатор FIB, порядковый номер BSN и обратный бит-индикатор BIB. Когда сигнальное звено работает нормально, FIB присваивается конкретное значение (например, 0), и BIB также присваивается это значение (0). Когда MSU принимается уровнем 2 в АТС А, она поступает в буфер передачи. Буфер передачи работает по принципу FIFO, то есть принятая первой MSU должна первой передаваться. Когда сигнальное звено свободно, и подходит очередь для передачи, следующей MSU присваивается FSN, на 1 больший (по модулю 128), чем FSN последней переданной MSU. Затем очередная MSU передается к SP-Б, а в буфер повторной передачи вводится ее копия.

В SP-Б принятый FSN сравнивается с ожидаемым (предыдущий FSN плюс 1). Если принятое значение совпадает с ожидаемым, содержимое MSU направляется в уровень 3. Значение FSN копируется в поле BSN, а значение BIB остается неизменным. SP-A воспринимает получаемые от SP-Б BSN и BIB как положительное подтверждение. При приеме верных BSN и BIB SP-A удаляет содержимое MSU из буфера повторной передачи.

Если сравнение в SP-Б принятого FSN с ожидаемым обнаруживает противоречие, возникшее, например, вследствие срабатывания механизма обнаружения ошибок и стирания искаженных MSU, величина BIB изменяется на «1», и SP-A получает отрицательное подтверждение. В этом случае BSN присваивается значение последнего правильно принятого FSN.

При приеме отрицательного подтверждения SP-A прерывает передачу сигнальных единиц, и MSU, находящиеся в буфере повторной передачи, передаются повторно, начиная с той, FSN которой на «1» больше FSN последней положительно подтвержденной MSU. Значение FIB меняется на «1» , так что FIB и BIB будут снова одинаковы.

Метод исправления ошибок посредством превентивного циклического повторения предусматривает положительное подтверждение, циклическое повторение и упреждающее исправление ошибок. При этом отрицательное подтверждение не применяется, а индикацией искажения сообщения служит отсутствие позитивного подтверждения. Исправление ошибок достигается программируемым циклическим повторением неподтвержденных MSU. Каждая сигнальная единица содержит FSN и BSN (как и в основном методе), но FIB и BIB не используются, и им присваивается значение «1».

В период отсутствия новых ожидающих передачи MSU начинается повторная передача MSU, хранящихся в буфере повторной передачи. Во время повторной передачи сохраняются первоначальные FSN. Если поступает новая сигнальная единица, циклическое повторение прекращается, а новая MSU передается с FSN, на единицу большим (по модулю 128) последнего присвоенного значения. Если следующие новые MSU не принимаются, рекомендуется циклическое повторение.

Положительным подтверждением приема неискаженной сигнальной единицы является прием на АТС А значения BSN, равного присвоенному FSN. После получения такого подтверждения соответствующая MSU удаляется из буфера повторной передачи.

Одним из недостатков данного метода является тот факт, что буферы передачи и повторной передачи могут перегружаться. Для предотвращения потери сообщения применяется процедура, называемая вынужденным повторением. Количество MSU и количество их байтов, хранящихся в буфере повторной передачи, непрерывно контролируются. Если тот или другой параметр достигает заранее установленного предельного значения, новые MSU не принимаются, а приоритет отдается повторной передаче MSU, хранящихся в буфере повторной передачи. Цикл повторной передачи продолжается до тех пор, пока значения двух действующих параметров не станут ниже установленных предельных значений.

Уровень 3

Уровень 3 МТР содержит функции, обеспечивающие транспортировку сигнальных сообщений через сеть ОКС от подсистемы-отправителя, которая размещена в одном SP, к подсистеме-получателю, размещенной в другом (не обязательно смежном) SR Говоря об обеспечении такой транспортировки, мы имеем в виду две группы функций:

• функции обработки сигнальных сообщений, то есть, собственно, функции их коммутации,

• функции адаптации сети ОКС к происходящим в ней изменениям (перегрузкам или повреждениям элементов сети), то есть функции эксплуатационного управления сетью ОКС.

Состав функций в каждой из этих групп, а также их связь между собой и с функциями других уровней МТР иллюстрирует рис. 1.4. Рассмотрим обе группы функций более подробно.

Функции обработки сигнальных сообщений

Они представлены в уровне 3 МТР тремя функциональными блоками:

функциями сортировки сообщений, принимаемых от уровня 2, то есть разделения их на сообщения, адресованные в «свой» SP, и на сообщения, адресованные в другой SP, функциями распределения сообщений, адресованных в «свой» SP, по подсистемам уровня 4,

функциями маршрутизации сообщений, подлежащих передаче (как тех, которые пришли от подсистем уровня 4 или от функций эксплуатационного управления сетью ОКС, размещенных в своем SP, так и тех, которые поступили от уровня 2, но должны быть направлены в другой SP).

Рис. 1.4 Функции уровня 3 МТР

Работа всех трех функциональных блоков базируется на следующем. Как отмечалось, сообщения переносятся в поле сигнальной информации SIF сигнальных единиц. Структура сообщения, вообще говоря, бывает разной (в зависимости от его принадлежности той или иной подсистеме-пользователю), однако его обязательной частью во всех случаях является так называемая маршрутная этикетка , содержащая, в частности, данные об SP-отправителе (код ОРС - Originating Point Code) и SP-получателе (код DPC - Destination Point Code). Функции сортировки сообщений, анализируя маршрутную этикетку, определяют, куда нужно направить сообщение, принятое от уровня 2, - к функциям распределения сообщений (если DPC совпадает с кодом «своего» SP) или к функциям маршрутизации сообщений (если совпадения нет).

  4       14                14

Рис. 1.5 Маршрутная этикетка

ОРС - код SP-отправителя

DPC - код SP-получателя SLS - селектор сигнального звена Функции распределения, приняв от функций сортировки сообщение, этикетка которого содержит в поле DPC код «своего» SP, анализируют байт служебной информации SIO и направляют сообщение к подсистеме-адресату.

Функции маршрутизации, приняв сообщение от функций сортировки или от подсистемы-отправителя, размещенной в «своем» SP, используют DPC, содержащийся в этикетке, для выбора маршрута, по которому это сообщение должно быть направлено к SP-получателю, а селектор сигнального звена SLS служит для выбора одного из нескольких сигнальных звеньев в пучке (или в нескольких пучках) звеньев.

Функции эксплуатационного управления сетью ОКС

Эти функции тоже представлены в уровне 3 МТР тремя функциональными блоками:

• функциями управления сигнальным трафиком,

• функциями управления сигнальными звеньями,

• функциями управления сигнальными маршрутами.

Функции эксплуатационного управления сетью ОКС обеспечивают пребывание этой сети в состоянии, когда она способна предоставлять услуги своим пользователям, и восстановление такого состояния при нарушениях нормальной работы сигнальных звеньев или пунктов сигнализации. Эти нарушения могут проявляться либо в виде полного отказа звена или SP, либо в ухудшении условий доступа к ресурсу (звену или SP) из-за его перегрузки.

Отказ сигнального звена приводит к необходимости его отключения и перевода обслуживаемого этим звеном потока сообщений на резервное звено (или на несколько резервных звеньев). Кроме того, отказ сигнального звена может ухудшить условия (или совсем исключить возможность) доступа к некоторым сигнальным маршрутам, что повлечет за собой необходимость изменения схемы маршрутов.

И отказы (или перегрузки), и их ликвидация, имеют своим результатом изменение статуса соответствующего ресурса сети с точки зрения уровня 3 МТР. Сигнальное звено может быть «доступно» или «недоступно», причем «недоступным» оно оказывается, когда его атрибут «статус» принимает одно из следующих значений: «неисправен», «деактивизирован», «блокирован», «доступ запрещен», а «доступным» становится при значениях этого атрибута «восстановлен», «активизирован», «разблокирован», «доступ разрешен». По отношению к сигнальному маршруту или к пункту сигнализации уместны характеристики «доступен» или «недоступен».

Когда благоприятная характеристика статуса сигнального звена или сигнального маршрута меняется на неблагоприятную, вступает в действие подходящий к случаю функциональный блок.

Функции управления сигнальным трафиком выполняют процедуры:

• перехода на резервное звено (на резервные звенья),

• возврата на основное звено,

• вынужденной ремаршрутизации,

• управляемой ремаршрутизации,

• эксплуатационного запрета доступа к сигнальному звену,

• управления потоком сигнальных сообщений.

Функции управления сигнальными звеньями выполняют процедуры:

• деактивизации, восстановления, активизации сигнального звена,

• активизации пучка сигнальных звеньев.

Функции управления сигнальными маршрутами выполняют процедуры:

• управляемого транзита через данный STP в данном направлении,

• запрета транзита через данный STP в данном направлении,

• разрешения транзита через данный STP в данном направлении,

• тестирования группы сигнальных маршрутов.

Служебная информация, которой обмениваются SP при выполнении названных процедур, переносится через сеть в сообщениях уровня 3 МТР, имеющих в байте SIO значение сервисного (0000), которое является общим для всех сообщений эксплуатационного управления. Эти сообщения имеют маршрутную этикетку, формат и содержание которой стандартно для всех сообщений уровня 3. Отличие заключается в том, что в сообщениях, относящихся к эксплуатационному управлению определенным сигнальным звеном, смысл поля SLS состоит не только в выборе звена для передачи сообщения, но также и в идентификации звена, которым данное сообщение управляет; если же сообщение не относится к управлению сигнальным звеном, и никакой другой код в поле SLS не внесен, то в нем записывается код 0000.

Следующие два элемента в форматах сообщений эксплуатационного управления - так называемые коды заголовка НО и Н1. Код НО содержит 4 бита и идентифицирует группу, к которой относится сообщение. Например:

• Н0=0001 - сообщения перехода на резервное звено и обратно,

• Н0=0100 - сообщения запрета/разрешения транзита,

• Н0=0101 -сообщения тестирования группы маршрутов,

• Н0=0110 - сообщения эксплуатационного запрета доступа, и т.д.

Код Н1 тоже содержит 4 бита, но смысл его зависит от того, к какой группе сообщений эксплуатационного управления он относится. Например, применительно к сообщениям перехода на резервное звено и обратно:

• Н1 =0001 означает сигнал-команду,

• Н1 =0010 означает подтверждение,

а применительно к сообщениям запрета/разрешения транзита:

• Н 1=0001 означает, что это - сообщение запрета,

• Н1=0101 означает, что это-сообщение разрешения.

Помимо кодов заголовка некоторые сообщения эксплуатационного управления могут содержать поле с дополнительной информацией, которая определяет область их действия и, если нужно, порядковый номер той MSU, которая предшествовала данному эксплуатационному сообщению.

Как уже упоминалось, необходимость в активизации тех или иных процедур эксплуатационного управления возникает при изменениях статуса тех или иных ресурсов сети ОКС. В зависимости от причины изменения статуса ресурса (неисправность или воздействие команд эксплуатационного управления) и от того, где это изменение первоначально зафиксировано (в «своем» или в «не своем» SP), информацию о нем уровень 3 МТР получает :

• от средств контроля характеристик работы сигнального звена в уровне 2,360 в составе эксплуатационного сообщения, поступившего от другого SP и доставленного в уровень 3 средствами уровня 2,

• от собственных средств эксплуатационного контроля и управления,

• от центра эксплуатационного управления сетью через интерфейс с подсистемой SCCP, обеспечивающей взаимодействие уровня 3 МТР с верхними уровнями протокола ОКС7 (ТС, ОМАР).

Полученные сведения об изменении статуса того или иного ресурса уровень 3 МТР передает, смотря по обстоятельствам:

• средствам уровня 2,

• другому (или другим) SP,

• собственным средствам эксплуатационного управления,

• в центр эксплуатационного управления сетью.

При выполнении процедур эксплуатационного управления уровень 3 МТР:

• обменивается эксплуатационными сообщениями с другим (с другими) SP,

• передает соответствующие случаю индикации (запросы) в центр и в собственные средства эксплуатационного управления,

• обменивается с уровнем 2 командами/ответами при активизации и деактивизации сигнальных звеньев.

1.2    Конвертеры протоколов сигнализации

Традиционный и наиболее приемлемый для операторов сети электросвязи подход к решению проблемы взаимодействия разных систем сигнализации в аналоговых и смешанных аналого-цифровых телефонных сетях России и стран СНГ состоит в реализации встроенных программно-аппаратных интерфейсных средств, специально разрабатываемых для каждого типа цифровой АТС.

Такой подход, наряду с очевидными преимуществами, имеет определенные недостатки: относительно дорогой и длительный период адаптации цифровой АТС, снижение гибкости сетевых функций технического обслуживания, начисления платы и т.п. К тому же, кратковременная потребность в поддержке устаревающей системы сигнализации каждой цифровой АТС может не успеть компенсировать затраты на разработку. Альтернативный подход заключается в использовании конвертеров сигнализации. Представляя собой автономные сетевые модули, эти конвертеры могут избавить тот или иной проект установки коммутационного оборудования от вышеперечисленных недостатков.

Одним из примеров такого применения является преобразование сигнализации по трех проводным соединительным линиям в абонентскую сигнализацию по двухпроводным аналоговым линиям с частотным набором номера - конвертер 3/2.

Этот конвертер может использоваться для подключения к районной АТС по трех проводным соединительным линиям телефонной станции малой емкости, имеющей для связи с ТфОП только двухпроводные абонентские интерфейсы. Конвертер обеспечивает прямой входящий набор к абонентам малой АТС со стороны ГТС. Конвертер принимает информацию о номере вызываемого абонента со стороны трех проводной линии в декадном коде, обеспечивая поддержку стандартного протокола сигнализации по трех проводной СЛ согласно спецификациям, занимает свободную двухпроводную абонентскую линию и передает номер в сторону малой АТС сигналами DTMF.

Другим примером является цифровой конвертер R2 DTMF/ R1.5MFS, предназначенный для преобразования межстанционной сигнализации R2 по рекомендациям ITU-T Q.400-K3.490 в российский протокол сигнализации по двум выделенным сигнальным каналам с передачей номера вызываемого абонента декадным кодом или многочастотным кодом «импульсный челнок».

На рис. 1.6 представлены варианты использования этого конвертера во Взаимоувязанной сети связи России. Конвертер обеспечивает взаимодействие АТС, выполняя при этом следующие функции: прием и обработку линейных сигналов в 16-м канальном интервале по протоколу R2 ; прием и обработку линейных сигналов в 16-м канальном интервале по 2ВСК ; прием и обработку сигналов регистровой сигнализации по разговорному каналу частотным кодом DTMR прием и обработку передаваемых по разговорному каналу регистровых сигналов многочастотной сигнализации кода «2 из 6» методом «импульсный челнок» ; передачу линейных сигналов в 16-м канальном интервале по протоколу R2 ; передачу линейных сигналов в 16-м канальном интервале по 2ВСК; передачу регистровых сигналов многочастотным кодом DTMR передачу по разговорному каналу регистровых сигналов многочастотной сигнализации кодом «2 из 6» методом «импульсный челнок» ; прием запроса и выдачу информации АОН.

Рис. 1.6 Варианты использования конвертера R2 DTMF/R1,5 MFS

Логика преобразования протоколов сигнализации с помощью конвертера R2DTMF/R 1.5 MFS представлена примерами на рис. 1.7.

Еще одной моделью конвертера является конвертер E&M/3WA, предназначенный для преобразования интерфейса Е&М с управлением сигнальным каналом, например, по протоколу R1 согласно рекомендациям ITU-TQ.31O-s-Q.332, в протокол сигнализации по трехпроводным аналоговым соединительным линиям. Схема включения этого конвертера приведена на рис. 1.7.

Рис. 1.7 Схема включения конвертера E&M/3WA

Сигнализация в сетях абонентского доступа играет важную роль межстанционной сигнализации. Все более значительным воздействием компьютерных технологий на телефонию обусловило, в частности, появление новых идей в области протоколов межстанционной сигнализации. На этапе перехода от старых технологий сигнализации к современным, важен вопрос использования различных конверторов, обеспечивающих совместимость различных систем.

2. Подсистема контроля и диагностики систем сигнализации

Подсистема контроля и диагностики систем сигнализации ПКД СС QUEST7 представляет собой интеллектуальную систему мониторинга компании GN Nettest для сетей ОКС7, GSM и IN. Данная система вследствие присущей ей гибкости может использоваться как с одним центром контроля, так и в виде сложной иерархической системы, включающей региональные центры контроля больших сетей, соединенных с главным центром. Система выполнена на платформе UNIX и осуществляет сбор и передачу данных с использованием устройств удаленного тестирования (RTU), основанных на специализированном многоканальном анализаторе протоколов (МРА) той же компании, что позволяет уменьшить затраты при повышении качества и доступности функционирования.

Тщательно сбалансированная иерархическая структура системы ПКД СС позволяет осуществить как горизонтальное расширение на региональном уровне с использованием дополнительных серверов или большего количество МРА, так и вертикальное расширение на национальном уровне. Благодаря отсутствию необходимости замены исходной системы, этот процесс является относительно простым и недорогим, а использование совокупности программного и аппаратного обеспечения гарантирует очень надежные и помехоустойчивые условия эксплуатации, так как неисправности отдельных компонентов не приводят к срыву работы всей системы.

Наличие распределенных баз данных, сохраняющих большое количество информации о сигнализации, совместно с трассированием вызова по всей сети даже спустя несколько часов после его поступления, значительно облегчает поиск неисправностей при обнаружении проблем в сети.

Таким образом, использование централизованной системы ПКД СС обеспечивает корпоративных пользователей определенным набором средств, позволяющих снизить стоимость эксплуатации, улучшить качество предоставляемых услуг и получаемых результатов. Результаты мониторинга сигнального обмена ОКС7 представляют собой средство управления предоставлением новых услуг и абонентов, оформления счетов транзитной сигнализации ОКС7 и проверки счетов от операторов. Более того, доступность данных ОКС7 в режиме реального времени позволяет предупредить возникновение неблагоприятных условий, обнаружить факт несанкционированного доступа, произвести оценку функционирования коммутатора оператора, статистических доказательств качества предоставляемых услуг и т. д.

В настоящее время система установлена и успешно эксплуатируется в таких компаниях, как Sonofon (Дания), Mannesmann Mobilfunk GmbH (Германия), Bell Emergis (Канада), Post & Telecom (Австрия), ETISALAT (Объединенные Арабские Эмираты), Global One, Malav (Венгрия) и др.

.1 Базовая структура системы ПКД СС

ПКД СС - наращиваемая, от одного центра до системы, со сложной иерархической структурой, содержащей Региональные (RSC) и Национальные (CSC) центры мониторинга и анализа ОКС7, которые интегрированы с платформой цифровой сети и управления услуг TeMIP, соответствующей специально разработанной для телекоммуникационной индустрии платформе TMN, позволяющей добиться совместимости с другими системами. Таким образом, ПКД СС имеет открытую расширяемую архитектуру с доступом к данным через API и позволяющую масштабировать систему с расширением размеров сети.

ПКД СС состоит из четырех уровней обработки данных с использованием архитектуры клиент/сервер, которая базируется на распределенных функциональных устройствах и системе децентрализованного сбора данных с RTU, соединенных посредством сети LAN. RTU используются для осуществления тестирования сети сигнализации, перехватывая для проведения протокольного анализа законченные единицы сигнализации, а все статистические данные, как описывается далее, собираются в трафике сигнализации. В случае обнаружения сигналов тревоги или нарушения установленных порогов информация направляется в Региональный или Национальный центр либо по требованию, либо автоматически, так как все пункты связи охвачены локальной сетью (Ethernet), а с внешними устройствами - по сети WAN TCP/IP с использованием широкого диапазона уже имеющихся в распоряжении элементов сети. На физическом уровне существует альтернатива между ISDN и Х.25.

Мониторинг сети ОКС7 посредством RTU обеспечивает неограниченный доступ ко всем данным ОКС7 независимо от того, какая фирма является поставщиком элементов. Более того, данные поступают в режиме реального времени независимо от состояния загрузки сети, обеспечивая тем самым более надежное получение информации. ПКД СС основана на использовании (рисунок 2.1):

•RTU, осуществляющих мониторинг.

•Центральной системы мониторинга и анализа, содержащей:

1   операционную систему UNIX;

2   цифровую платформу TeMIP TMN;

3   рабочие станции/серверы, соответствующие промышленному стандарту;

4   графический пользовательский интерфейс Х-Windows/Motif;

5   реляционную базу данных Oracle.

•Связи между пунктами сбора данных и операционным центром по сети WAN на TCP/IP.

Здесь в качестве RTU используются дистанционно управляемые анализаторы МРА, а центры контроля базируются на цифровой платформе TeMIP, операционной системе UNIX, рабочих станциях и серверах, соответствующих промышленному стандарту, графическом пользовательском интерфейсе X-Windows/CDE, графической системе Data View's и региональной базе данных Oracle.

Согласно данной схеме, региональный центр мониторинга и анализа

Рисунок 2.1 - Базовая архитектура системы контроля и диагностики ПКД СС

(RSC) осуществляет мониторинг каналов сигнализации при помощи RTU-анализаторов МРА, обеспечивая:

6 управление мониторингом, анализом и поиском неисправностей;

7 анализ протоколов ОКС7;

8 сбор статистических данных;

9 анализ маршрутизации;

10 трассировку вызова;

11 обнаружение фактов несанкционированного доступа;

12 управление системой.

Центральный пункт мониторинга и анализа (CSC) получает обработанную информацию от всех региональных центров, причем для более детального просмотра оператор на центральном пункте может со своего рабочего места войти в любой региональный центр. Это позволяет поддерживать конфигурации систем, состоящих из одного центра мониторинга и анализа, соединенного с RTU посредством LAN в виде сети Ethernet или WAN, которая может быть реализована, например, как сеть, основанная на ТСР/1Р- маршрутизаторе с физическим уровнем ISDN или Х.25.

Так как ПКД СС имеет иерархическую архитектуру с распределенной вычислительной мощностью и способностью сохранения данных, это значительно упрощает расширение системы и снижает его стоимость. ПКД СС имеет очень тщательно сбалансированную системную концепцию, позволяющую проводить как горизонтальное расширение на региональном уровне с использованием дополнительных систем или большого количества RTU, так и вертикальное расширение на национальном уровне. Модернизация в соответствии с национальной конфигурацией может иметь место «по требованию» для удовлетворения растущих потребностей, в то время как все преимущества и гибкость децентрализованного процесса мониторинга и анализа сохраняются на региональном уровне.

ПКД СС разработана как открытая система, что делает возможным доступ к данным извне, например, существует возможность получения доступа извне к статистическим данным и данным по вызову, что обеспечивается прикладным интерфейсом (API), представляющим собой широко распространенный язык запросов SQL.

.2 Основные функции системы ПКД СС

В общем случае ПКД СС обеспечивает:

13 централизованный поиск неисправностей в сетях ОКС7, GSM и IN;

14 сбор статистических функций;

15 трассировку вызова по всей сети (с различными сигнальными протоколами);

16 обнаружение несанкционированных вызовов в режиме реального времени;

17 заблаговременное предупреждение о возникновении сбойных участков сети;

18 тарификация и мониторинг услуг для новых абонентов;

19 тарификация транзитных вызовов;

20 подтверждение подлинности счетов от других операторов, и имеет следующие дополнительные варианты использования, нацеленные на оптимизацию функционирования сети и предоставление новых интеллектуальных услуг.

Мониторинг и анализ сети

Использование системы ПКД СС для мониторинга и анализа сети является ее основным применением, из которого следуют все другие варианты использования, в частности, отображение сигналов тревоги, поступающих от сети сигнализации при обнаружении фактов несанкционированного доступа или от внутренних сигналов тревоги оборудования. Наличие опций настройки, фильтрации и определения порогов для мониторинга, функционирования линий или интенсивности трафика позволяют более детально проводить анализ данных. На рисунке 2.2 приведено окно обработки сигналов тревоги (алармов) представленных в системе ПКД СС в формате OSI, которое отражает время поступления сигнала, его статус, серьезность нарушения и т. д.

Рисунок 2.2 - Окно сообщений о сигналах тревоги

Анализ протоколов 0КС7

Анализ протокола каждой линии сигнализации осуществляет RTU, а системный оператор может запросить подробную информацию при осуществлении мониторинга и анализа для перевода этих данных в центральный пункт. На рисунке 2.3 представлен результат детального анализа протоколов в окне Protocol Analysis ПКД СС.

Рисунок 2.3 - Окно результата детального анализа протоколов ОКС7

Как видно из приведенного рисунка, опция анализа протоколов обеспечивает возможность централизованного поиска неисправностей сети со встроенной функцией помощи и поставляется с большим количеством протоколов.

Анализ маршрутизации

Данная функция обеспечивает отображение в режиме реального времени выборочных статистических и функциональных данных для одного или более соединений. На рисунке 2.4 приведена таблица последовательности вызовов и просмотра их характеристик.

Рисунок 2.4 - Таблица последовательности вызовов

Сбор и обработка статистических данных по соединениям и вызовам

В этом случае можно запустить счетчик для каждого типа сообщений по всем линиям. Эти счетчики обеспечивают подробные статистические данные для каждого типа сообщений. Функция статистики вызова дает возможность анализа распределения вызовов по сети и основана на записи информации о вызове (CDR), создаваемой системой ПКД СС для каждого вызова. С целью отслеживания вызовов по сети ОКС7 или GSM в системе предусмотрена функция трассировки вызова, выполняемая путем определения телефонного номера или его части. Отличительной особенностью данной процедуры является отсутствие необходимости в проведении дополнительной настройки перед вызовом, в связи с чем не требуется и информация относительно маршрутизации, а трассировка (рисунок 2.5) может быть осуществлена после начала вызова. При этом данной функцией может пользоваться одновременно несколько пользователей.

Рисунок 2.5 - Диаграмма вызовов

Статистический отчет функционирования

Данная функция представляет собой усовершенствованную функцию статистики соединения (Q.752), которая обеспечивает доступность маршрута и каждого уровня протокола. Статистический отчет может быть представлен в табличной форме или и в виде различных диаграмм (рисунок 2.6).

Рисунок 2.6 - Статистический отчет в табличной форме и в виде диаграммы

2.3 Контроль качества вызовов и обнаружение фактов несанкционированного доступа

Основываясь на функции, соответствующей Е.422, можно провести анализ неудачных вызовов и установить связь удачных вызовов в сети с информацией о причинах неудачных вызовов. Кроме этого, в системе предусмотрена функция обнаружения фактов несанкционированного доступа, которая основана на осуществляемом в режиме реального времени контроле подозрительных вызовов и сборе CDR. В качестве иллюстрации, на рисунке 2.7 приведена структура организации доступа к системе ПКД СС, выполненная на основе TeMIP технологии.

Рисунок 2.7 - TeMIP менеджер доступа

Рисунок 2.8 - Окно обнаружения несанкционированного доступа

Такая структура позволяет внести абонентов в «Сигнальный список» или «Список подробного наблюдения», что гарантирует формирование сообщения о несанкционированных вызовах в процессе их выполнения. Эта функция может быть использована большим количеством пользователей для распределенного обнаружения в окне, представленном на рисунок 2.8.

3. Программно-аппаратный комплекс LabVIEW

3.1 Программно-аппаратный комплекса LabVIEW

(Laboratory Virtual Instruments Engineering Workshop) - это система программирования, разработанная фирмой National Instruments (США) и ориентированная на создание приложений в области автоматизации научных исследований, управления производством и промышленными установками и т.п. LabVIEW по своим возможностям приближается к системам программирования общего назначения, например к Delphi. Тем не менее, между ними существует ряд важных различий. Система LabVIEW является проблемно-ориентированной; она поддерживает программирование множества действий, специфичных для АСНИ, АСУ ТП и АСУП и реализует концепцию виртуальных приборов.

Каждая программа LabVIEW представляет собой отдельный виртуальный прибор (ВП), то есть - программный аналог некоторого реально существующего или воображаемого устройства, состоящий из двух взаимосвязанных частей.

.        Первая часть, лицевая панель, описывает внешний вид ВП и содержит множество средств ввода информации - так называемых средств управления, а также множество средств визуализации информации - так называемых индикаторов.

На рисунке 3.1 к индикаторам относится, например, табло "Measurement", отображающее разряды числового значения измеряемой величины, а к средствам управления - ползунок "Function", переключатель диапазона измерений "Range" и переключатель режима измерений "Trigger Mode".

Рис. 3. 1. Лицевая панель ВП - аналога цифрового тестера Fluke 8840A

Вторая часть, блок-схема (или блок-диаграмма) описывает алгоритм работы ВП.

Рис. 3.2 Блок-схема ВП - аналога цифрового тестера Fluke 8840A

Каждый ВП, в свою очередь, может использовать в качестве составных частей другие ВП, подобно как любая программа, написанная на языке высокого уровня(СИ, Паскаль, Бейсик,) использует свои подпрограммы. Такие ВП нижнего уровня обычно называются субВП. На рисунке 3.2 к субВП относится элемент "Send DEMO" - это ВП, непосредственно реализующий операции по переключению диапазонов, преобразованию сигналов, генерации поразрядного представления результата и т.п.

Также на рисунке можно отметить многочисленные функциональные блоки, играющие роль "задних контактов" для объектов лицевой панели, - это так называемые терминалы. Каждому терминалу обязательно соответствует какой-либо индикатор или средство управления, расположенные на лицевой панели.

Важными элементами блок-схемы являются функциональные узлы - встроенные субВП, являющиеся частью LabVIEW и выполняющие предопределенные операции над данными.

Данные от терминалов к функциональным узлам и между различными функциональными узлами передаются при помощи связей, которые изображены на рисунке разноцветными линиями различной толщины. Поля ввода/выводя должны быть совместимы с типами данных, передаваемыми по проводникам. В данном курсе используются следующие типы данных:

Flnnting point - чисто с плавающей запятой, отображается в виде оранжевых терминалов. Может быть комплексным.

- Integer - целочисленный тип, отображается в виде голубых терминалов.

- Boolean - логический тип, отображается в виде зеленых терминалов.

Логический тип может принимать только два значения: 0 (FALSE) или 1

(TRUE).

String - строковый тип, отображается в виде розовых терминалов.

Строковый тип данных содержит текст в ASCII формате.

Path - путь к файлу, отображается в виде терминалов. Путь к файлу

близок строковому типу, однако, LabVlEW форматирует его, используя стандартный синтаксис для используемой платформы.

- Array - массивы включают типы данных составляющих элементов и принимают соответствующий им цвет.

- Dynamic - динамический тип, отображается в виде темно-синих терминалов. Кроме данных сигнала, динамический тип содержит дополнительную информацию, например, название сигнала или дату и время его получения.

Наконец, рамка со скругленными углами, ограничивающая группу соединенных между собой терминалов и функциональных узлов, - это функциональный узел особого вида, управляющая структура.

Источники и приемники данных:

При соединении элементов LabVIEW друг с другом в каналах связи действуют принципы аналогичные принципам теоретических основ электротехники:

) К каналу связи может быть подключен только один источник данных.

) К одному источнику данных может быть подключено неограниченное число приемников данных.

) Соединение только одних приемников - абсурдно и поэтому программой LabVIEW признается ошибочным.

Вывод объекта, по которому объект передает данные внешним элементам, принято называть выходом объекта. Вывод объекта, по которому объект принимает данные от внешних элементов, принято называть входом объекта.

Программа Labview может прокладывать трассу провода только прямолинейными участками, расположенными только горизонтально или вертикально. Поэтому трасса провода между двумя соседними точками, в общем случае, образуется двумя участками: горизонтальной и вертикальной проекциями отрезка воображаемой прямой линии, соединяющего соседние точки. Соединяющая трасса имеет вид пунктирной линии. При правильной соединении пунктирная линия трассы превращается в сплошную линию провода и окрашивается, при неправильном - остается пунктирной и требует устранения ошибки, точнее согласования подключаемых элементов. Подключение устройств

Среда LabVIEW включает в себя набор подпрограмм ВП, позволяющих конфигурировать, собирать и посылать данные на DAQ-устройства. Часто DAQ-устройства могут выполнять разнообразные функции: аналого-цифровое преобразование (А/D), цифро-аналоговое преобразование (D/A), цифровой ввод/вывод (I/O) и управление счетчиком/таймером. Каждое устройство имеет свой набор возможностей и скорость обработки данных. Кроме этого, DAQ-устройства разрабатываются с учетом аппаратной специфики платформ и операционных систем.

Компоненты DAQ-системы

На иллюстрации продемонстрированы два варианта компоновки DAQ-системы. В варианте «А» DAQ-устройство встроено в компьютер, а в варианте «В» DAQ-устройство является внешним. С внешним устройством можно построить DAQ-систему на базе компьютера без доступных слотов расширения, например, с использованием портативных компьютеров. Компьютер и DAQ-модуль связываются между собой через аппаратные интерфейсы, такие как параллельный порт, последовательный порт и сетевые карты (Ethernet). Практически эта система является примером удаленного управления DAQ-устройством.

Рис. 3.3 Схема подключения DAQ-устройства

Табл.

Основной задачей, решаемой DAQ-системами, является задача измерения или генерации физических сигналов в реальном времени. Перед тем как компьютерная система измерит физический сигнал» датчик или усилитель должен преобразовать физический сигнал в электрический, например, ток или напряжение. Встроенное DAQ-устройство часто рассматривается как полная DAQ-система, хотя практически это только один из компонент системы. В отличие от самостоятельных устройств измерения, не всегда возможно соединение напрямую источника сигналов со встроенным DAQ-устройством. В этих случаях необходимо использовать дополнительные модули согласования сигналов перед тем как DAQ -устройство преобразует их в цифровой формат. Программные средства DAQ-систем включают в себя: сбор данных, анализ данных и представление результатов.

DAQ-устройства производства компании NI поставляются в комплекте с драйверами NI-DAQ. NI-DAQ взаимодействует и управляет измерительными устройствами National Instruments, включая такие DAQ-устройства как многофункциональные устройства ввода-вывода сигналов (MIO) серии Е, SCXI модули согласования сигналов и модули переключения сигналов. NI-DAQ являемся расширенной библиотекой функций, которые можно вызвать из среды создания приложений, например. Lab VIEW, для программирования всех возможностей измерительного устройства NI.

Надо очень четко представлять себе, что ВП - это только модель тех элементов реального прибора или установки, которые гораздо проще и дешевле реализовать в виде программы. Но для того, чтобы ВП можно было использовать как реальный заменитель конкретного осциллографа или распределительного щита, необходимо осуществить связь между объектом физического мира (например, управляемой технологической установкой, ) и программой ВП. Эта связь традиционно осуществляется при помощи специализированных технических средств, - датчиков, аналогово-цифровых и цифро-аналоговых преобразователей, интерфейсов передачи данных и пр., - образующих в совокупности комплекс устройств связи с объектом (УСО). Соответственно, ВП должен иметь выход на программу (драйвер) обслуживания внешнего устройства, являющегося частью УСО (например, на драйвер "измерительной платы", драйвер контроллера КАМАК и т.п). Обычно в роли такого "связующего звена" выступает функциональный узел блок-схемы ВП или субВП, не декомпозируемый на более мелкие структурные составляющие. Часто он представляет собой фрагмент программного кода, разработанный не средствами LabVIEW, а при помощи языка Ассемблера или Си.

UDP соединения двух машин, в среде LabView

Параграф рассказывает о методике соединения и передачи данных между двумя и более компьютерами в сети на основе TCP/IP, по средством LabVeiw. Предполагается что пользователь знаком с основами передачи данных по сети, в частности протоколом UDP, являющимся основным транспортным протоколом для рассмотренного сетевого соединения.

Для справки:- протокол пользовательских датаграмм. Относится к транспортному уровню напрямую взаимодействуя с приложением. Этот протокол не предусматривает процесс создания виртуального канала между двумя машинами. Данные передаваемые от одной машины к другой не гарантированно придут в первоначальном виде. За целостность передаваемых данных отвечает программа (клиент-сервер).

Работа в LabView, ярлычки:

Процесс открытия UDP соединения в пакете LabView (LV) не зависимо от того, будет эта программа являться клиентом или сервером, осуществляется ярлычком (рис. 8 ):

Рисунок 3.4. Ярлык для открытия соединения.

- открываемый локальный порт системы (более 1024)ID - идентификатор соединенияin - ошибки соединения на входеout - ошибки соединения на выходе

Процесс закрытия UDP соединения, осуществляется ярлычком:

Рисунок 3.5 Ярлык для закрытия соединения.

ID - идентификатор соединенияID out - идентификатор соединения на выходеin - ошибки соединения на входеout - ошибки соединения на выходе

Основная идея в образовании соединения заключается в том, что бы при его открытие ID был завязан как минимум с тремя ярлычками (открытие, закрытие и чтение/запись данных ).

В одно соединение можно писать несколько данных , которые должны быть преобразованы в строковые. В свою очередь на другой машине, которая будет принимать их, следует в той же последовательности и в том же количестве считывать эти данные, расскриптовывая по тому же алгоритму, какой использовался при передаче.

Запись данных:

Рис. 3.6. Ярлык для записи данных.

ID- идентификатор соединенияID out- идентификатор соединения на выходеin- ошибки соединения на входеout- ошибки соединения на выходеin- записываемые строковые данныеIP адрес компьютера, на который хотите послать данныепорт удаленного компьютера, куда хотите послать данные

При записи данных следует указывать порт удаленной машины, куда вы хотите записать данные, соответственно приемник должен открыть этот порт на прослушивание, в противном случае сеанса не состоится. Так же, следует указать IP адрес получателя, это делается при помощи ярлычка изображенного на рис.3.10

Рис. 3.7 Ярлык для преобразования IP адреса в числовой формат.

Подключив к нему строковый управляемый индикатор, вы можете записать как IP адреса хостов так и групповые и широковещательные адреса.

Пример разных типов IP адресов: host 192.168.0.1(одного компьютера); broadcast 192.168.0.255 (всего сегмента); groupcast 224.224.0.8 (группы компьютеров).

Чтение данных:

Рисунок 3.8 Ярлык для чтения данных.

ID - идентификатор соединенияID out- идентификатор соединения на выходеin - ошибки соединения на входеout - ошибки соединения на выходеout - читаемые строковые данные- IP адрес компьютера, на который посылает датаграмму- порт компьютера, который посылает датаграммуsize - максимальный размер принимаемой датаграммыout - время по истечение которого выдается ошибка.

При приеме данных следует установить timeout который проверяет успели ли данные прочитаться в течение установленного времени. Если данные не смогли прочитаться в данный интервал времени, то генерируется ошибка на error out. В связи с этим, при передачи больших объемов информации, следует указать большее значение timout. На мой взгляд для простенькой программы, это значение можно прировнять к 0.5 секундам.

Максимальный размер получаемого пакета по умолчанию установлен в 548 байт. Это значение лучше оставить без изменений, особенно если пакеты будут проходить через маршрутизаторы.

Рисунок 3.9 Передатчик строковых и численных данных.

Рис. 3.10 Схема программы передающей данные в сеть.

Рис 3.11. Передняя панель программы принимающей данные из сети.

Рисунок 3.12 Схема программы принимающей данные из сети.

Пояснение к вышеприведенным схемам:

Схема начинается с открытия UDP соединения, открывая локальный порт > 1024. Далее от первого ярлычкам идет обязательное соединение (с лева на право) по всем остальным, это идентификатор соединения и стандартный поток ошибок. Доходя до ярлычка записи данных в UDP соединение, требуется на нем ввести обязательные параметры, такие как IP адрес и UDP порт удаленной машины. Без этого передача данных не состоится. Т.к. любое соединение предполагает передачу строковых данных, мы передаем нашу строку не изменяя ее. Далее по схеме идет передача числовых данных. Для осуществления этой передачи, следует конвертировать численные данные в строковые, для этого и происходит конвертация в 16-ти- ричный формат. И закрывается UDP соединение последним ярлычком. Поместив все это в цикл, мы можем в любой момент остановить процесс передачи данных удаленной машине.

При процессе чтения данных из UDP соединения, мы указываем порт откуда происходит процесс чтения данных. По сути схема приемника сильно перекликается со схемой передатчика, с той лишь разницей что, где был процесс записи, мы ставим ярлычок чтения. И указываем timeout.

При работе в локальных сетях, в несильно загруженных линиях передачи, UDP соединение двух машин по средством LV можно считать приемлемым. Один из больших плюсов является возможность получать данные, передаваемые одновременно сразу с нескольких машин. Но при всех его удобности в плане простоты реализации остается не решенным вопрос о надежности доставки и времени доставки данных.

3.2 Применение LabView для тестирования сигнализации сети абонентского доступа

На основе технологии виртуальных приборов разрабатываются электронные учебные материалы, научно-методические рекомендации по их использованию в общеобразовательных, профессиональных, средних специальных и высших учебных заведениях, в системе непрерывного и дополнительного образования. Одним из важнейших компонентов разрабатываемых информационных ресурсов являются комплексы лабораторных практикумов по различным дисциплинам, обеспечивающие удаленный доступ и позволяющие проводить лабораторные и практические работы, как с индивидуальных рабочих мест учащихся, так и в локальной или глобальной сети.

На кафедре сосредоточены современные технологические и информационные ресурсы:

· интегрированная высокоскоростная, многоуровневая, много сегментная компьютерная сеть с обеспечением корпоративной сетевой связанности на основе коммутируемых виртуальных Ethernet - сетей;

· многоуровневая, много сегментная сетевая инфраструктура, объединяющая компьютерные классов на базе ЛВС, , обеспечивающая выход в другие, в том числе глобальные, сети;

· системное и прикладное программное обеспечение, включая лицензионные пакеты прикладных программ LabView 7.0, Measurement Studio, TestStand, LabView Toolsets, LabView DSC, LabView RT, MathCad 6.0, Xilinx Fondation Base 4.1.

Рис. 3.13 Схема виртуальной лаборатории

На их основе разработана виртуальная лаборатория, включающая:

         компьютерный класс;

         лабораторные стенды с контрольно-измерительной и управляющей аппаратурой, подключенной к компьютерам, выполняющим задачи серверов удаленного доступа;

         сервер-шлюз, обеспечивающий доступ к глобальной компьютерной сети Internet.

В качестве базового инструмента для разработки информационных ресурсов на основе виртуальных приборов используется среда графического программирования LabVIEW компании National Instruments. Инструментальная среда LabVIEW предназначена для проектирования систем сбора и обработки данных практически любой степени сложности. В нее встроены хорошо развитые средства организации дистанционного доступа к элементам контроля и управления разрабатываемого виртуального прибора. Важно отметить, что лицензионный программный продукт необходим только разработчику программ. Для пользователей достаточно иметь возможность работы на компьютере с типовой операционной системой, например, Windows 95/98/NT/2000, имеющем выход в локальную или глобальную компьютерную сеть. Это способствует массовому использованию информационных ресурсов на основе технологии виртуальных приборов.

Для тестирования сигнализации в сетях абонентского доступа используется цифровой анализатор Anritsu MD1230A.

Рис. 3.14 Цифровой анализатор Anritsu MD1230A

С развитием передачи по сетям IP голоса, видео и данных, тема контроля уровня сервиса и качества работы сети становится особенно актуальной. Для тестирования этих параметров и предназначен MP1230A. Прибор осуществляет тестирование и мониторинг сетей IP. Обладает возможностями по тестированию MPLS и QoS, декодированию и эмуляции протоколов, в том числе IPv6, BGP4 и других. В приборе можно тестировать различные интерфейсы со скоростями передачи от 10 Мбит/с до 10Гбит/с. Любая комбинация из пяти интерфейсных модулей может использоваться в MP1230A. Более того, до 8 анализаторов MP1230A могут быть объединены в цепочку с одним прибором, действующим, как контроллер для остальных. В этом случае количество одновременно тестируемых портов может возрасти до 320 (10/100BASE-TX).

Анализатор имеет мощную систему фильтров и триггеров, которые могут устанавливаться независимо для каждого порта.

Прибор поддерживает тестирование согласно RFC2544, тестирование параметров QoS, монитора VPN QoS, тестирование работы BGP4. Мониторинг заголовков и APS для SDH. Анализатор имеет богатый набор функций по автоматическому тестированию с использованием команд GPIB.

Таб. 3.1 Основные особенности Anritsu MD1230A.

Таб. 3.2 Технические характеристики.

Из за того, что реальное оборудование для тестирования сетей довольно дорого, была рассмотрена возможность создания программной эмуляции приборов с помощью программного комплекса LabVIEW. Пакет LabVIEW (Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench) представляет собой универсальную систему (инструмент) программирования с расширенными библиотеками программ, ориентированную на решение задач управления инструментальными средствами измерения и задач сбора, обработки и представления экспериментальных данных.

Для полного проведения тестирования сигнализации в сетях абонентского доступа необходимо оборудование, которое поставляется как NI, так и сторонними производителями. Реальные приборы имеют свойство изнашиваться и выходить из строя. Программные модели приборов не имеют подобных недостатков. Данные виртуальные приборы возможно использовать для наглядной демонстрации процессов внутри сети, а также позволяют с наименьшими затратами времени и материальных средств вносить любые коррективы в свою структуру.

4. Технико-экономическая эффективность проекта

4.1 Определение трудоемкости выполненных работ

В процессе проектирования информационной системы проектировщик может разработать несколько вариантов технологических процессов, среди которых ему необходимо выбрать наилучший.

Основные требования, предъявляемые к выбираемому технологическому процессу:

–       обеспечение пользователя своевременной и достоверной информацией;

–       обеспечение высокой степени достоверности получаемой информации;

–       обеспечение минимальности трудовых и стоимостных затрат, связанных с обработкой данных.

Трудоемкость разработки программного обеспечения в чел.-часах определяется по формуле:

 (4.1)

где  - затраты труда на описание задачи;

 - затраты на исследование предметной области;

 - затраты на разработку блок схемы;

 - затраты на программирование;

 - затраты на отладку программы;

 - затраты на подготовку документации.

Определение затрат труда на описание задачи затруднено, так как этот труд связан с творческим характером работы. Допустим, что  = 150 чел.-часов и то, что работу выполняет инженер-программист с окладом 20000 руб. в месяц и коэффициентом квалификации (определяется в зависимости от стажа работы и составляет: для работающих до 2-х лет - 0,8; от 2-х до 3-х - 1,0; от 3-х до 5 - 1,1...1,2; от 5 до 7 - 1,3...1,4; свыше семи лет - 1,5...1,6) .

Затраты труда на исследование предметной области  с учетом уточнения описания и квалификации программистов определяются по формуле (5.2).

 (4.2)

где D - общее число операторов, ед;  - коэффициент увеличения затрат труда, вследствие недостаточного описания задачи (= 1,2...1,5);  - количество операторов, приходящееся на 1 чел.-час (для данного вида работ = 75...85 ед./чел.-ч).

Большинство составляющих трудоемкости определяются через общее число операторов D

 (4.3)

где  - число операторов, ед.; c - коэффициент сложности задачи, (с = 1,25 ... 2); p - коэффициент коррекции программы, учитывающий новизну проекта (для совершенно новой программы p = 0,1).

При разработке подсистемы автоматизации в соответствии с формулой (5.3), примем следующее условное число операторов программы:

 ед.

Коэффициент () увеличения затрат труда, вследствие недостаточного описания задачи равен 1,4.

Примем количество операторов, приходящееся на 1 чел.-час равным 80.

В соответствии с формулой (4.3) затраты труда программистов на исследование предметной области  чел.-часов.

Затраты труда программистов на разработку алгоритма решения задачи  рассчитывается по формуле

 (4.4)

Принимем = 25 ед./чел.-часов, тогда  чел.-часов.

Затраты труда программистов на составление программы на ЭВМ по готовой блок-схеме находят по формуле:

 (4.5)

Учитывая, что  = 20 ед./чел.-часов, получим  чел.-часов.

Затраты труда на отладку программы на компьютере

 (4.6)

Подставив в данную формулу значения: = 7 ед./чел.-часов, получаем,  чел.-часа.

Подготовка документации включает в себя подготовку материалов в рукописи и последующие редактирование, печать и оформление документов.

Затраты труда программистов на подготовку материалов вычислим по формуле:

 (4.7)

Подставив в формулу (4.7) значения  = 12 ед./чел.-часов и  = 1,0, получим,  чел.-часов.

Затраты труда программистов на редактирование, печать и оформление документов рассчитываются по формуле:

 (4.8)

Получим величину затрат труда на редактирование, печать и оформление документов равную  чел.-часов.

Окончательно подставив в формулу (5.1) все найденные значения, получим полные трудозатраты инженера-программиста .

Полученное значение  необходимо скорректировать с учетом уровня языка программирования

 (4.9)

где  - коэффициент уровня языка программирования (в нашем случае ).

Учитывая последнюю формулу получим значение общей трудоемкости разработки программного обеспечения равное 1099,5 чел.-часа.

.2 Суммарные затраты на разработку

Суммарные затраты на разработку проекта состоят из единовременных расходов на всех этапах инновационного процесса: исследование, разработка, внедрение, эксплуатация. Определение этих затрат производится путем составления калькуляции плановой себестоимости.

Плановая себестоимость включает все затраты, связанные с ее выполнением, независимо от источника их финансирования. Себестоимость единицы продукции состоит из следующих статей затрат:

-       основная заработная плата;

-       дополнительная заработная плата;

-       отчисления на социальные нужды;

-       затраты на электроэнергию;

-       затраты на амортизацию и ремонт вычислительной техники;

-       расходы на материалы и запасные части;

-       накладные расходы.

Основная заработная плата включает заработную плату менеджера и инженера-программиста. Для ее расчета применяется следующая формула:

 (4.10)

где  - дневная тарифная ставка, T - время работы.

Для расчета основной заработной платы определим продолжительность работы исполнителей заказа на данную подсистему, поместив полученные данные в таблице 4.1.

Таблица 4.1 - Продолжительность работы исполнителей заказа

Из таблицы 4.1, видно, что наиболее продолжительную работу по разработке подсистемы автоматизации выполняет программист. Основными этапами разработки являются разработка алгоритма и структуры, отладка программы, а так же оформление документации. Исходя из этого, рассчитаем основную заработную плату разработчиков.

Принимаем дневную тарифную ставку программиста  рубля.

По формуле 4.10, найдем величину основной заработной платы программиста:

 рубля.

Принимаем дневную тарифную ставку менеджера  рубля.

Продолжительность работы над проектом менеджера составляет 50 рабочих дней, тогда его основная заработная плата за работу над проектом составит:

 рублей.

Учитывая рассчитанные значения, рассчитаем основной фонд заработной () платы, воспользовавшись формулой:

 рублей (4.11)

Дополнительная заработная плата () в виде различных премий составляет 50 % от . Тогда  рублей.

К отчислениям на социальные нужды  относятся страховые отчисления в размере 34 % от основной и дополнительной заработной платы.

 (4.12)

Для расчета суммы основной и дополнительной заработных плат  воспользуемся формулой:

 136350 рублей (4.13)

Используя формулу (5.13), найдем отчисления на социальный налог:

 рублей

Затраты на оплату электроэнергии можно рассчитаем по формуле:

 (4.14)

где  - мощность ЭВМ, кВт; t - время работы вычислительного комплекса;

С - стоимость 1 кВт-ч электроэнергии, руб.

Затраты на оплату электроэнергии составят  рублей.

Эксплуатационные затраты на использовании ЭВМ в процессе программирования рассчитываются согласно амортизационным отчислениям при учете основных средств:

 (4.15)

где  - первоначальная стоимость персонального компьютера;

А - амортизационные отчисления в % (обычно принимают 20 %);- количество месяцев использования.

Работа ЭВМ составляет 150 дней, что приблизительно составляет 5 месяца. За этот период амортизационные отчисления при первоначальной стоимости персонального компьютера 32000 руб. составят:

 рублей.

Кроме амортизационных отчислений в эксплуатационные затраты входят затраты на оплату электроэнергии и следовательно, сумма эксплуатационных затрат составила: 3026 рублей.

Расходы на материалы и запасные части включают стоимость всех видов сырья и материалов, расходуемых на разработку подсистемы (см. таблицу 4.2).

Таблица 4.2 - Расчет сырья и материалов

Таким образом, общая сумма сырья и материалов, потребленных в процессе разработки, составила 6650 рублей.

Здесь же необходимо рассчитать и накладные расходы, которые включают в себя затраты на обслуживание управления и производства. При исчислении себестоимости продукции они должны прибавляться к основным расходам. Накладные расходы составляют 20% от прямых затрат, и рассчитываются по формуле:

 (4.16)

В прямые затраты входят затраты, рассчитанные ранее, и составляют в нашем случае: = 135616 рублей.

Воспользовавшись формулой (4.16), рассчитаем сумму накладных расходов:

 рубля. (4.17)

Составим смету затрат на разработку подсистемы (таблица 5.3).

Таблица 4.3 - Смета затрат на разработку подсистемы

Анализ таблицы позволяет сделать вывод, что основными затратами на создание подсистемы автоматизации являются затраты на заработную плату разработчиков, относительно незначительные затраты составляют затраты на использование ПК, сырье и материальные ресурсы.

4.3 Технико-экономический эффект от разработки подсистемы документооборота

Технико-экономический эффект от разработки подсистемы автоматизации документооборота может быть оценен таким параметром, как коэффициент оперативности управления (принятия решений). Коэффициент оперативности К определяется по формуле:

, (4.18)

где  - время принятия решения при традиционном подходе;  - время принятия решения при использованием подсистемы автоматизации. Все данные для расчета технико-экономического эффекта представлены в таблице 4.4.

Таблица 4.4 - Данные для расчета технико-экономической эффективности разработки

Используя формулу 4.17, получим коэффициент оперативности управления

К = 5.

На основе приведенных вычислений можно сделать вывод, что внедрение подсистемы автоматизации приводит к пятикратному повышению оперативности работы по принятию решения.

4.4 Оценка экономической эффективности внедрения программного продукта

Показатель экономической эффективности определяет все положительные результаты, достигаемые при использовании программного продукта. Прибыль от использования продукта за год определяется по формуле:

, (4.19)

где Э - приток денежных средств при использовании программного продукта, руб.

З - стоимостная оценка затрат при использовании программного продукта, руб.

Приток денежных средств в процессе использования программного продукта в течение года может составить:

, (4.20)

где: З_ручн. - затраты на ручную обработку информации в руб.;

З_авт. - затраты на автоматизированную обработку информации, руб.;

Э_доп. - дополнительный экономический эффект, связанный с уменьшением числа используемых бланков, высвобождением рабочего времени и т.д., руб.

, (4.21)

где: t_p - время, затрачиваемое на обработку информации вручную, ч;

ц_ч - цена одного часа работы оператора, руб.;

k_d - 1…2 - коэффициент, учитывающий дополнительные затраты времени на логические операции.

 (4.22)

где: t_a - затраты времени на автоматизированную обработку информации, ч.

Основные экономические показатели проекта:

-       чистый дисконтированный доход (ЧДД) от использования программного продукта;

-       срок окупаемости (Т_ок) проекта.

Чистый дисконтированный доход от использования программного продукта определяют по формуле:

, (4.23)

где: п - расчетный период, год;

П_k - прибыль от использования программного продукта за k-й год его эксплуатации, руб.;

Е - норма дисконта;

К - капиталовложения при внедрении программного продукта.

Срок окупаемости проекта определяется по следующей формуле:

 (4.24)

Где: N - максимальное количество лет, прошедших с начала эксплуатации программного продукта, в течение которых, величина дохода от его использования не превысила величины капиталовложения при внедрении программного продукта;

Эj - величины приведенных (дисконтированных) годовых эффектов за j год, прошедший с начала эксплуатации программного продукта, вычисленные по формуле (4.23) при подстановке нормы дисконта Е = 20%.

Исходя из вышеприведенных расчетов, можно оценить эффективность внедрения программного продукта.

Данный продукт используется 8 работниками. Оклад специалиста - 15000 руб., премиальный фонд - 20% от оклада. Часовая тарифная ставка составит:

Годовые затраты 8 работников при ручной обработке информации (затраты на ручную обработку информации составляют 25 ч в месяц) составят:

З_ручн = 25 х 8 х 12 х 102 = 244800 руб.

При автоматизированной обработке информации (затраты времени 5 ч в месяц): З_авт = 5 х 8 х 12 х 102 = 48960 руб.

Годовой эффект от внедрения программного продукта:

Э = З_ручн - З_авт = 244800 - 48960 = 195840 руб.

Эксплуатационные затраты при использовании программного продукта будут состоять из затрат на электроэнергию, техническое обслуживание и текущий ремонт вычислительной техники.

За 12 месяцев затраты на электроэнергию при потребляемой мощность компьютера Р_в = 0,3кВт составят (стоимость электроэнергии ц_э = 3,50 руб./кВт-ч):

З_э = P_в x t x Ц_э = 0,3 х 10 х 6 х 12 х 3,50 = 604,80 руб.

Затраты на техническое обслуживание и текущий ремонт:

 ,

Где  - балансовая стоимость вычислительной техники;

 - годовой фонд рабочего времени вычислительной техники, =2112;

 = 4% - норма отчислений на ремонт;

- фонд рабочего времени при создании программного продукта;

 = 1,15 x (T_п + T_отл + T_д) = 1,15 x (132 + 377 + 590,5) = 1264 час

Тогда получим:

З = З_э + З_п = 604,80 + 765 = 1370 руб

Оценка эффективности внедряемого программного продукта.

Прибыль равна : П = 195840- 1370 = 194470 руб.

Таким образом, денежный поток будет выглядеть так:

шаг (капиталовложения) - 230922 руб.;

шаг - 194470 руб.;

шаг - 194470 руб.;

шаг - 194470 руб.;

шаг - 194470 руб.;

Чистый дисконтированный доход за 4 года использования программного продукта (срок до морального старения данной разработки) при норме дисконта Е = 20% составит:

ЧДД =

ЧДД положителен, т.е. проект эффективен.

Рассчитаем срок окупаемости проекта.

Величины приведенных (дисконтированных) годовых эффектов по годам расчетного периода равны:

Срок окупаемости проекта составит:

Основные технико-экономические показатели проекта

На основании проведенного расчета экономической эффективности разработанной и внедряемой подсистемы можно сделать вывод, что итоговая трудоемкость разработки составит 1099,5 чел.-ч, годовой эффект от внедрения подсистемы - 195840 руб. Срок окупаемости данного проекта определен в 1,64 года. Следовательно, затраты на создание и внедрение данной подсистемы практически окупятся в течение полутора лет использования программного продукта.

сигнализация абонентский несанкционированный вызов

5. Безопасность и экологичность проекта

.1 Общая характеристика опасных и вредных факторов на рабочем месте

В настоящее время ЭВМ используются во многих областях производства различного рода товаров и услуг. Применение ЭВМ позволяет снизить нагрузку работника, передав часть осуществляемых им функций специализированным информационным системам. Но помимо облегчения труда работников производства, ЭВМ являются источником вредных и опасных факторов на производстве.

К вредным факторам на рабочем месте относятся (САНПиН 2.2.2./2.4. 2620-10):

1) наличие электромагнитного, рентгеновского, ультрафиолетового, инфракрасного излучения;

2) наличие статического электричества;

3) напряжение зрения и внимания;

4) интеллектуальные, эмоциональные и длительные статические физические нагрузки;

5) монотонность труда;

6) большой объем обрабатываемой информации.

К опасным факторам относятся:

)        возможность возникновения пожара;

)        возможность поражения электрическим током.

.2 Общие мероприятия по обеспечению безопасности на рабочем месте

Рассматриваемое помещение находится в конструкторском корпусе на втором этаже здания. Окна рабочего помещения выходят на запад, затеняющих зданий и козырьков нет. На расстоянии 70 м от здания находится автомобильная дорога с однополосным интенсивным движением.

Параметры основного рабочего помещения (рисунок 6.1):

–       длина - 7 м;

–       ширина - 8 м;

–       высота потолка - 3,6 м;

–       окна: два окна, расположение - одностороннее, высота - 2,4 м, общая ширина - 5 м, расстояние от пола - 0,9 м.

В помещении находится 6 рабочих мест оснащенных ПЭВМ. Так же в помещении установлен кондиционер. Оконные проемы располагаются относительно рабочих мест справа и слева.

Высота рабочей поверхности рабочего места составляет 0,8 м. Рабочий стол имеет пространство для ног высотой 0,72 м, шириной - 1,2 м. Стул подъемно-поворотный, регулируется по высоте и углам наклона сиденья и спинки, а так же расстоянию спинки от переднего края сиденья, при этом регулировка каждого параметра независима, легко осуществляема и имеет надежную фиксацию. Конструкция обеспечивает:

1) ширину и глубину поверхности сиденья 0,43 м;

2) поверхность сиденья с закругленным передним краем.

Площадь помещения составляет 56 м², а общий объем - 201,6 м³. Так как в помещении расположено 6 рабочих мест, то на одно рабочее место приходится порядка 9,3 м² площади (при норме 6 м²) и 33,6 м³ объема (при норме 20 м³). Таким образом помещение по площади и объему соответствует санитарным нормам.

Оптимальные параметры микроклимата в производственных помещениях обеспечиваются системами кондиционирования воздуха, а допустимые параметры - обычными системами вентиляции и отопления.

Параметры микроклимата нормируются в зависимости от категории тяжести труда и от характеристики работ по энергозатратам.

Различают теплый и холодный период года. Теплый период года характеризуется среднесуточной температурой наружного воздуха +10 °С и выше, холодный - ниже +10 °С.

В данном помещении производятся работы категории 1а, при этом работа на ПЭВМ является основной. Нормируемые параметры микроклимата для данного помещения приведены в таблице 6.1.

Таблица 5.1 - Нормируемые параметры микроклимата

Для поддержания оптимальных параметров микроклимата в помещении установлен кондиционер, автоматически регулирующий в помещении температуру и влажность воздуха. Вентиляция в помещении - естественного типа.

Освещение в помещении совместное: естественное - используется в светлое время суток, искусственное - в сумеречное время суток. Естественное освещение осуществляется через оконные проемы общей площадью 12 м² с установленными жалюзи. Освещенность рабочего места составляет при этом более 300 лк и соответствует нормам.

Стены в помещении выкрашены в розовый цвет; потолок окрашен в светло-голубой цвет, коэффициент отражения в пределах 0,7, что соответствует установленным нормам. Пол застелен антистатическим линолеумом серого цвета.

Источниками шума в помещении являются работающая оргтехника и шумовой фон от уличного и дорожного движения.

ПЭВМ включены постоянно, принтер и кондиционер используются периодически. Уровень шума от одного ПЭВМ составляет 35 дБ, кондиционера - 40 дБ и принтера - 48 дБ. Для расчета суммарного уровня шума от n источников воспользуемся формулой:

(5.1)

где  - уровень шума от i-го источника.

Суммарный уровень шума от системных блоков ПЭВМ составляет 42.782 дБА. Максимальный уровень шума в помещении (при использовании принтера и кондиционера) составляет 49.641 дБА. При этом нормируемое значение суммарного шума в помещении составляет 50 дБА, следовательно помещение по уровню шума соответствует санитарным нормам.

Уровень вибрации в помещении находится в допустимых пределах, поскольку в работе используется современное оборудование, сертифицированное на соответствие установленным нормам (для системных блоков ПЭВМ - на уровне сборки). Так же для снижения вибрации системные блоки установлены на специальные подставки, а принтер расположен на отдельном столе для снижении уровня вибрации при его работе непосредственно на рабочих местах.

Основными источниками электромагнитного излучения на рабочих местах являются дисплеи (мониторы) ПЭВМ. Для данного класса устройств установлены следующие предельные нормы излучений:

–       напряженность электромагнитного поля на расстоянии 0,5 м вокруг дисплея по электрической составляющей:

а)       в диапазоне частот 5 Гц - 2 кГц: 25 В/м;

б)      в диапазоне частот 2 кГц - 400 кГц: 2,5 В/м;

–       плотность магнитного потока на расстоянии 0,5 м вокруг дисплея:

а)       в диапазоне частот 5 Гц - 2 кГц: 250 нТл;

б)      в диапазоне частот 2 кГц - 400 кГц: 25 нТл;

–       поверхностный электростатический потенциал: 500 В.

Все дисплеи полностью соответствуют указанным нормам, поскольку имеют сертификат соответствия более жесткому стандарту - TCO-99 и TCO-2003.

Трудовая деятельность в помещении относится к III категории работы с ПЭВМ группе В с 8-часовой сменой. При такой трудовой деятельности нормируется 70 минут суммарного времени регламентированных перерывов. В течение смены определен перерыв на обед длительностью 60 минут, а так же короткие перерывы в течение рабочей смены.

Несоблюдение некоторых требований по охране труда ведет к систематическому ухудшению общего самочувствия работников в течение рабочего дня (головные боли, повышение артериального давления и другое), но профессиональных заболеваний, относящихся в основном к нервной и мышечной системам организма, среди сотрудников предприятия на данный момент не зарегистрировано.

Основная опасность электрического тока выражается в том, что реакция человека на электричество возникает лишь при протекании тока через организм. При напряжении в электросети 220 В и частоте тока 50 Гц опасным считается ток силой более 20 мА; при силе тока более 30 мА существует угроза жизни человека вследствие остановки дыхания или сердца, а также получения сильных ожогов. Следовательно, правильная организация обслуживания оборудования, проведение ремонтных и профилактических работ имеет большое значение для предотвращения электротравматизма. На предприятии профилактикой оборудования занимается квалифицированный инженер; работы по ремонту электротехники на предприятии не осуществляются.

В полной мере поражений персонала электрическим током (в совокупности с правилами безопасности) можно избежать только при соблюдении требований электробезопасности пользователей ПЭВМ; на практике выполняются следующие из них:

а)       все узлы одного персонального компьютера и подключенное к нему периферийное оборудование питаются от одной фазы электросети;

б)      корпуса системного блока и внешних устройств заземлены радиально, с одной общей точкой;

в)      все соединения ПЭВМ и внешнего оборудования производятся только при отключенном электропитании;

г)       перед началом работы оборудовании осматривается на предмет наличия оголенных участков проводов, а так же различного рода повреждений корпусов;

д)      в помещении находится отдельный щит с автоматами защиты и общим рубильником для отключения электрооборудования.

Перебои электроснабжения в работе ЭВМ могут привести к тяжелым последствиям как для самой техники (выход из строя отдельных ее элементов), так и для хранимой информации (порча или потеря информации с невозможностью восстановления при выходе из строя устройств хранения данных). В совокупности с простоями техники это может привести к ощутимым финансовым потерям, в том числе из-за недополученной прибыли. Поэтому на предприятии для защиты от некачественного электропитания каждая ПЭВМ укомплектованы источниками бесперебойного питания. Помимо этого, для увеличения степени защищенности информации периодически проводится резервное копирование ценных данных на оптические носители, для чего каждая ПЭВМ укомплектована устройством записи на оптические диски.

Для отвода избыточной теплоты от ЭВМ служат системы кондиционирования воздуха. Однако они же являются дополнительной пожарной опасностью.

В помещении, в котором находятся ЭВМ, не курят, не оставляют вблизи ЭВМ горячих и быстро воспламеняющихся веществ. Пожарная безопасность кабинета обеспечивается применением первичных средств пожаротушения: огнетушителей ОУ-2, автоматических установок пожарной сигнализации и пожаротушения (дымовых датчиков КН-1), на каждом этаже расположен план эвакуации.

В случае возникновения пожара необходимо отключить электропитание, вызвать пожарную команду, эвакуировать людей из помещения согласно плану эвакуации. При наличии небольшого очага пламени можно воспользоваться противопожарным водопроводом и огнетушителями, либо подручными средствами с целью прекращения доступа воздуха к объекту возгорания.В документах изложены основные требования к огнестойкости зданий и сооружений, противопожарным преградам, эвакуации людей из зданий и помещений. План эвакуации людей из здания при пожаре развешен в коридорах и в помещениях зданий СевКавГТУ.

5.3 Расчет естественного освещения в рабочем помещении

Для расчета необходимой площади оконных проемов в помещении при боковом освещении воспользуемся следующей формулой:

(5.2)

где S₀ - площадь световых проемов при боковом освещении;

S_п - площадь пола помещения;

е_н - нормированное значение КЕО, определяемое по формуле:

(5.3)

где E_н - нормируемое значение КЕО в зависимости от характера зрительной работы;

m - коэффициент светового климата;

К_з - коэффициент запаса освещенности;

η₀ - световая характеристика окон;

К_зд - коэффициент, учитывающий затенение окон противостоящими зданиями;

r₁ - коэффициент, учитывающий повышение КЕО при боковом освещении благодаря свету, отраженному от поверхностей помещения и подстилающего слоя, прилегающего к зданию;

τ₀ - общий коэффициент светопропускания, определяемый по формуле:

(5.4)

где τ₁ - коэффициент светопропускания материала;

τ₂ - коэффициент, учитывающий потери света в переплетах светопроема;

τ₃ - коэффициент, учитывающий потери света в несущих конструкциях;

τ₄ - коэффициент, учитывающий потери света в солнцезащитных устройствах.

По характеру зрительной работы нормируемое значение КЕО должно соответствовать 1,5 (работы средней точности). Рабочее здание находится в городе Ставрополе (V группа административных районов по обеспеченности световым климатом) и так как окна помещения выходят на запад, то m=0,8.

Таким образом, по формуле 6.3 можем определить нормируемое значение КЕО:

По таблицам определили τ₁=0,9 и τ₂=0,7. Так как отсутствуют несущие конструкции и солнцезащитные устройства, то коэффициенты τ₃ и τ₄ равны 1. Теперь по формуле 6.4 можем определить значение коэффициента τ₀:

Так как затеняющих окна зданий не существует, то К_зд=1. Из таблиц определили, что К_з=1,4 (помещения с нормальными условиями среды), η₀=18 и r1=2,4. Общая площадь пола помещения составляет 56 м².

Таким образом, по формуле 6.2 можно определить расчетную площадь световых проемов:

Реальная площадь световых проемов в помещении составляет 12 м².

Рисунок 5.1 - Схема рабочего помещения

5.4 Расчет заземления системного блока оператора

Заземление - преднамеренное электрическое соединение какой-либо точки сети, электроустановки или оборудования с заземляющим устройством.

Защитное заземление - заземление, выполненное в целях электробезопасности.

Заземление следует применять в сетях напряжением до 1 кВ переменного тока - трехфазных трех проводных с изолированной нейтралью, однофазных двухпроводных, изолированных от земли, а также постоянного тока двухпроводных с изолированной средней точкой обмоток источника тока; в сетях напряжением выше 1 кВ переменного и постоянного тока с любым режимом нейтральной или средней обмоток источников тока.

Для заземления электроустановок, чем является ПЭВМ, в первую очередь рекомендуется использовать естественные заземлители. Если при этом сопротивление заземляющих устройств или напряжение прикосновения имеют допустимые значения, а также если обеспечиваются нормированные значения напряжения на заземляющем устройстве, то искусственные заземлители должны применяться лишь при необходимости снижения плотности токов, протекающих по естественным заземлителям или стекающих с них.

Рекомендации по использованию естественных заземлителей.

В качестве естественных заземлителей рекомендуется использовать: проложенные в земле водопроводные и другие металлические трубопроводы, за исключением трубопроводов горючих или взрывчатых газов и смесей; обсадные трубы скважин; металлические и железобетонные конструкции зданий и сооружений, находящиеся в соприкосновении с землёй; металлические шунты гидротехнических сооружений, водоводы, затворы и т.п. Свинцовые оболочки кабелей, проложенных в земле (алюминиевые оболочки кабелей не допускается использовать в качестве естественных заземлителей): заземлители опор воздушных линий (далее - ВЛ), соединенные с заземляющим устройством при помощи грозозащитного троса ВЛ, если трос не изолирован от опор ВЛ; нулевые провода ВЛ напряжением до 1 кВ с повторными заземлителями при количестве ВЛ не менее двух: рельсовые пути магистральных не электрифицированных железных дорог и подъездные пути при наличии преднамеренного устройства перемычек между рельсами.

В целях экономии черных металлов и снижения трудоемкости электромонтажных работ следует преимущественно использовать железобетонные и металлические конструкции производственных зданий в качестве заземляющих устройств. Это относится, прежде всего, к железобетонным фундаментам (Технический циркуляр Главэлектромонтажа № 9-6-186/78 «Об использовании железобетонных фундаментов зданий в качестве заземлителей»).

Согласно Техническому циркуляру в электроустановках напряжением выше 1 кВ с заземлённой нейтралью, расположенных внутри зданий или примыкающих к промышленному зданию с железобетонным фундаментом, рекомендуется использовать фундамент в качестве заземлителя без сооружения искусственных заземлителей, если выполняется условие:

, (56.1.)

где  - площадь, ограниченная периметром здания, м²;  - коэффициент;  - удельное эквивалентное электрическое сопротивление земли, Ом · м, рассчитывается по формуле:

, (6.2.)

где и  расчетное удельное электрическое сопротивление соответственно верхнего и нижнего слоев земли, Ом · м;  и  - безразмерные коэффициенты (=3,6, =0,1, если > и =110, =3·10^-3, если <);  - толщина верхнего слоя земли, м.

В электроустановках напряжением до 1 кВ сетей с глухозаземленной нейтралью, чем является ПЭВМ, следует использовать железобетонные фундаменты зданий в качестве заземлителя, если выполняется соотношение:

S > S₀,  (6.3.)

где S₀ - критический параметр, м², значения которого приведены в таблице 5.2.

Таблица 5.2. Значение параметра S₀ в формуле (5.3.)

Расчет защитного заземления.

Расчет заземлителей электроустановок напряжением до 1 кВ, а также свыше 1 до 35 кВ включительно выполняют обычно методом коэффициентов использования по допустимому сопротивлению заземлителя растеканию тока. При этом допускают, что заземлитель размещен в однородной земле. Для электроустановок сети с эффективно заземлённой нейтралью напряжением 110 кВ и свыше заземлитель рассчитывают способом наведённых потенциалов, как по допустимому сопротивлению, так и по допустимому напряжению прикосновения. При этом необходимо учитывать многослойное строение земли, представляя ее в расчете в виде двухслойной модели.

Цель расчетного защитного заземления - определение количества электродов заземлителя и заземляющих проводников, их размеров и схемы размещения в земле, при которых сопротивление заземляющего устройства растеканию тока или напряжение прикосновения при замыкании фазы на заземленные части электроустановок не превышают допустимых значений.

Для расчета используются следующие исходные данные:

·   тип, вид оборудования;

·   рабочие напряжения;

·   суммарная мощность генераторов или трансформаторов, питающих данную сеть;

·   режим нейтрали сети;

·   способы ее заземления и т.п.;

·   план электроустановки с указанием размеров и размещения оборудования;

·   данные об естественных заземлителях, в частности измеренное сопротивление конструкции растеканию тока, которые допускаются ПУЭ для использования в качестве заземлителей;

Если измерить сопротивление естественного заземлителя не представляется возможным, то нужно иметь сведения о его конфигурации, размерах, материале, глубине заложения в землю и другие данные, необходимые для определения его сопротивления расчетным методом:

·   удельное электрическое сопротивление земли на участке размещения заземлителя, полученное непосредственным измерением по методике, приведённой ниже, и характеристика погодных условий во время измерений.

При невозможности проведения измерений необходимо знать тип земли и степень ее неоднородности в зависимости от глубины. Следует определить признаки климатической зоны, в пределах которой сооружается заземлитель.

Как было уже сказано раннее, для расчета заземления необходим план размещения оборудования. Соответствующий план представлен на рисунке 5.3.

Рисунок 5.2. - План размещения оборудования

Пунктирной линией показано расстояние от оборудования до заземлителя.

Основная задача при расчете заземления - это расчет сопротивления заземлителя. В данном случае будет использоваться естественный заземлитель, а точнее фундамент. Сопротивление фундамента согласно ГОСТ 12.1.030-81 рассчитывается по формуле:

, (5.4.)

где  - площадь, ограниченная периметром здания на уровне поверхности земли, м²;  рассчитывается по формуле (5.2.). Согласно ПУЭ наибольшие допустимые значения заземляющего устройства составляют:

для электроустановок напряжением до 1 кВ =10 Ом при мощности генераторов и трансформаторов 100 кВ · А и менее (в том числе если они работают параллельно и суммарная мощность не превышает 100 кВ·А); = 4 Ом во всех остальных случаях.

Следовательно, исходя из этого утверждения, следует сделать вывод, что сопротивление фундамента не должно превышать 4 Ом, т.е.  Ом.

Для определения  необходимо знать и  расчетное удельное электрическое сопротивление соответственно верхнего и нижнего слоев земли, Ом · м, которые рассчитываются по соответствующим формулам:

, (5.5.)

где  - высота верхнего слоя земли на глубине, которой расположен заземлитель,  - удельное сопротивление, Ом · м, соответственно первого слоя.

, (5.6.)

где  - высота нижнего слоя земли на глубине, которой расположен заземлитель,  - удельное сопротивление, Ом · м, соответственно второго слоя.

Схема расположения заземлителя в земле представлена на рисунке 5.3.

Рисунок 5.3. - Схема расположения заземлителя в земле

Заземлитель расположен в земле глубиной 6 м: h₁= 1 м; h₂= 5 м.  и  табличные значения, соответственно =10-50 Ом · м для чернозема, =500-1500 Ом · м для песка. Для расчета будем брать среднее арифметическое значение для этих промежутков.  Ом · м,  Ом · м.

Рассчитаем по формулам (6.5.) и (6.6.) расчетное удельное электрическое сопротивление соответственно верхнего и нижнего слоев земли, Ом · м.

Ом · м; ;

 Ом · м; ;

Используя формулу (6.2.) рассчитаем  - удельное эквивалентное электрическое сопротивление земли, Ом · м. Так как <, то =110, =3·10^-3. =500 м

 Ом · м.

Используя формулу (5.4.) сопротивление фундамента. =500 м.

Ом; .

Так как  Ом, следовательно, для заземления системного блока оператора подходит естественный заземлитель фундамент. Все расчеты проводились на MathCad v7.0.

По результатам исследования рабочего помещения можно сделать следующие выводы:

рассматриваемое помещение соответствует санитарным нормам, предъявляемым к помещениям для работы с ПЭВМ (площадь и объем помещения в расчете на одно рабочее место и площадь оконных проемов находятся в пределах установленных норм);

параметры рабочего места соответствуют нормам;

микроклимат в помещении удовлетворяет требования санитарных норм по температуре, влажности и скорости движения воздуха;

вредные факторы на рабочем месте находятся в пределах норм;

в помещении соблюдены нормы по электро- и прожаробезопасности;

для обеспечения нормируемой освещенности в помещении достаточна площадь световых проемов 11,2 м².

Заключение

В данном дипломном проекте были проанализированы сети абонентского доступа и система сигнализации. Сделан вывод о необходимости слежения и тестирования системы сигнализации, которые могут проводиться как на аппаратном, так и на программном уровне. Для этого предложено использовать программно-аппаратный комплекс LABView 7.0 , который сочетает в себе полезные свойства как аппаратных средств, позволяя получать физические характеристики систем передачи, так и программных, давая возможность следить за протоколами сети. Комплекс LABView 7.0 обладает широкими возможностями по сбору и анализу данных, что существенно увеличивает сферу его применения в учебных целях. Это позволяет на уже имеющейся программной базе при необходимости докупить оборудование для выполнения тестирования разнообразных параметров сети.

Список литературы

1. Аваков Р.А., Кооп М.Ф., Лившиц Б.С, Подвидз М.М. Городские координатные автоматические телефонные станции и подстанции. М.: Связь, 2007.

. Афанасьев А.П. Раздельное обслуживание абонентских устройств на ГТС. М.: Связьиздат, 2008.

. Бабицкий И.А. К расчету ступенчатого включения на АТС. М.: Связьиздат, 2006.

. Бакланов И.Г. ISDN и FRAME RELAY: технология и практика измерений. М.: Эко-Трэндз, 2009.

. Бекман Д. Стандарт SNMPV3//Сети и системы связи, 1998. -№12.

. Берлин Б.З., Брискер А.С., Васильева Л.С. и др. Городская телефонная связь. Справочник. М.: Радио и связь, 2008.

. Блэк Ю. Сети ЭВМ: протоколы, стандарты, интерфейсы. М.: Мир, 2007.

. Боккер П. Цифровая сеть с интеграцией служб. Понятия, методы, системы: Пер. с нем. М.: Радио и связь, 2005.

. Борман В.А. Измерения на городских телефонных сетях. М.: Связь-техиздат, 2008.

. Ю. Булгак В.Б., Варакин Л.Е., Ивашкевич Ю.К., Москвитин В.Д., Осипов В.Г. Концепция развития связи Российской Федерации. М.: Радио и связь, 2005.

. Голубев А.Н. Стратегия разработки комплекса АТСЦ-90 Вестник связи, 2003.-№9.

. Голубцов И.Е., Сасонко СМ. Нормы затухания на местных телефонных сетях. М.: Связь, 2006.

. Гольдштейн Б.С. Сигнализация в сетях связи. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Радио и связь, 2001.-Т.1.

. ГОСТ 18490-78. Аппараты телефонные. Термины и определения.