АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ КОМПЛЕКС СРЕДСТВ СВЯЗИ С ПОВЫШЕННОЙ НАДЕЖНОСТЬЮ (ВАРИАНТЫ)

Устройство относится к информационно-управляющим системам и может найти применение в системах интегрального обслуживания.
Известны телефонные сети общего пользования, описанные в учебном пособии «Системы, сети и устройства телекоммуникаций. Учебное пособие. // В.И.Николаев, Ю.Б.Нечаев, В.В.Прилепский, С.С.Гремяченский. Воронежский научно-исследовательский институт связи, 2004.», стр.76, 77, недостатком которых является большая длительность установки и восстановления канала связи, при его повреждении, и большая стоимость восстановительных работ.
Известна радиальная система радиосвязи, описанная в справочнике «Системы производственной радиосвязи. // Г.М.Мясковский. Под ред. И.М.Пышкина. Москва: Связь, 1980., стр.14», недостатком которой является невысокая степень защиты от помех, так как радиосвязь в значительной мере подвержена помехам, а при использовании радиальной структуры сети выход из строя изделия, являющегося центром сети, разрушает взаимодействие между остальными изделиями.
Известна система высоконадежной аварийной внутрикорабельной связи, описанная в патенте №2005134835 Н04В 13/00 (2006.01) 2007/05/20, недостатком которой является сложность поиска неисправностей, большая длительность восстановления канала связи, при его повреждении, и большая стоимость восстановительных работ.
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому устройству является иерархическая открытая радиально-кольцевая сеть интегрального обслуживания (СИО), описанная в книге «Построение сетей интегрального обслуживания // Советов Б.Я., Яковлев С.А. - Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1990», стр.15, 43-46, 90-98, принятая за прототип.
Структурная схема сети-прототипа приведена на фиг.1, где обозначено:
I - центральная станция связи;
1.1-1.n - с первой по n-ю системы;
II - главный узел
2-m - со второго по m-ый узлы систем 1.1-1.n.
Сеть-прототип содержит
центральную станцию связи I, n последовательно соединенных систем 1.1-1.n, выходы-входы с 1-го по n-ый центральной станции связи I соединены с первыми внешними входами-выходами соответствующих систем 1.1-1.n,
каждая из систем 1.1-1.n, содержит главный узел II и узлы со 2-го по m-ый,
при этом первые внешние входы-выходы систем 1.1-1.n являются первыми внешними входами-выходами главных узлов II систем 1.1-1.n,
вторые внешние входы-выходы систем 1.1-1.n являются вторыми внешними входами-выходами главных узлов II систем 1.1-1.n,
третьи внешние входы-выходы систем 1.2-1.(n-1) являются третьими внешними входами-выходами главных узлов II систем 1.2-1.(n-1),
внутренние выходы-входы с 1-го по (m-1)-й главных узлов II систем 1.1-1.n соединены по проводной связи (ПСв) или по волоконно-оптической связи (ВОЛС) с первыми входами-выходами соответствующих узлов со 2 го по m-ый систем 1.1-1.n,
узлы 2 го по m-ый систем 1.1-1.n последовательно соединены по ПСв или ВОЛС,
соединения между центральной станцией связи I и системами 1.1-1.n, между системами 1.1-1.n являются соединениями по ПСв или ВОЛС.
Сеть-прототип работает следующим образом.
Сеть-прототип представляет собой иерархическую открытую радиально-кольцевую сеть интегрального обслуживания, состоящую из узлов 1-m различного уровня, причем все соединения между узлами являются дуплексными, т.е. узлы системы являются совокупностями открытых систем.
Сеть-прототип обеспечивает передачу информации территориально удаленным пользователям, предоставление различных видов услуг (обмен оперативными, диалоговыми данными и файлами ЭВМ, речью, телевизионной и факсимильной информацией и т.д.) при обеспечении требований пользователей к своевременности и качеству передаваемой информации.
В качестве каналов связи используются проводные каналы - или проводная связь (ПСв), или волоконно-оптическая связь (ВОЛС).
Соединение узлов с 1-го по m-й систем с 1-ой по n-ю по ПСв или ВОЛС по является соединением по радиально-кольцевой схеме.
Недостатком сети-прототипа является ее централизованный характер, что может приводить к срывам работы системы из-за перегрузки центральной станции связи I или ее отказа, большая сложность и, следовательно, большая длительность установления связи, большая сложность и, следовательно, большая длительность восстановления поврежденных линий связи, недостаточно высокая надежность системы из-за отсутствия резервирования линий связи, в том числе резервирования путем использования других видов связи.
Для устранения указанных недостатков в комплекс (I вариант), содержащий системы связи с 1-ой по n-ю, каждая из которых содержит (m-1) узлов со 2-го по m-й последовательно соединенных по проводной связи (ПСв) или по волоконно-оптической связи (ВОЛС),
согласно полезной модели, введены
центральный узел в каждую систему с 1-ой по n-ю,
n(i-1) систем связи по n последовательно соединенных по радиосвязи (РСв), и по ПСв, и по ВОЛС систем на каждом со 2-го по i-й уровень,
соответствующие системы с i.1-й по i.n-ю каждого уровня с 1-го по i-й соединены по РСв, и по ПСв, и по ВОЛС с соответствующими системами предыдущего и последующего уровней,
nk подсистем на каждом уровне с 1-го по i-й,
системы с 1-ой по n-ю последовательно соединены по радиосвязи (РСв), и по ПСв, и по ВОЛС,
выходы-входы каждых k подсистем соединены по РСв, и по ПСв, и по ВОЛС с соответствующими входами-выходами с 1-го по k-ый соответствующих систем с 1-ой по i.n-ю,
каждая из систем с (n+1)-й по i.n-ю и подсистем с 1-й по i.n.k-ю состоит из m узлов связи,
в системах с 1-ой по i.n-ю и подсистемах с 1-ой по i.n.k-ую первый узел является центральным, а остальные со 2-го по m-ый - ведомыми, причем для систем связи с 1-ой по i.n-ю число узлов принимает любое значение от 2 до m, для подсистем связи с 1-ой по i.n.k-ую число узлов принимает любое значение от 1 до m,
с 1-го по (k+4)-ый внешние выходы-входы центральных узлов систем с с 1-ой по i.n-ю являются выходами-входами с 1-го по (k+4)-ый соответствующих систем,
(k+3)-и выходы-входы систем с 1-ой по n-ю, (k+2)-e выходы-входы каждой 1-ой системы всех уровней, (k+4)-e выходы-входы каждой n-ой системы всех уровней, (k+1)-e выходы-входы центральных узлов систем с i.1-ой по i.n-ю i-го уровня являются выходами-входами комплекса,
первые выходы-входы центральных узлов подсистем с 1-ой по i.n.k-ю являются выходами-входами подсистем с 1-ой по i.n.k-ю,
внутренние выходы-входы первый и (m-1)-й центральных узлов систем с 1-ой по i.n-ю и подсистем с 1-ой по i.n.k-ю соединены и по РСв, и по ПСв, и по ВОЛС с первыми входами-выходами соответствующих узлов 2-го и m-го систем с 1-ой по i.n-ю и подсистем с 1-ой по i.n.k-ю.
внутренние выходы-входы со 2-го по (m-2)-ый центральных узлов систем с 1-ой по i.n-ю и подсистем с 1-ой по i.n.k-ю соединены по РСв с первыми входами-выходами соответствующих узлов с 3-го по (m-1)-й соответствующих систем с 1-ой по i.n-ю и подсистем с 1-ой по i.n.k-ю,
узлы со 2-го по m-ый систем с 1-ой по i.n-ю и подсистем с 1-ой по i.n.k-ю последовательно соединены и по ПСв, и по ВОЛС.
Для устранения указанных недостатков в комплекс (II вариант), содержащий системы связи с 1-ой по n-ю, каждая из которых, содержит (m-1) узлов со 2-го по m-й последовательно соединенных по ВОЛС,
согласно полезной модели, введены
центральный узел в каждую систему с 1-ой по n-ю,
n(i-1) систем связи
по n систем последовательно соединенных по радиосвязи (РСв), и по ПСв, и по ВОЛС на каждом со 2-го по i-й уровень,
системы с 1-ой по n-ю последовательно соединены по РСв, и по ПСв, и по ВОЛС,
соответствующие системы с i.1-й по i.n-ю каждого уровня с 1-го по i-й соединены по РСв, и по ПСв, и по ВОЛС, с соответствующими системами предыдущего и последующего уровней,
nk подсистем на каждом уровне с 1-го по i-й,
выходы-входы каждых k подсистем соединены по РСв, и по ПСв, и по ВОЛС с соответствующими входами-выходами с 1-го по k-ый соответствующих систем с 1-ой по i.n-ю,
каждая из систем с (n+1)-ой по i.n-ю и подсистем с 1-ой по i.n.k-ую содержит m узлов связи,
в системах с 1-ой по i.n-ю и подсистемах с 1-ой по i.n.k-ую первый узел является центральным, а остальные со 2-го по m-ый - ведомыми, причем для систем связи с 1-ой по i.n-ю число узлов принимает любое значение от 2 до m, для подсистем связи с 1-ой по i.n.k-ую число узлов принимает любое значение от 1 до m,
с 1-го по (k+4)-ый внешние выходы-входы центральных узлов систем с (n+1)-ой по i.n-ю являются выходами-входами с 1-го по (k+4)-ый соответствующих систем,
(k+3)-и выходы-входы систем с 1-ой по n-ю, (k+2)-e выходы-входы каждой 1-ой системы всех уровней, (k+4)-e выходы-входы каждой n-ой системы всех уровней, (k+1)-e выходы-входы центральных узлов систем с i.1-ой по i.n-ю i-го уровня являются выходами-входами комплекса,
внутренние выходы-входы 1-й и (m-1)-ый центральных узлов систем с 1-ой по i.n-ю и подсистем с 1-ой по i.n.k-ю соединены и по ПСв, и по РСв, и по ВОЛС с первыми входами-выходами соответствующих узлов второго и m-го систем с 1-ой по i.n-ю и подсистем с 1-ой по i.n.k-ю,
внутренние выходы-входы со 2-го по (m-2)-й центральных узлов систем с 1-й по i.n-ю и подсистем с 1-й по i.n.k-ю соединены и по ПСв, и по РСв с первыми входами-выходами соответствующих узлов с 3-го по (m-1)-й соответствующих систем с 1-й по i.n-ю и подсистем с 1-ой по i.n.k-ю,
узлы со 2-го по m-ый систем с 1-й по i.n-ю и подсистем с 1-ой по i.n.k-ю последовательно соединены по ВОЛС.
Структурная схема заявляемого комплекса приведена на фиг.2, где обозначено:
1.1-1.n - с первой по n-ую системы первого уровня;
1.1.1 - 1.n.k - с первой по nk-ю подсистемы первого уровня;
2.1-2.n - с первой по n-ую системы второго уровня;
2.1.1-2.n.k - с первой по nk-ю подсистемы второго уровня;
i.1-i.n - с первой по n-ю системы i-го уровня;
i.1.1-i.n.k - с первой по nk-ю подсистемы i-го уровня;
1-m - с первого по m-ый узлы каждой из систем 1.1-i.n и подсистем 1.1.1-i.n.k.
Предлагаемый комплекс содержит
по n последовательно соединенных систем на каждом уровне 1.1-1.n, 2.1-2.n, ..., i.1-i.n,
а так же kn подсистем на каждом уровне 1.1.1-1.n.k, 2.1.1-2.n.k, i.1.1-i.n.k,
выходы-входы первых k подсистем первого уровня 1.1.1-1.1.k соединены с соответствующими с первого по k-ый входами-выходами 1-й системы
первого уровня 1.1, выходы-входы подсистем с (k+1)-ой по 2k-ю первого уровня 1.2.1-1.2.k соединены с соответствующими с первого по k-ый входами-выходами 2-й системы первого уровня 1.2, ..., выходы-входы подсистем с [k(n-1)+1]-ой по kn-ю соединены с соответствующими с 1-го по k-ый входами-выходами n-ой системы первого уровня 1.n, ...,
выходы-входы первых k подсистем i-го уровня i.1.1-i.1.k соединены с соответствующими с 1-го по k-ый входами-выходами первой системы i-го уровня i.1, выходы-входы подсистем с (k+1)-oй по 2k-ю i-го уровня i.2.1-i.2.k соединены с входами-выходами второй системы i-го уровня i.2, ..., выходы-входы подсистем с (k(n-1)+1)-ой по kn-ю i-го уровня i.n.1-i.n.k соединены с входами-выходами n-ой системы i-го уровня i.n,
с 1-го по (k+4)-ый внешние выходы-входы центральных узлов систем с 1-ой по i.n-ю являются выходами-входами с 1-го по (k+4)-ый соответствующих систем,
системы 1.1-i.n и подсистемы 1.1.1-i.n.k состоят из m узлов связи 1-m каждая, первый из которых является центральным, а остальные узлы 2-m - ведомыми,
(k+4) внешних входов-выходов центральных узлов 1 систем 1.1-i.n и один внешний вход-выход подсистем 1.1.1-i.n.k являются входами-выходами систем 1.1-i.n и подсистем 1.1.1-i.n.k, соответственно,
для систем 1.1-i.n число узлов 1-m может принимать любое значение от 2 до m, для подсистем 1.1.1-i.n.k число узлов 1-m может принимать любое значение от 1 до m,
каждое соединение между системами 1.1-i.n, между системами 1.1-i.n и подсистемами 1.1.1-i.n.k представляет собой соединение и по радиоканалу (РСв), и по проводной линии (ПСв), и по волоконно-оптической связи (ВОЛС).
Структурная схема систем 1.1-i.n с кольцевой схемой (вариант I) соединения по ПСв и по ВОЛС, и с радиальной схемой соединения по РСв,
приведена на фиг.3, где обозначено: 1-m - с 1-го по m-й узлы связи, входящие в каждую систему связи 1.1-i.n.
Системы 1.1-i.n содержат последовательно соединенные по ПСв и по ВОЛС, узлы с центрального 1 по m-ый, вторые внутренние выходы-входы ПСв и ВОЛС m-го узла соединены соответственно с первыми внутренними входами-выходами ПСв и ВОЛС центрального узла 1,
внутренние входы-выходы PCв центрального узла 1 соединены с соответствующими внутренними входами-выходами РСв со 2-го по m-ый ведомых узлов 2-m.
Структурная схема подсистем 1.1.1, ..., i.n.k с кольцевой схемой (вариант I) соединения по ПСв и по ВОЛС, и с радиальной схемой соединения по РСв, приведена на фиг.4, где обозначено: 1-m - с 1-го по m-й узлы связи, входящие в каждую подсистему связи 1.1.1, ..., i.n.k.
Подсистемы 1.1.1-i.n.k содержат последовательно соединенные по ПСв и по ВОЛС с центрального узла связи 1 по узел связи m, вторые внутренние выходы-входы ПСв и ВОЛС m-го узла соединены соответственно с первыми внутренними входами-выходами ПСв и ВОЛС центрального узла 1,
внутренние входы-выходы РСв центрального узла 1 соединены с соответствующими внутренними входами-выходами РСв с 2-го по m-ый ведомых узлов 2-m.
Структурная схема систем 1.1-i.n с радиальной схемой (вариант II) соединения по ПСв и по РСв, и с кольцевой схемой соединения по ВОЛС приведена на фиг.5, где обозначено: 1-m - с первого по m-й узлы связи, входящие в каждую систему 1.1-i.n.
Внутренние выходы-входы ПСв и РСв центрального узла 1 соединены с соответствующими внутренними входами-выходами ПСв и РСв со 2-го по m-ый ведомых узлов 2-m,
узлы с центрального 1 по m-ый последовательно соединены по ВОЛС, второй внутренний выход-вход ВОЛС m-го узла соединен с первым внутренним входом-выходом ВОЛС центрального узла 1.
Структурная схема подсистем 1.1.1, ..., i.n.k с радиальной схемой (вариант II) соединения по ПСв и по РСв, и с кольцевой схемой соединения по ВОЛС, приведена на фиг.6, где обозначено: 1-m - с первого по m-й узлы связи, входящие в каждую подсистему связи 1.1.1, ..., i.n.k.
Внутренние выходы-входы ПСв и РСв центрального узла 1 соединены с соответствующими внутренними входами-выходами ПСв и РСв со 2-го по m-ый ведомых узлов 2-m, подсистем связи 1.1.1, ..., i.n.k,
узлы с центрального 1 по m-ый последовательно соединены по ВОЛС, второй внутренний выход-вход ВОЛС m-го узла соединен с первым внутренним входом-выходом ВОЛС центрального узла 1, подсистем связи 1.1.1, ..., i.n.k,
(k+3)-и выходы-входы систем с 1-ой по n-ю, (k+2)-e выходы-входы каждой 1-ой системы всех уровней, (k+4)-e выходы-входы каждой n-ой системы всех уровней, (k+1)-e выходы-входы центральных узлов систем с i.1-ой по i.n-ю i-го уровня являются выходами-входами комплекса.
Предлагаемый комплекс работает следующим образом.
Автоматизированный комплекс средств связи построен как иерархическая открытая радиально-кольцевая система интегрального обслуживания с повышенной надежностью.
В системе реализовано два типа сети связи.
Первый тип - радиальная структура сети при организации связи между системами 1.1-i.n и между системами 1.1-i.n и подсистемами связи 1.1.1-i.n.k и по РСв, и по ПСв, и по ВОЛС.
Второй тип - радиальная или радиально-кольцевая структура сети при организации связи между узлами 1-m по РСв, ПСв и ВОЛС.
При организации связи между узлами 1-m по РСв используется только радиальная структура сети, при организации связи между узлами 1-m по ПСв используется или радиальная, или кольцевая структура сети, при организации связи между узлами 1-m по ВОЛС используется только кольцевая структура сети.
В каждой подсистеме связи 1.1.1-i.n.k один из узлов связи выполняет функцию центрального 1 (ведущего), а остальные узлы связи 2-m выполняют функцию ведомых.
При организации связи между узлами 1-m используются две разновидности сети связи.
Разновидность сети подсистемы связи первого типа при работе по ПСв и по ВОЛС имеет только кольцевую структуру.
Разновидность сети второго типа при работе по ПСв имеет радиальную структуру, при работе по ВОЛС - только кольцевую структуру.
РСв образует радиальную систему телекодовой связи независимо от типа структуры сети. Обмен информацией по РСв может осуществляться как в режиме программной (псевдослучайной) перестройки рабочих частот так и на фиксированных рабочих частотах.
Использование радиосвязи повышает оперативность установления связи, особенно для мобильных систем интегрального обслуживания, а также оперативность восстановления связи при повреждении других типов линий связи (ПСв, ВОЛС). Использование радиальной системы радиосвязи позволяет обеспечить управление ведомыми узлами с минимальными затратами.
ПСв обеспечивает обмен телекодовой информацией между узлами связи в сети связи, образованной физическими линиями связи, проложенными между этими изделиями, что повышает надежность работы сети связи и позволяет сохранить управление системой при нарушении работоспособности средств других типов связи (РСв, ВОЛС).
ВОЛС образует радиальную систему связи между системами 1.1-i.n и подсистемами 1.1.1-i.n.k и кольцевую структуру между узлами 1-m, входящими в системы 1.1-i.n и подсистемы 1.1.1-i.n.k по двум волоконно-оптическим кабелям, обеспечивающим дуплексную связь.
При использовании кольцевой структуры образуется два волоконно-оптических кольца, световой сигнал по которым распространяется в противоположных направлениях. В штатном режиме работы данные передаются по одному
из колец. Второе кольцо является резервным и в штатном режиме работы для передачи данных не используется - по нему осуществляется непрерывный контроль работоспособности сети связи.
В случае работы в режиме кольцевого обмена информация ведущего объекта посылается ближайшему справа (правое кольцо) или слева (левое кольцо) от него ведомому объекту, который пересылает ее следующему ведомому. Процедура пересылки будет продолжаться очередными ведомыми устройствами связи, пока информация ведущего объекта не вернется к нему с другой стороны кольца. Обратная информация от каждого ведомого устройства связи доводится до ведущего устройства путем ее последовательной пересылки (трансляции) в том же направлении через все ведомые устройства, расположенные между передающим ведомым устройством и принимающим ведущим устройством.
Преимуществом кольцевой структуры является возможность передачи функций центральной станции любой из ведомых без изменения конфигурации проложенной кабельной сети. При этом, в случае выхода из строя одного из изделий (или кабеля между двумя изделиями), может быть сохранено информационное взаимодействие между остальными изделиями за счет изменения направления связи между ними. Такая кольцевая система повышает надежность работы комплекса, благодаря наличию возможности поиска неисправного объекта или обрыва в кабельной системе, за счет использования резервного кольца.
Узлы связи, например, представляют собой комплект аппаратуры радиосвязи (РСв), проводной и волоконно-оптической связи (ПСв и ВОЛС), причем аппаратура связи может быть выполнена и как обычная радиостанция, и как аппаратура телекодовой связи.
В системах связи 1.1 - i.n, подсистемах связи 1.1.1 - i.n.k (в узлах каждой из систем 1.1 - i.n и подсистем 1.1.1 - i.n.k) для реализации проводной связи (ПСв), волоконно-оптической связи (ВОЛС), радиосвязи (РСв) используется соответствующая аппаратура, обеспечивающая перечисленные виды связи.
Например, для обеспечения ПСв может использоваться аппаратура К-60, К-24-2, К-300, описанная в книге В.А.Ушаков, С.Д.Чанцов, Ю.А.Якуб. Проводная связь.
Издательство «Связь», Москва 1970, стр.322-331, а так же аппаратура стандартного индивидуального оборудования телефонных каналов типа СИО-60, описанная в книге Н.М.Дриацкий, А.И.Харитонов. Индивидуальное оборудование СИО-60 для многоканальных систем дальней связи. Издательство «Связь», Москва 1964.
Для обеспечения волоконно-оптической связи может использоваться, например, аппаратура оптической цифровой федеральной системы связи США FT3 фирмы Bell Laboratories, описанная в книге Гауэр Дж. Оптические системы связи: Пер. с англ. - М.: Радио и связь, 1989. стр.439, 440, аппаратура оптической связи, включенная в состав стандартной телефонной сети Великобритании, описанная книге Гауэр Дж. Оптические системы связи: Пер. с англ. - М.: Радио и связь, 1989. стр.439, 440-443.
Для обеспечения РСв может использоваться, например, аппаратура радиосвязи, описанная в книге Радиостанции комплекса «Гранит-М». - М.: Радио и связь, 1982., аппаратура радиосвязи, описанная в книге Радиостанции комплекса «Лен». - М.: Радио и связь, 1982., аппаратура радиосвязи, описанная в книге Радиостанции подвижной связи: Справочник / Дежурный И.И., Кузьмин В.М., Каниболоцкий Ю.Н., Шапиро М.Г. - М.: Связь, 1979.
Данная система связи реализована в зенитном ракетно-пушечном комплексе «Панцирь-C1», описанная в книге «И щит и меч России». Тула. Издательский дом «Пересвет», 2007, стр.89, 215.
Таким образом, по сравнению с прототипом, предлагаемый автоматизированный комплекс средств связи с повышенной надежностью позволяет реализовать распределенную сеть интегрального обслуживания, обеспечивающую связь между любыми двумя объектами по РСв или ПСв, или ВОЛС, по одному из видов связи при отказе оборудования любых двух других видов связи, а также при отказе оборудования РСв и при частичном отказе ВОЛС и ПСв при использовании кольцевой схемы связи для ПСв, повысить оперативность организации и восстановления связи при повреждении каких-либо линий связи, и тем самым повысить надежность сети в целом.