Проект корпоративной сети звукового обеспечения "Интеллектуального здания" на основе технологии Fast Ethernet (48313)

Посмотреть архив целиком

Федеральное агентство по рыболовству

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ


«АСТРАХАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»


Институт информационных технологий и коммуникаций


Специальность: <Сети связи и системы коммутации>

Кафедра <Связь>


ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ


ДП200900.180.2005


Проект корпоративной сети звукового обеспечения “Интеллектуального здания” на основе технологии Fast Ethernet



Пояснительная записка


Проект выполнил студент Петров Д. М.


Руководитель проекта Зелинский М.М.




Астрахань 2009



Федеральное агентство по рыболовству

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«АСТРАХАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»


Институт информационных технологий и коммуникаций

Специальность: <Сети связи и системы коммутации>

Кафедра <Связь>


ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ

ДП 200900.180.2005


Проект корпоративной сети звукового обеспечения “Интеллектуального здания”

на основе технологии Fast Ethernet


Пояснительная записка


Проект выполнил студент гр. ДИС-51 Петров Д. М.

Руководитель проекта Зелинский М.М.

Консультант по вопросам охраны труда, техники безопасности ст.пр Баженова Г.В._____

Консультант по технико-экономическому обоснованию доцент Белик Е.А.______________

Консультант по по вопросам стандартизации ассистент Болдырева Е.А.________________

Допущен к защите ____________________ 2009г.

Заведующий кафедрой проф. Дмитриев В.Н. __________________



ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«АСТРАХАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»


УТВЕРЖДАЮ

Кафедра «Связь»

Заведующий кафедрой

________________________

«___»__________2009.


ЗАДАНИЕ

на дипломное проектирование


Студенту учебной группы ДИС – 51 Петрову Дмитрию Михайловичу


ТЕМА ПРОЕКТА


Проект корпоративной сети звукового обеспечения “Интеллектуального здания” на основе технологии Fast Ethernet


Утверждена приказом директора института ИТиК от «24» января 2008г. № 3


Представление оформленного дипломного проекта на кафедру



Дата защиты «10» июня 2008.


Целевая установка и исходные данные:


В дипломном проекте ставится задача построения локальной корпоративной сети звукового обеспечения на основе аппаратно-программного комплекса Media-Matrix для Центра Детского и Юношеского Творчества. Требуется произвести выбор сетевого, звукового оборудования и центрального оборудования Media-Matrix. При проектировании локальной корпоративной сети звукового обеспечения ЦДЮТ основными задачами являются: анализ проблемы звукового обеспечения ЦДЮТ и способы ее решения, выбор необходимых задач звукового обеспечения “интеллектуального здания”, построение технической модели сети, обоснование экономической эффективности разработанного проекта. Проектируемая транспортная сеть строится по технологии Fast Ethernet.


п/п



Перечень чертежей, подлежащих разработке


Формат, количество

1

Общая структурная схема системы звукового обеспечения

ДП 200900.180.2005.1

А 1 – 1 лист.

2

Скелетная поэтажная схема сети звукового обеспечения

Центра Детского и Юношеского Творчества

ДП 200900.180.2005.2

А 1 – 1 лист.

3

План прокладки кабельных линий и размещения оборудования

1-го этажа

ДП 200900.157.2005.3

А 1 – 1 лист.


Руководитель дипломного проекта Зелинский М.М.________________


п/п

Содержание расчетно – пояснительной записки

(перечень вопросов, подлежащих разработке)

Консультанты



Введение

доц.

Зелинский М.М..

1


Аналитический обзор систем звукового обеспечения (СЗО)

доц.

Зелинский М.М.

2


Проектирование сети звукового обеспечения

доц.

Зелинский М.М.

3

Расчётная часть

доц.

Зелинский М.М.

4

Технико – экономические расчёты по оценке эффективности разработанного проекта

к.э.н. доцент Белик Е.А.

5


Требования безопасности, охраны труда и окружающей среды


Ст. преп.

Баженова Г.И.


Подготовка и представление работы к защите (оформление пояснительной записки, плакатов, презентации)

Асс.

Болдырева Е.А.


Основная рекомендуемая литература


  1. Методические указания к разработке экономического раздела дипломных проектов для специальности 200900 «Сети связи и системы коммутации». Составители: Первицкая Т.В. Астрахань,2004 г., 90 стр.

  2. Журнал “Звукорежиссер” (№ 1, 2003 г., № 10, 2003 г., № 3, 2004 г.), - М., 80 с.

  3. Журнал “Install-Pro” (№ 1, 2004 г., № 2, 2004 г., № 8, 2003 г., № 4, 2003 г.) - М., 90 с.

  4. Безопасность жизнедеятельности”. Б. Е. Гаврилов. – М., 1995. – 294 с.

  5. "Руководство по проектированию Систем Звукового Обеспечения (CЗО)”. Разработано: Ю.В. Шихов (ЗАО "Дом Звука") - руководитель работы, ЗАО "Дом Звука" (инж. Кременчугский А.В., инж. Карих Д.В., инж. Плотников И.Г.), - М., - 2000.


Руководитель дипломного проекта Зелинский М.М._________________

Задание принял к исполнению «25» января 2005г.

Студент_________________


УТВЕРЖДАЮ

Заведующий кафедрой «Связь»

________________________

«___»__________2005г.


КАЛЕНДАРНЫЙ ГРАФИК

работы над дипломным проектом


п/п

Разделы, темы и их содержание, графический материал

По плану

Фактически

Отметка руководителя о выполнении



Дата

Объем в %

Дата

Объем в %


1

Аналитический обзор систем звукового обеспечения (СЗО)

17.01.05 – 26.02.05

25

26.02.2005

25


2

Проектирование сети звукового обеспечения

19.03.05 –

30.03.05

30

31.03.2005

30


3


Расчётная часть


01.04.05 –

20.04.05

15

21.04.2005

15


4

Технико – экономические расчёты по оценке эффективности разработанного проекта

21.04.05 –30.04.05

10

04.05.2005

10


5

Требования безопасности, охраны труда и окружающей среды

01.05.05 –

14.05.05

20

16.05.2005

20


6

Подготовка и представление работы к защите (оформление пояснительной записки, плакатов, презентации)

15.05.05 –

28.05.05



01.06.2005




Руководитель дипломного проекта Зелинский М.М. _______________


Студент_________________


Реферат


ВИТАЯ ПАРА, КАБЕЛЬ, ЦДЮТ, КОММУТАТОР, ЛИНИЯ, ПЕРЕДАЧА, FAST ETHERNET, СВЯЗЬ, СИСТЕМА, СКОРОСТЬ.

Дипломный проект содержит пояснительную записку на 96 страницах, 3 листа графического материала, 13 таблиц и 16 рисунков, размещенных по тексту.

Задачей проекта является проектирование локальной корпоративной сети звукового обеспечения на основе аппаратно программного комплекса Media-Matrix для Центра Детского и Юношеского Творчества. В качестве технологии передачи выбрана технология Fast Ethernet.

В проекте рассмотрены вопросы, связанные с выбором оптимального варианта размещения аппаратуры для корпоративной локальной сети звукового обеспечения, проектируемая скорость передачи данных составляет 200 Мбит/с. Произведено технико-экономическое обоснование проекта и затронуты вопросы, касающиеся техники безопасности и охраны труда.

Произведен расчёт необходимой длины медного кабеля, звукового кабеля, расчет полезной пропускной способности сети, затухания линии, переходного затухания и защищенности и помехоустойчивости линии; приведены технические характеристики оборудования для реализации проекта корпоративной локальной сети звукового обеспечения сети.


Theabstract


TWISTED PAIR, CABLE, CCYC, SWITCH, THE LINE, TRANSFER, FAST ETHERNET, COMMUNICATION, SYSTEM, SPEED.

The degree project contains an explanatory slip of 96 pages, 3 sheets of a graphic material, 13 tables and 16 figures located in the text.

Problem of the project is design of a local corporate network of voice provision on the basis of software-hardware complex Media-Matrix for the Center of Children's and Youthful Creativity. The Fast Ethernet technology was chosen as transport technology.

In the project were overviewed the problems, connected with most efficient equipment for the local area network of voice provision, projected bit rate makes 200 Mbit\s. There was a feasibility report and the problems tangent of the safety precautions in the project and a labor safety was affected.

Calculation of a necessary length of a copper cable, voice cable, calculation of useful transmission network capacity, line channel attenuation, transient attenuation and immunity and noise stability of a link was affected; technical characteristics of the equipment for realization of the project of a corporate local area network of voice provision are resulted.


Содержание


ВВЕДЕНИЕ

1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР СИСТЕМ ЗВУКОВОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ

1.1 Анализ проблемы звукового обеспечения ЦДЮТ и способы ее решения

1.2 Виды сетевых технологий используемых для передачи звукового сигнала

1.2.1 Сеть точечного доступа

1.2.2 Сеть широкого доступа

1.3 Обзор специализированных сетевых технологий передачи и распределения и аналоговых аудио сигналов

1.3.1 Ethersound

1.3.2 Cobranet

1.4 Обзор аппаратно-программных комплексов СЗО

1.4.2 Media-Matrix

1.4.2 Biamp Audia

1.5 Обзор коммутационного оборудования

1.5.1 Телекоммуникационный шкаф

1.5.2 Пэтч-корды

1.5.3 Коннекторы

1.5.4 Терминирование модульных коннекторов

1.6 Обзор активного оборудования

1.7 Обзор физической среды передачи

1.7.1 Витая пара

1.7.2 Силовой электрический кабель

1.8 Системы интегрированного управдения (СИУ)

1.9 Выводы

2 ПРОЕКТИРОВАНИЕ СЕТИ ЗВУКОВОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ

2.1 Анализ технических условий и требований, предъявляемых к объекту проектирования

2.1.1 Требования к интеграции СЗО с инженерными системами здания

2.1.2 Требования к системе управления СЗО

2.1.3 Требования к специфическим задачам СЗО

2.1.4 Требования к структурному построению СЗО

2.1.5 Требования к функционированию системы в автоматическом режиме

2.1.6 Требования к проектированию аппаратных помещений для СЗО

2.1.7 Требования к стационарной рабочей станции аппаратной

2.1.8 Требования к активному коммутационному оборудовани.

2.1.9 Требования к кабельной коммутации в СЗО

2.1.10 Требования к системе бесперебойного питания основного оборудования

2.2 Выбор сетевой технологии многоканальной дистрибьюции звуковых сигналов

2.3 Выбор топологии сети

2.4 Выбор физической среды передачи

2.5 Выбор аппаратно-программного комплекса СЗО

2.5.1 IBM совместимый компьютер

2.5.2 Платы цифровой обработки

2.5.3 Интерфейсы преобразования аналоговых, цифровых сигналов в сетевой формат Fast Ethernet для передачи по волоконно-оптическим линиям и витой паре и обратного преобразования

2.5.4 Выбор программного обеспечения

2.6 Выбор телекоммуникационного оборудования

2.7 Выбор звукового оборудования

2.8 Выбор способов управления

2.9 Выбор системы бесперебойного питания

2.10 Построение технической модели сети

3 РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

3.1 Расчет полезной пропускной способности сети

3.2 Расчет длины кабеля UTP

3.3 Расчет длины сильноточного аудиокабеля

3.4 Расчет параметров кабеля UTP

3.4.1 Расчет затухания линии

3.4.2 Расчет переходного затухания

3.4.3 Расчет защищенности и помехоустойчивости линии

4 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЕКТА

4.1 Технико – экономическое обоснование проекта

4.2 Маркетинговые исследования. Заключение о рыночном состоянии отрасли и конкуренции

4.3 Исходные данные для расчета

4.4 Расчет объема капитальных вложений

4.5 Расчет текущих эксплуатационных затрат

4.6 Оценка экономической эффективности

4.7 Заключение по эффективности

5 ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ, ОХРАНЫ ТРУДА И ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

5.1 Цель и решаемые задачи

5.2 Опасные и вредные факторы при работе с ПЭВМ

5.3 Характеристика объектов исследования

5.4 Мероприятия по безопасности труда и сохранению работоспособности

5.4.1 Обеспечение требований эргономики и технической эстетики

5.4.2 Обеспечение оптимальных параметров воздуха зон

5.4.3 Создание рационального освещения

5.4.4 Расчет искусственной освещенности помещения

5.4.5 Защита от шума

5.4.6 Обеспечение электробезопасности

5.4.7 Защита от статического электричества

5.4.8 Обеспечение пожаробезопасности

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


ВВЕДЕНИЕ


Развитие и широкое применение информационных и коммуникационных технологий является глобальной тенденцией мирового развития последних десятилетий. Применение современных технологий обработки и передачи информации имеет решающее значение как для повышения конкурентоспособности экономики государства и расширения возможностей для интеграции ее в мировую систему хозяйства, так и для повышения эффективности процессов государственного управления на всех уровнях власти, на уровне местного самоуправления, в государственном и негосударственном секторах экономики.

Стремительное развитие информационных и строительных технологий изменило сам подход к архитектурному проектированию. Информационный бум, который переживает весь мир, привел к необходимости объединения мировых информационных ресурсов и упрощению доступа к ним. Зачастую скорость доступа к информации определяет сегодня как экономические, так и политические решения. Именно поэтому современные корпоративные комплексы и правительственные здания немыслимы без гибкой и многофункциональной системы информационного обеспечения. Не менее динамично развивается и культура, появляются новые жанры и направления, открываются новые возможности эмоционального воздействия на искушенного современного зрителя в театрах, музеях и концертных залах.

За последние 10-15 лет круг задач, решаемых системами звукообеспечения, значительно расширился. Данное обстоятельство напрямую связано с бурным развитием цифрового звука. Появление различных цифровых аудио устройств и новых видов носителей наряду с развитием компьютерных технологий управления и контроля резко расширило возможности звуковых систем. Задачи, сама постановка которых всего 15 лет назад выглядела утопией, в настоящее время вполне успешно решаются. Впрочем, это относится, главным образом, к наиболее развитым в экономическом отношении странам. В зарубежных периодических изданиях, типа Live Sound, Sound & Video Contractor, Sound & Communications и пр. регулярно появляются сообщения об уникальных решениях, обеспечивающих пользователям систем звукообеспечения невиданные возможности. С сожалением приходится констатировать, что в нашей стране до сих пор не наблюдается ничего подобного.

Современные звуковые системы все чаще становятся частью общей системы информационного обеспечения. Это относится, в первую очередь, к социально значимым объектам (правительственные и корпоративные комплексы, объекты, предназначенные для проведения массовых зрелищных и иных мероприятий (театры, стадионы, учебные заведения, парки отдыха и развлечений)).

Основные элементы системы звукоусиления можно встретить, практически, повсюду: в офисе, на предприятии, на вокзале, в аэропорту, наконец, в квартире. Очевидно, что конфигураций этих систем - бесчисленное множество. Однако предназначение у всех одно: донести звуковой сигнал от источника до слушателя с достаточной степенью достоверности. В этой формуле ключевыми являются последние слова, ибо если слушатель не в состоянии адекватно воспринимать и интерпретировать исходный сигнал, то проку от такого звукоусиления - ни на грош.

На современных предприятиях, будь то государственное учреждение, офис частной фирмы, банк, завод и т.д., системы звукоусиления выполняют множество разнообразных функций:

  • конференц-связь;

  • селекторные совещания;

  • деловые переговоры;

  • экстренное оповещение;

  • проведение собраний и презентаций;

  • культурно-развлекательные мероприятия;

  • воспроизведение фоновой музыки - все это было бы невозможно, если бы не имело место усиление звука.

В 90-95 процентах случаев системы звукоусиления на отечественных предприятиях не соответствуют международным стандартам 20-летней давности, как с точки зрения качества, так и надежности.

Понятие “система звукового обеспечения” возникло во второй половине 80-х годов, с появлением компьютерных технологий и возникновением серьёзных проблем в работе систем оповещения в корпоративных зданиях.

Под термином Система Звукового Обеспечения (СЗО) подразумевается интегральная система, обеспечивающая комплекс инженерно-технических мероприятий по звуковому обеспечению находящихся на объекте людей, в зависимости от функционального назначения объекта. При этом обеспечивается интеграция в единый комплекс систем:

  • звукоусиления;

  • звуковоспроизведения;

  • звукозаписи;

  • громкого оповещения;

  • служебной и диспетчерской связи;

  • трансляции звуковых, в том числе радиовещательных и телевизионных программ.

При современных технологиях указанный комплексный подход может быть обеспечен только при компьютерном управлении, когда СЗО интегрируется в общий аудиовизуальный комплекс по обслуживанию объекта.

Только в середине 90-х годов с появлением принципиально новых технологий: аппаратно-программных комплексов, появилась возможность вместить в понятие “Система Звукового Обеспечения” все виды звукового сопровождения в жизнеобеспечении “Интеллектуального здания”. “Интеллектуальное здание” это многофункциональная система жизнеобеспечения корпоративной инженерной сети зданий, комплексов, с возможностью дополнения и расширения своих ресурсов.

В свою очередь коммутация и распределение звукового сигнала в большой студии (в театре, спортивных объектах, вокзалах, в супермаркетах, аэропортах, парках и любых других общественных зданиях) стали серьезной проблемой. С появлением экономически эффективного стандарта Ethernet 100 Мбит/с появилась возможность эффективной передачи звука в режиме реального времени по компьютерным сетям, поскольку они обеспечивают достаточную полосу пропускания: в одном направлении можно передавать до 100 каналов звука по одному кабелю.

Системы звукового обеспечения корпоративных зданий стали не только обеспечивать безопасность (оповещение) при экстремальных ситуациях, но и выполнять иные функции ранее выполнение которых было, практически, не возможно.

В понятие “звукового обеспечения” стали входить системы конференций (телеконференций), интегрирование с системами: синхронного перевода речи, стенографирования, аудиовидеозаписи, трансляции, селекторных совещаний, технологического телевидения, цифровых телефонных станций, оповещения, пожарной и охранной сигнализации. Более того, в систему звукового обеспечения попадает понятие озвучивания (в едином комплексе): залов, холлов, ресторанов, казино, концертно-развлекательных и спортивных комплексов, технических служб (гаражи, склады и т.д.), открытых пространств и других необходимых помещений и залов.

Кроме того, появилось такое понятие как многофункциональные помещения (залы), выполнение регламента которых было невозможно из-за сложных технических проблем.

Таким образом, функциональные возможности ранее так называемых систем звукоусиления или звукофикации абсолютно изменились. Но самое главное, появилась возможность решать сложные акустически проблемы электроакустическими методами.

В свою очередь появилась необходимость в аудиосистеме, которая сможет работать на основе стандартной кабельной инфраструктуры, надежной, недорогой и достаточно гибкой. Такая инфраструктура существует и инсталлируется во многих зданиях. Сегодня для нее используется кабель САТ 5е, завтра будет использоваться САТ 6. И, конечно, мы бы проложили тонкий оптоволоконный кабель для больших расстояний или участков с сильными электромагнитными помехами. Эти системы используют кабели САТ для посыла сигнала на близкие и средние дистанции, волоконно-оптические системы передачи (ВОСП) а также стандартные интерфейсы для передачи информации на дальние расстояния. Таким образом, существуют подходящие кабели для использования и в сложных условиях, и хотя необходима дальнейшая работа в этом направлении, например туровое оборудование, используемое в концертных турах может стыковаться с кабелями внутри здания.

Итак, из всего сказанного можно сделать вывод, что создание систем звукоусиления на любом предприятии или офисе, культурном объекте требует самого серьезного подхода.

Каковы же на сегодняшний день альтернативы?

Во-первых, можно пойти проторенной дорогой и, сэкономив деньги, приобрести самое дешевое оборудование. Впрочем, когда требования к звукоусилению минимальны, подобный подход может быть оправдан.

Во-вторых, можно обратиться к специализированным системам. В том случае, когда стоит конкретная задача, например, создать систему оповещения, подобное решение вполне оправдано. Однако в большинстве случаев, дело обстоит несколько иначе, и весьма вероятно, что, в конечном итоге придется приобретать оборудование отдельно для конференц-зала, отдельно для комнаты переговоров, отдельно для селекторной связи, отдельно для озвучивания холла и коридоров и прочее, и прочее. Кроме того, вряд ли разумно думать только о сиюминутных проблемах. Очень может быть, что вопрос о проведении телеконференции не стоит на повестке дня. Однако он может возникнуть завтра. Придется провести реорганизацию фирмы, открыть новые службы, переехать в другой офис с совершенно иной планировкой, начать проводить семинары и презентации. Все это с большой долей вероятности потребует полной или частичной замены оборудования, поскольку многие специализированные системы не обладают достаточной степенью гибкости. К тому же наличие разноплановой аппаратуры потребует содержания целого штата высококвалифицированных специалистов.

Наконец, в-третьих, можно постараться найти универсальную систему, которая позволит организовывать в одном и том же зале то конференции, то презентации, то банкеты. Систему, которая сможет обслуживать одновременно несколько помещений. Систему, которая с равным успехом служит для проведения телеконференций и выполняет функции экстренного оповещения. Систему, которая позволит решать эти и другие задачи звукоусиления одновременно и независимо друг от друга.

Аппаратно-программный комплекс звукообработки становится не только сердцем, но и мозгом системы звукообеспечения. Начиная с проектирования на мониторе компьютера, управления всеми процессами звукового тракта от микрофона до акустических систем, диагностики системы, обработки, маршрутизации сигналов, до синхронизации с системами технологического телевидения, оповещения, трансляции, системами конференц-связи, охранной и пожарной безопасности и всё это можно задействовать (в режиме реального времени) одним щелчком мыши. И это уже существующая система XXI века в конце ХХ века. Аппаратно-программный комплекс звукообеспечения внутри себя является интеллектуальной системой, способный интегрироваться с информационной средой, это то, что позволяет сегодня современный компьютер.

В России подобные технологии начали появляться только в середине 90-х годов, и уже за несколько лет получили весьма широкое распространение. Они стали устанавливаться в государственных учреждениях, в театрах и концертных залах, на территориях спорткомплексов и стадионов, в гостиничных комплексах, в медицинских центрах транспортных узлах, учебных учреждениях мн. др. Примером тому являются как проекты, имеющие всероссийское значение и известность, например Государственный Кремлевский Дворец, комплекс представительских залов Правительства Московской области, Президент-Отель (Москва), так и множество различных коммерческих и государственных проектов в числе которых, например громадный по площади Гостиный Двор (Москва), или штаб-квартира компании "Лукойл" (Волгоград). Теперь появилась такая уникальная возможность и в Астрахани и развитие современных звуковых технологий не замедлит сказаться на уровне развития региона в целом и во многих его проявлениях. Доказательством этому представлен данный дипломный проект, который является первым в своем роде в г. Астрахани.

В данном дипломном проекте рассматривается проблема построения локальной корпоративной сети звукового обеспечения интеллектуального здания на основе технологии Fast Ethernet для Областного центра детского и юношеского творчества г. Астрахани.

Целью дипломного проекта является организация локальной корпоративной сети звукового обеспечения для Областного центра детского и юношеского творчества г. Астрахани.

Для решения поставленной цели в работе решаются следующие задачи:

  • Анализ проблемы звукового обеспечения ЦДЮТ и способы ее решения;

  • Анализ технических условий и требований, предъявляемых к объекту проектирования;

  • Выбор оборудования и программного обеспечения, топологии сети и способов управления системой;

  • Построение технической модели сети;

  • Расчет длины линий сильноточного звукового кабеля, кабеля UTP и его параметров;

  • Обоснование экономической эффективности разработанного проекта;

  • Анализ требований безопасности, охраны труда и окружающей среды.

Разнообразие задач звукообеспечения в “интеллектуальном здании” подразумевает выполнения системой звукового обеспечения ряда специфических функций, характерных для современных систем оповещения, конференц-связи и т.д. Исходя из выбора необходимых или требуемых функций следуют все вытекающие тенденции построения системы: выбор оборудования, программного обеспечения, выбор способов управления сетью и т.д. вплоть до полного завершения проекта.


1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР СИСТЕМ ЗВУКОВОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ


1.1 Анализ проблемы звукового обеспечения ЦДЮТ и способы ее решения


На большинстве современных объектов, будь то стадион, выставочный центр или гостиничный комплекс или любое другой объект звук присутствует в виде различных систем, таких как системы оповещения, трансляции и мн. др. Конференции и собрания, спортивные мероприятия и шоу-программы, презентации и банкеты - все эти мероприятия также требуют обязательного участия звуковых систем.

В том случае, если им необходимо спроектировать систему звукообеспечения, например, для конференц-зала и систему оповещения проектировщики обычно поступают таким способом. Вначале они проектируют конференц-систему, а затем - систему оповещения. Около 20 лет назад, когда выбор звукового оборудования, особенно в России, был чрезвычайно скуден, подобный подход был оправдан. В настоящее время во многих случаях он представляется сомнительным. В его оправдание, как правило, приводятся два довода: во-первых, нецелесообразно возлагать на систему звукоусиления (конференц-связи и пр.) функции оповещения и, во-вторых, оборудование оповещения должно быть сертифицировано службами пожарной безопасности. Против второго довода возразить трудно. Беда лишь состоит в том, что сертифицированное для целей оповещения в нашей стране оборудование, наряду с большой надежностью, отличается удивительно низкими техническими характеристиками и морально весьма устарело. Что же касается первого довода, то в большинстве случаев (хотя и не всегда) его следует признать несостоятельным. Подключение источников оповещения к современному звукоусилительному оборудованию не представляет собой сложной инженерно-технической задачи [1].

В то же время в пользу объединения систем можно привести следующие доводы. Во-первых, правильно спроектированная система звукообеспечения в конференц-зале, на стадионе и пр. должна обеспечивать оптимальные электроакустические параметры для данного объекта, к которым относятся и разборчивость речи, и уровень звукового давления, и равномерность озвучивания. В некоторых случаях эти показатели даже превышают те, которые можно считать приемлемыми для целей оповещения на том или ином объекте. Таким образом, система оповещения должна в значительной мере дублировать основную систему звукоусиления (для достижения аналогичных показателей), что, конечно же, никогда не делается по соображениям, прежде всего, финансового характера. Поэтому очень часто система оповещения выполняется на несравненно более низком качественном уровне и, по сути, является непригодной для выполнения возложенных на нее функций. Во-вторых, наличие на объекте двух несвязанных между собой систем может привести к ситуации, когда они обе окажутся включенными, что приведет исключительно к звуковой каше и полной неразборчивости сообщений. Наконец во многих случаях основные системы звукоусиления выполняют, в том числе функции оповещения, если рассматривать его в широком смысле, а не только как экстренное (как, например, объявления для зрителей в театральном зале). Однако все же основным доводом является экономическая эффективность использования одной, а не двух систем. При этом, следует оговориться, общая система должна иметь необходимые функции, характерные для систем оповещения: приоритетность источников оповещения, резервирование критических элементов звукоусилительного тракта, построение по зонному принципу и т.д.

В здании ЦДЮТ на 5 этажах располагаются большое количество помещений, требующих использования системы звукоусиления для целей различных целей звукообеспечения таких как: зонное оповещение, трансляция, конференц-связь, экстренное оповещение, проведение различных мероприятий (концерт, дискотека и др.). Требования к системе звукообеспечения сведем в табл. 1.1


Таблица. 1.1 - Требования к системе звукообеспечения

Название зоны

Кол-во независимых зон данного вида

Задачи звукообеспечения в зонах

Административные помещения

5 (учебные классы, кабинеты каждого из 5 этажей

Экстренное оповещение, зоновое информационное оповещение, фоновая музыка, программная трансляция местных и центральных радиопрограмм,

Помещения общего пользования

5 (фойе, коридоры, лестницы, каждого из 5 этажей

Экстренное оповещение, зоновое информационное оповещение, фоновая музыка, программная трансляция местных и центральных радиопрограмм.

Залы специального назначения

3 (универсальный актовый зал;

конференц-зал, шоу-клуб)

Экстренное оповещение, зоновое информационное оповещение, фоновая музыка, программная трансляция местных и центральных радиопрограмм, конференц-связь, проведение различных мероприятий (концерт, дискотека).

Технические помещения

1

Экстренное оповещение, зоновое информационное оповещение

Кафе, бары

2 (кафе цокольного этажа; бар 2-го этажа)

Экстренное оповещение, зоновое информационное оповещение, фоновая музыка.


Решение столь разнообразных по характеру задач может быть двояким. Традиционный подход выглядел бы примерно так.

  • Для зонового оповещения: адресная система оповещения с размещением большого числа маломощных громкоговорителей во всех зонах. Данные громкоговорители использовались бы также для воспроизведения фоновой музыки от централизованного источника.

  • Для экстренного оповещения также бы использовалась отдельная система оповещения с размещением большого числа громкоговорителей во всех зонах.

  • Для звукообеспечения различных зон специального назначения, кафе и бара были бы задействованы отдельные звуковые мобильные системы с большим количеством оборудования и линий передачи звуковых сигналов (минимум 5 систем).

  • Для программного вещания была бы также использована отдельная система с возможностью принудительного обхода регулятора уровня в номере при подаче сигнала оповещения.

  • В конференц-зале и универсальном зале были бы установлены стационарные системы конференц-связи (производство Phillips или Brahler) и звукоусиления, соответственно. Трудно сказать, каким образом был бы решен вопрос относительно трансформируемости конференц-системы. Скорей всего путем привлечения небольших мобильных вариантов тех же систем.

Таким образом, на пяти этажах здания центра можно насчитать как минимум 4 стационарных и 6-7 мобильных систем звукообеспечения. Легко понять, что объединение их в одну общую систему с централизованным оповещением, управлением и мониторингом выглядит непосильной задачей для самого талантливого инженера-проектировщика. Кроме того, не стоит совсем пренебрегать экономическим аспектом вопроса. Стоимость 10-11 систем, хотя и не будет по-прежнему идти ни в какое сравнение со стоимостью, скажем, строительных работ или мебели, но все же будет достаточно велика.

Принцип построения стандартных звуковых систем:

Традиционная схема звуковых систем разбивается на четыре составляющих элемента:

  1. Устройства приёма-передачи звукового сигнала: микрофоны, звукосниматели, аудионосители;

  2. Устройства обработки и маршрутизации звукового сигнала: микшерные пульты, многочисленные приборы динамической обработка звука, приборы звуковых эффектов, маршрутизаторы и т.д.;

  3. Устройства усиления звукового сигнала: разнообразные усилители мощности;

  4. Устройства воспроизведения звукового сигнала: акустические системы различного вида

Если посмотреть внимательно, то первая, третья и четвёртая часть в вышеуказанной схеме: 1 - приёмники или источники звука, 3 - усилители мощности,

4 - акустические системы (громкоговорители) совершенствуясь, даже видоизменяясь, в принципе остаются неизменными, то во второй части - обработке звуковых сигналов происходят мощные процессы поиска, находок, различных уникальных открытий, изобретений. Это простая схема традиционной системы звукообеспечения. Естественно, так как громкоговорители являются последней инстанцией передачи звукового сигнала непосредственно к слушателю, то основным видом оборудования в звуковой архитектуре считались акустические системы (громкоговорители). Их правильное (научное) расположение должно было предопределять удачную звукоархитектурную инсталляцию. Но не всегда это было реальностью. И даже наоборот, зачастую, когда в работу включалась вся система звукообеспечения желаемого результата не оказывалось. И тогда надо было что-то менять, что-то докупать и т.д. Более того, зачастую работая со звуковой архитектурой готового уже помещения, инсталлятор звуковой системы вынужден приспосабливаться к условиям (остаточный принцип) диктуемый дизайном помещения. И в большинстве случаев надо было идти на компромисс за счёт качества.

В тоже время поток отдельно изготавливаемых приборов обработки звуковых сигналов с каждым днём нарастает. Ведь кроме приборов обработки звука, необходимы также приборы диагностики, тестирования, измерительные приборы и т.д. А это паутина проводов, различных разъёмов, согласование отдельных приборов и прочее, а если имеется дело с цифровым преобразованием - то это десятки переходов из "аналога" в "цифру", изрядно накапливая при этом так называемый сигнал/шум.

Поэтому наиболее вероятным исходом представляется отказ от решения ряда задач звукообеспечения с одной стороны, и достижение среднего (в целом по объекту) весьма среднего с точки зрения качества звука.

Все, однако, может спроектировать совсем иным способом. Если мы представим, что сигналы от всех источников заводятся на единое цифровое коммутационное поле, где все они находятся в общем формате и могут быть смикшированы и разведены как угодно, т.е. будет проложена единая локальная сеть звукового обеспечения для обеспечения этих функций, то преимущества аппаратно-программного комплекса, например, такого как MediaMatrix становятся очевидными. Естественно, что в этом случае мы уже не будем жестко связаны с выбором оконечного оборудования для зон озвучивания. Это не замедлит сказаться на качественном уровне звучания всех подсистем здания. И точно также понятно, что любой сигнал, будь то оповещение или фоновая музыка мы сможем направить в любую зону в любой момент. Более того, средства динамической обработки и частотной коррекции позволят нам оптимизировать каждый сигнал для каждой из зон. Передача сигналов от источников к центральному процессору системы и от него в зоны может осуществляться по оптоволоконным линиям или витой паре на достаточно большие расстояния (для оптоволокна, например, в сети CobraNet, 3-5 км, для витой пары - 300 м без дополнительного усиления). Стоимость этих коммутационных линий может оказаться не столь большой, если учесть, что по ним могут транслироваться не только аудио, но также видео и другие информационные потоки. Иначе говоря, даже некоторый проигрыш в цене может быть в значительной мере компенсирован выигрышем в количестве линий.

Современная схема звуковых систем:

  • Передач звуковых сигналов (преобразование в “цифру”);

  • Процессор обработки, маршрутизации, управления, диагностики звукового тракта, контроль и управления усилителями, усиление;

  • Воспроизведение (преобразование в аналог).

Вся схема замкнута в кольцо (то есть центральный процессор, является сердцем и мозгом звуковой системы) и в тоже время система абсолютно открыта для многочисленной интеграции с любыми видами слаботочных, да и других инженерных систем.

Комплекс звукообработки в данном случае - это не только сердце, но и голова (мозг) системы. То есть появляется возможность управлять и обрабатывать входные сигналы, тестировать и управлять усилительно-акустическим трактом, а это открывает поистине невероятные перспективы в звукообеспечении, появляется возможность корректировать электроакустические параметры любых объектов, управлять и подстраиваться под самые разноплановые регламенты работы. С внедрением аппаратно-программных комплексов стало возможным синхронизировать данное оборудование с такими системами как технологическое телевидение, оповещение, трансляция, синхронный перевод речи, с системами пожарной и охранной безопасности: то есть кольцо замкнулось.

Также появилась возможность в рамках одной системы использовать (за счёт алгоритмов) громадное количество приборов, создавать собственные, т.е. система становится открытой для модернизации и совершенствования. Система становится универсальной, надёжной, качественной и самое главное экономичной.

Имея всего один комплекс, можно обеспечивать одновременную работу нескольких залов заседаний, как в независимом, так и в объединенном режиме, осуществлять оповещение, "крутить" фоновую музыку, проводить презентации... Если в одном и том же помещении проводятся различные мероприятия, то все, что нужно сделать, это, заготовив заранее необходимые конфигурации и сохранив их в памяти машины, просто вызывать поочередно на экран в нужное время. Можете даже запрограммировать настройки системы во времени, так что соответствующий режим включится в точно назначенную минуту.

Система может работать как в полностью автоматическом режиме, так и с участием оператора. Причем последних может быть несколько, и каждый из них будет иметь доступ только к своей части программы. Практически же, использование такой, например системы как MediaMatrix позволяет обходиться без технического персонала вообще! Многоуровневая система паролей обеспечивает надежную преграду несанкционированному или некомпетентному вмешательству в работу комплекса.

Интегрированная система звукообеспечения определяется следующими основными признаками:

  • Наличие интерфейса обмена данными с другими технологическими системами (внутреннее телевидение, системы охранной и пожарной безопасности, системы освещения, системы связи и т. д.);

  • Многозадачность, то есть способность одновременной реализации различных режимов работы локальных подсистем звукового обеспечения при сохранении централизованного управления;

  • Адаптация локальных электроакустических решений к архитектурному дизайну объекта.

Функция же оперативного вмешательства в работу отдельных подсистем непосредственно в зонах озвучивания (эта функция необходима, например, для выбора варианта настройки помещения под определенный вид мероприятия, контроля громкости и т.д.) будет поддерживаться при помощи интегрированных системам управления которые могут применяться совместно с аппаратно-программными комплексонами. Встроенные в стены и запирающиеся панели могут быть установлены практически в любой точке объекта, где в этом возникает необходимость. Такие же (или более сложные) панели управления могут находиться в местах расположения источников оповещения.


1.2 Виды сетевых технологий используемых для передачи звукового сигнала


1.2.1 Сеть точечного доступа

До недавнего времени распределение звука предполагало наличие большого числа источников симметричного звукового сигнала, подключенных к центральной системе обработки и коммутации сигнала. Количество кабельных соединений при этом могло быть просто огромным. Для уменьшения наведенных помех и шума необходимо прокладывать звуковые кабели в стороне от кабелей, несущих другие сигналы. Кабель, используемый для передачи звукового сигнала, обычно представляет собой дорогой вариант витой пары, защищенной экраном (shielded twisted pair - STP). С появлением стандарта передачи цифрового звука AES3 появилась возможность передавать звуковой сигнал в цифровой форме. Этот вариант имеет ряд преимуществ по сравнению с аналоговым.

Во-первых, линии передачи аналогового сигнала не защищены от помех. Эти помехи, независимо от их уровня, складываются с полезным сигналом и имеют свойство нарастать по всей длине кабеля. Если же передача сигнала осуществляется в цифровой форме, то влияние помех проявляется только в том случае, когда они превышают определенный порог. Более того, цифровой звуковой сигнал можно передавать по волоконно-оптической линии, где обеспечивается полная электрическая изоляция и защита от помех. Защита от помех при цифровой передаче звука является несомненным преимуществом, позволяя снизить стоимость системы при сохранении и даже повышении качества звука. В большинстве случаев передачу звукового сигнала в цифровой форме можно осуществить при помощи недорогой неэкранированной витой пары (unshielded twisted pair - UTP).

Во-вторых, цифровые данные могут быть мультиплексированы гораздо более эффективно (увеличение экономического эффекта), чем данные в аналоговой форме. Можно использовать для мультиплексирования несколько каналов цифрового звука, передаваемых по одному кабелю. В этом случае экономия на кабелях, обслуживании, технической поддержке и т.д. может быть поистине огромной [2].

В-третьих, системы цифровой передачи данных работают в режиме замкнутой петли. В цифровой системе, благодаря применению алгоритмов выявления и коррекции ошибок, можно гарантировать или верифицировать целостность принятых данных перед их использованием. Аналоговые замкнутые системы передачи имеют ограниченные функциональность и сферу применения. Если в аналоговой системе возникают помехи или нарушается соединение, то возникающие в результате этих неисправностей шум или тишина все равно воспринимаются оборудованием принимающей стороны как нормальный сигнал.

В-четвертых, в сфере звуковых систем идет неизбежная цифровая эволюция. По мере роста числа цифровых систем и устройств передача звукового сигнала в цифровой форме становится все более и более привлекательной и эффективной. Дополнительные преобразования между аналоговыми и цифровыми участками тракта лишь увеличивают стоимость всей системы, ухудшают качество звука и вызывают нервный стресс у разработчика звуковой системы.

Стандарт передачи цифрового звука AES3 позволяет реализовать на практике все описанные выше преимущества. Два канала звука с высокой достоверностью, а также большое количество иного трафика (данные, сигналы управления и т.д.) можно передавать на расстояние 100 м и более, и при этом не наблюдается никакого ухудшения качества сигнала.


1.2.2 Сеть широкого доступа

Стандарт передачи AES3, являясь однонаправленным, обеспечивает только индивидуальный доступ, не позволяя организовать сетевую топологию широкого доступа, в рамках которой несколько источников могут использовать одну и ту же транспортную среду. В контексте коммутации и распределения звукового сигнала сеть широкого доступа обеспечивает несколько серьезных преимуществ по сравнению с сетью точечного доступа. Прежде всего, она имеет возможность внутренней маршрутизации. Подключенный к сети канал можно вещать по всей сети.

Отдельные потребители могут динамически выбирать канал (каналы), которые им необходимы в каждый конкретный момент времени. Следовательно, коммутация в этом случае имеет распределенный характер и доступна всем потребителям сети. В тех приложениях, где необходимы функции централизованного управления и коммутации, отдельные пользователи могут быть сконфигурированы дистанционно по сети при помощи центральной станции, что создает иллюзию централизованной коммутации. Преимущество заключается в том, что вследствие исключения центрального коммутатора исчезает потенциальная вероятность "падения" всей звуковой системы вследствие отказа этого коммутатора.

Далее, звуковая сеть широкого доступа позволяет снизить общую длину кабельных линий, а значит, снизить стоимость системы распределения звука. Распределенная коммутация избавляет от линий подключения источников сигнала к центральному коммутационному устройству. Более того, поскольку сеть является двунаправленной системой, то в случаях, когда источник и потребитель расположены рядом друг с другом, они могут обслуживаться одним и тем же кабелем.

Помимо этого, поскольку структура сети обеспечивает существенную полосу пропускания, систему распределения можно конфигурировать и переконфигурировать без необходимости физического переключения кабелей. В любой точке коммутации сети звуковой сигнал может быть введен в сеть или извлечен из нее для передачи или приема в другой точке сети в рамках всей системы. Для того чтобы в будущем обеспечить наращиваемость и расширение сети, в ней можно предусмотреть свободные коммутационные узлы, распределенные по всей системе, причем стоимость такого подхода минимальна. Этот подход является распространенным при построении компьютерных сетей, а также позволяет существенно снизить количество утомительной работы, необходимой для проектирования стандартной звуковой распределительной системы. Разработчику больше не нужно точно определять каналы передачи и приема в каждой точке подключения. Гибкость сетевого подхода позволяет, к тому же, быстро реагировать на ожидаемые или непредвиденные изменения требований к системе распределения сигнала. Это делает сетевой подход наиболее выгодным для динамических инсталляций, которые выполняются, например, в больших центрах, студийных и концертных комплексах широкого назначения, аэропортах и т.д.

Следует отметить, что поскольку сеть обеспечивает двунаправленные каналы связи с каждой станцией, все устройства в сети могут отслеживаться и управляться из одной центральной точки. В сетях с точечным доступом такое невозможно. Там доступно лишь управление, например, приемником (приемниками) от передатчика, и поскольку система точечного доступа является однонаправленной, то отсутствует возможность мониторинга приемников. Фактически, невозможно определить состояние соединения с каждым конкретным подключенным к передатчику приемным устройством, даже если соединение нарушено. Поэтому системы точечного доступа часто снабжаются отдельной сетью управления, используемой для контроля и мониторинга состояния каждой конечной станции системы распределения. В случае же системы широкого доступа все эти возможности реализованы непосредственно в ней.

И, наконец, поскольку все станции физически имеют доступ ко всем данным в сети широкого доступа, некоторые приложения, например, служебная связь или передача информационных сообщений, также могут идти по этой же сети, что еще больше повышает ее экономическую эффективность. В таких приложениях источники должны лишь передать сигнал при нажатии клавиши "микрофон" или появлении на входе звукового сигнала, превышающего определенный пороговый уровень. Требования к скорости потока каждого из источников сигнала ограничиваются лишь числом одновременно передаваемых по сети потоков.


1.3. Обзор специализированных сетевых технологий передачи и распределения цифровых и аналоговых аудио сигналов


1.3.1 EtherSound

EtherSound – одна из сетевых технологий для распределения звукового сигнала в реальном масштабе времени по стандартному протоколу Ethernet (64 канала двунаправленного 24 битного цифрового звука в формате кодово-импульсной модуляции (ИКМ) с очень низким временем задержки, плюс сигналы управления, используя стандартные кабельные сети и компоненты Ethernet).

Основные характеристики:

  • 64 канала некомпрессированного звука передаваемого по кабелю в обоих направлениях. Суммарное системное количество каналов может быть больше;

  • Аудио формат: 24 бита при 44.1/48/88.2/96/192 кГц;

  • Очень низкое время сетевой задержки;

  • Дистанционное управление: внутренняя контрольная информация, передаваемая по тому же самому кабелю с набором команд, не зависящих от производителя;

  • Сетевая гибкость: шина, звезда, или комбинация обеих топологий;

  • Полностью совместима со стандартом Ethernet IEEE802.3x . Поддерживает второй (физический) сетевой уровень внешних устройств;

  • Рентабельная и гибкая интеграция технологии благодаря стандартным промышленным интерфейсам;

  • Гибкий протокол, открытый для дальнейших усовершенствований;

  • Привлекательные программы лицензирования;

  • Широкий диапазон различного оборудования: микшерные пульты, усилители, акустические системы, процессоры, и т.д.

Краткий обзор технологии

Запатентованный протокол EtherSound обеспечивает двунаправленную, детерминированную, передачу звука с очень низким временем задержки по синхронизированным аудио каналам и передачу контрольной информации посредством стандартного Ethernet. 64 канала звука в формате 24 бит/48 кГц, плюс интегрированное управление и контроль данных, транспортируемых (передаваемых) по одному общему кабелю. В зависимости от частоты дискретизации возможны различные варианты конфигурации количества каналов, то есть, например 32 канала при частоте 96 кГц. Благодаря встроенному генератору тактовых импульсов, крайне низкий джиттер обеспечивает отличное качество аудио сигнала.

Были предприняты специальные разработки, для того чтобы гарантировать полную совместимость со стандартом Ethernet IEEE802.3x. Сети EtherSound поддерживают второй (физический) уровень внешних устройств и используют стандартные кабели CAT5 или CAT6, волоконную оптику, коммутаторы, медиаконвертеры, и другие стандартные компоненты Ethernet. Для систем EtherSound необходима полоса пропускания в 100 Мбит/с, также системы могут работать в пределах виртуальной локальной сети как часть существующей корпоративной сети связи [3].

Сети EtherSound заменяют традиционные точечные соединения архитектурами, которые проще проектировать, устанавливать, и обслуживать: топологии шина, звезда, или комбинация обеих технологий.

При использовании топологии "шина", все каналы доступны всем подключенным устройствам. В топологии "звезда", все каналы доступны всем устройствам по направлению "нисходящего информационного потока" в направлении устройства ввода. Все каналы независимы друг от друга.

EtherSound – один из самых амбициозных проектов в области цифрового аудио (продвигаемый в основном французскими компаниями). Общеизвестно, как довольно быстро сдались цифровым технологиям звукозапись, воспроизведение и вещание (во всех видах – от радио до Public Address), но оставался один нерушимый бастион – концертное звукоусиление. До сих пор аналоговые консоли востребованы гораздо больше, чем цифровые, единого стандарта на передачу многоканального аудиосигнала нет, да и цены пока еще близки к заоблачным. Ну, и конечно, главный аргумент специалистов в области «живых» постановок – неприемлемая величина задержки сигнала в общепринятых системах цифровой передачи.
Основное достоинство протокола EtherSound – при соединении «точка–точка» аналоговый сигнал передается с задержкой, не превышающей 125 мкс, которая не зависит от количества передаваемых каналов (см. рис. 1.1). С помощью стандартного сетевого оборудования пользователь может собрать систему, состоящую из 60 тыс. компонентов, и емкостью до 64 каналов в формате 24 бит/48 кГц.


Рисунок 1.1 Величина задержки сигнала в сети EtherSound.


1.3.2 Cobranet

Сетевая технология CobraNet разработана американской исследовательской компанией Peak Audio. Эта технология получила довольно широкое распространение в сфере профессионального аудио оборудования и постепенно стала стандартом де-факто в области транспортировки профессиональных потоковых аудио/видео данных по компьютерным сетям. Компания Peak Audio тесно сотрудничает с одной из крупнейших в мире корпораций по производству полупроводниковых чипов высокой степени интеграции Cirrus Logic , Inc.

Это сотрудничество позволило ускорить продвижение технологии CobraNet путём разработки и производства чипа, исполняющего роль интерфейса-контролера сети CobraNet. Появление данного чипа существенно облегчило внедрение этой передовой технологии во всё большее количество производителей профессионального звукового оборудования [4].

В настоящий момент в основном используется CobraNet второй версии. Вторая версия CobraNet значительно превосходит первую версию по техническим параметрам транспортирования звукового сигнала, а по коэффициенту утилизации Ethernet сетей в десятки раз. Необходимо отметить, что система CobraNet версии 2 обратно совместима с первой версией.

В Peak Audio решили создать систему CobraNet, работающую со стандартными компьютерными сетями. Технология CobraNet позволяет передавать цифровой аудио сигнал повышенного качества, используя стандартное обеспечение Ethernet . Взаимодействуя с оборудованием MediaMatrix, CobraNet распределяет цифровой сигнал со студийным качеством между 64-мя каналами по сетевому протоколу Fast Ethernet 100 Base - TX/FX , используя недорогой кабель CAT5 или оптическое волокно. CobraNet сокращает объём и сложность кабельной инфраструктуры на объекте.
Здесь уже используется не принцип разделения каналов по времени, а адрес конечного пункта, передаваемый вместе с другой информацией, в каждом канале или группе каналов, как в Internet.

В отличие от пакетной передачи компьютерных данных, которые иногда имеют потери, аудиосигнал передается продолжительно без каких-либо выпадений. Теоретически и те, и другие данные могут быть смешаны вместе, но на практике это приведет к слышимым щелчкам, поэтому рекомендуется изолировать сеть CobraNet от общей компьютерной сети.

Два индивидуальных устройства CobraNet могут напрямую коммутироваться между собой. Для соединения большего числа приборов требуется хаб, к которому и подсоединяются все приборы. Каждый входящий сигнал он посылает на все выходы.

Версия CobraNet 2 использует переключаемые хабы, которые читают адреса поступающих данных и посылают их только на нужный выход. Переключаемые хабы также способны отделить CobraNet от других компьютерных устройств. Если какая-то часть системы приходит в негодность, то можно послать сигнал в обход поврежденного участка с минимальной задержкой.

В CobraNet контрольная информация обычно передается вместе с аудиоданными. Она содержит команды, способные автоматически выставить уровень, чувствительность и другие параметры на любом процессоре системы.

В зависимости от используемых хабов и кабелей система может функционировать в радиусе 100 км и нести информацию по ста каналам. Простейшая конфигурация имеет 64 канала и радиус 200 м. Peak Audio конструктивно ограничивает длину кабелей и количество интерфейсов и хабов в цепи. Также компания предлагает список рекомендованных к использованию хабов, конвертеров и переключателей. На рис. 1.2 показан объём занимаемый CobraNet в Ethernet трафике.

Перечислим некоторые особости технологии CobraNet:

  • Точная, скоординированная по времени передача данных;

  • Асинхронный принцип действия;

  • Оборудование CobraNet использует отказоустойчивый, аппаратный подуровень адресации MAC;

  • Совместимость с протоколом CSMA/CD;

  • Асинхронная/синхронная конвертация звукового сигнала;

  • Регулируемая асинхронная передача данных.

  • Поскольку сигнал передается в цифровой форме, нет больше проблем с наводками и шумами, а также потерей качества при больших пробегах кабелей. Кроме того, использование оптоволоконного кабеля обеспечивает гальваническую развязку удаленного оборудования.

  • Оборудование для передачи сигналов по сети CobraNet чрезвычайно компактно - все интерфейсы имеют высоту 1U. Общая экономия места в аппаратной стойке достигает 50%.

  • Для построения сети CobraNet используется недорогое и широко распространенное оборудование стандартной компьютерной сети Fast Ethernet 100Base-T. На большинстве современных объектов такая сеть уже присутствует, поэтому стоимость и сложность монтажных работ сокращается в десятки раз. Кроме того, стоимость витой пары в несколько раз меньше, чем стоимость профессионального микрофонного кабеля.

Протокол CobraNet не использует IP для передачи звуковых каналов и поэтому может работать только в локальных сетях. С его помощью можно строить матричные структуры, которые обеспечивают высокую гибкость и значительно упрощают работу с системами, в которых передается большое количество звуковых каналов.

CobraNet дает возможность передавать 64 звуковых канала (24 бит/48 кГц), используя в качестве транспортного контейнера стандартный кадр Ethernet совместно с информацией об этих каналах. Протокол представляет набор средств, которые позволяют трафик реального времени передавать в сети совместно с трафиками других приложений.

Приборы CobraNet, объединенные в систему, автоматически регулируют время посыла данных между собой; один прибор действует как управляющий и передает синхросигнал по сети, синхронизируя деятельность всех остальных приборов в сети [5].

В сети CobraNet используется три вида пакетов:

  • Beat Packet - широковещательный пакет, содержащий параметры для работы сети, синхронизацию и параметры передачи. Beat Packet передается от одного CobraNet-устройства и информирует приемники о начале цикла синхронизации. Так как эти пакеты распространяют информацию о синхронизации, они чувствительны к колебаниям задержки. При проектировании сети необходимо учитывать эту особенность работы протокола. Beat Packet имеют размер 100 байт;

  • Isochronous Data Packet - пакеты, использующиеся для передачи звуковой информации. Они имеют размер 1000 байт;

  • Reservation Packet - пакеты, необходимые для работы системы резервирования;

  • Протокол CobraNet разрабатывался для работы в Ethernet-сетях и поэтому поддерживает все архитектуры, применяемые в Ethernet, и может работать совместно с другими сетевыми приложениями. Звуковые маршрутизаторы могут использоваться в сетях IEEE 802.3u Fast Ethernet и IEEE 802.3z G.Ethernet.

Архитектура сети CobraNet

В случае применения протокола CobraNet необходимо учитывать те ограничения, которые накладывают на сеть IEEE 802.3u особенности его работы. Протокол обеспечивает доставку данных в реальном времени и поэтому нуждается в инфраструктуре, которая создает режим реального времени. Диаметр сети максимально составляет 2560 бит-периодов. Максимальная длина кабеля Category 5 UTP между двумя сетевыми приборами не должна превышать 100 м, включая соединительные кабели. Для больших расстояний рекомендуется использовать оптоволоконный кабель либо кабель UTP длиной 100 м, соединяющий приборы Fast Ethernet по цепочке.

Сетевая инфраструктура должна обеспечивать следующие характеристики:

  • изменение задержки во время передачи пакетов укладываться в 0 - 250 мкс;

  • задержки при передаче пакетов не могут превышать 400 мкс.

Для управления сетями CobraNet используется стандартный способ на основе протокола SNMP. Такой подход позволяет организовать централизованное управление CobraNet-сетью из единого центра. Станций управления может быть несколько, и они могут располагаться в любом месте сети.


1.4 Обзор аппаратно-программных комплексов СЗО (систем звукового обеспечения)


Аппаратно-программный комплекс СЗО (системы звукового обеспечения) это совокупность аппаратных и программных средств, объединенных общим технологическим решением, предназначенная для реализации в полном объеме задач звукового обеспечения в рамках единой интегрированной системы. Аппаратно-программные комплексы являются наиболее прогрессивной и эффективной формой цифровой системы звукоусиления, поскольку они позволяют выполнять все функции по обработке, коммутации, управлению и мониторингу звука в рамках одного устройства или локальной сети устройств; оптимизировать, упростить и в значительной мере автоматизировать интерфейс управления и мониторинга системой звукоусиления.


1.4.1 Media-Matrix

Система MediaMatrix была разработана американской корпорацией Peavey Electronics Corporation в 1993 году совместно с фирмами Motorola, IBM и Peak Audio. На сегодняшний день она является одним из универсальных инструментов в области создания и управления звуковыми комплексами и системами электросвязи любого масштаба.

"МедиаМатрикс" основана на современных технологиях в области цифрового звука и обеспечивает возможность комплексного решения задач, связанных с системами звукообеспечения на любых объектах. Система представляет собой сочетание аппаратного и программного обеспечения. Ее применение позволяет сократить время и финансовые затраты, необходимые для решения аналогичных задач с помощью стандартного оборудования.

Система "МедиаМатрикс" интегрируется с оборудованием систем:

  • видеопоказа;

  • синхронного перевода речи, голосования;

  • охранного и пожарного оповещения;

  • комплексов интегрированного управления и т.д.

Состав системы:

  • Центральное ядро составляет системный блок на базе IBM совместимого компьютера. Формат IBM выбран в силу его повсеместной распространенности. Системный блок обеспечивает интерфейс управления, программирования и контроля для плат управления звуком - DSP (от английского Digital Sound Processor - Процессор Цифровой Обработки Звука);

  • Платы являются универсальными и обеспечивают различные режимы звукоусиления в поочередном (допустим, для одного помещения) или одновременном варианте.

Для подключения источников и оконечных устройств используются специальные интерфейсы, позволяющие принимать сигналы по аналоговым, цифровым и волоконно-оптическим линиям, а также в любой комбинации из выше перечисленных. Оптимизация уровня и качества аудио сигналов осуществляется на звуковых платах DSP [5].

Cистема MediaMatrix призвана осуществлять следующие функции:

  • динамическая обработка всех входных и выходных сигналов (функции гейтов, компрессоров, лимитеров, экспандеров, даккеров и т.д.);

  • частотная коррекция входных и выходных сигналов (функции эквалайзеров);

  • распределение сигналов между акустическими системами внутри помещения (функции матричного микшерного пульта);

  • разделение сигнала на частотные полосы (функции кроссовера) в центральных залах и других помещениях;

  • управление работой акустических систем во всех залах (функции процессоров акустических систем);

  • согласование во времени работы акустических систем (функция линий задержки);

  • сохранение различных вариантов настройки системы;

  • управление стереофонической/амбифонической панорамой звука в центральных залах, а также ряд других, в случае пожеланий заказчика (например, программирование «событий», дистанционное управление подсистемами залов, управление внешними устройствами и т.п.);

  • интеграция системы MediaMatrix с системами охранной и пожарной безопасности, трансляционной системой, системой оповещения, системой технологического телевидения и т.д.;

  • работа в компьютерных сетях;

  • передачи всей звуковой информации в волоконно-оптическую сеть или по витой паре.

32-х битное многозадачное программное обеспечение включает в себе четыре прикладные функции: язык программирования DSP высшего уровня, программа проектирования аудиосистем, программа управления и работы в сети, программа диагностики DSP. Всё это делает MWare мощным программным продуктом в области цифрового звука на сегодняшний день. Библиотека MWare содержит сотни приборов готовых к использованию. Если же в ней нет того, что Вам нужно, то у Вас всегда есть возможность создать собственный прибор, на базе элементарных алгоритмов MediaMatrix.

IBM совместимый компьютер

Топология комплекса MediaMatrix всегда строиться по принципу центральный процессор - периферийные устройства, т.е. имеет ярко выраженный центр.

Центральный процессор MediaMatrix MainFrame, по сути, является промышленным специализированным процессором со 100-процентным горячим резервом основных, жизненно важных блоков и систем. Вставляемые в него специальные платы расширения, являются основой всей системы MediaMatrix. Именно в этих платах осуществляются все вычисления и операции с цифровым звуком. Блочно-модульная конструкция центрального процессора предоставляет широчайшие возможности по конфигурированию звуковой системы, делает удобным его обслуживание и позволяет проводить модернизацию системы с минимальными затратами времени и средств.

Серия системных блоков MediaMatrix имеет несколько уровней сложности которые различаются количеством плат цифровой обработки. Основные модели: Miniframe-108nt, Miniframe-208nt, процессоры Mainframe серии 700nt, Mainframe серии 900nt. Все системы MediaMatrix комплектуются высокомощной платой контроллера, жестким диском, дисководом под флоппи-диски и платой цифровой обработки сигнала, оснащенной четырьмя процессорами цифровой обработки сигнала Motorola 56002, подсоединенных к пассивному разъему для большей надежности. Системные блоки управляются эксклюзивной операционной системой цифрового звука MWare, разработанной компанией Peavey, которая работает во всем знакомой среде Windows.

На каждой системе MediaMatrix устанавливается операционная система цифрового звука MWare (версия 3,0 или выше). Эта мощнейшая операционная система позволяет дизайнеру спроектировать систему на экране, используя понятный графический интерфейс. Как только дизайн готов, та же самая операционная система позволяет пользователю регулировать параметры системы с помощью легкого в использовании рабочего экрана. Внешний вид процессорного блока MediaMatrix показан на рис. 1.3

Платы цифровой обработки

Платы цифровой обработки серии MM-DSP являются сердцем аппаратно-программного комплекса MediaMatrixT. На каждой плате установлено по 4 процессора MotorolaR 56002, суммарное быстродействие которых превышает 100 миллионов операций в секунду. В платах MM-DSP реализована эксклюзивная технология кодирования V-Stac, позволяющая удваивать эффективность использования математических ресурсов процессоров. Каждая плата обеспечивает по 32 аудио входа и выхода и осуществляет 24-битную обработку звукового сигнала. С целью повышения точности передачи сигнала расчет параметров фильтров (центральная частота, форма и крутизна характеристики) осуществляется с удвоенной точностью. Внешний вид процессорного платы DSP показан на рис. 1.4

Серия MM-DSP состоит из двух моделей. Первая, MM-DSP-AES используется для обработки сигналов, поступающих на плату в стандартном цифровом аудио формате AES-EBU (до 16 AES3 стерео каналов на плату). Сигналы вводятся на MM-DSP-AES через развязывающий трансформаторный интерфейс 16XT AES/EBU. Вторая модель, MM-DSP-CN разработана для сигналов транслируемых через локальную сеть Ethernet. Ввод/вывод сигнала на MM-DSP-CN осуществляется с помощью цифровых модулей серии CAB. Эти устройства обеспечивают интерфейс между аналоговым звуком и стандартной 10/100T сетью Ethernet с помощью протокола обмена данных CobraNet.

Для плат MM-DSP частота сэмплирования устанавливается программным способом. При этом она должна соответствовать частоте сэмплирования используемой модели цифрового интерфейса. Существует три опции: 32, 44.1, 48 кГц. Для плат MM-DSP-AES также обеспечивается возможность пользовательского выбора частоты сэмплирования. В этом случае она определяется частотой сэмплирования источника цифрового сигнала AES-EBU. Платы MM-DSP-CN используют только наивысшую частоту - 48 кГц.

Спецификация

  • Количество цифровых аудио каналов

  • до 32 входов и 32 выходов (все модели)

  • Тип и количество процессоров DSP

  • Motorola 56002 по 4 шт. на плату

  • Разрешение обработки

  • 24 бита

Частота сэмплирования

  • MM-DSP-AES: 32, 44.1, 48 кГц (программно)

  • MM-DSP-CN: 48 кГц

Быстродействие

  • MM-DSP-AES: 136 MIPS

  • MM-DSP-CN: 168 MIPS

Пропускающая способность цифровой шины

  • 256 каналов между платами

  • 256 каналов между процессорами (чипами)

Технология кодирования

  • V-Stoc

Коммутационные разъемы

  • MM-DSP-AES: 1 штука DB-37 ("мама") на плате + 1 штука на дополнительной плате (входит в комплект)

  • MM-DSP-CN: 1 штука. RJ-45

Вес

  • 450 г (все модели)

Потребляемая мощность

  • 25 Вт

Теплоотдача

  • 24 Вт

Устройства (интерфейсы) преобразования аналоговых, цифровых сигналов в специальный формат для передачи по волоконно-оптическим линиям и витой паре и обратного преобразования

В оборудовании MediaMatrix существует два типа оборудования CobraNet , это:

  • встраиваемые в центральный процессор платы расширения DSP - CN , в которых помимо всех вычислительных операций осуществляется конвертация цифрового звукового сигнала в специальный формат для передачи по сети CobraNet;

  • Интерфейсы-конверторы CAB 16i , CAB 16o , CAB 8i , CAB 8o, CAB 16d и X - Bridge, выполняющие обратную конвертацию из формата CobraNet в аналоговый или цифровой (AES / EBU ) формат, в зависимости от модели.

Всё выше причисленное оборудование построено по одинаковому технологическому принципу, это принцип наглядно проиллюстрирован на

Интерфейсы-конверторы оборудования MediaMatrix T , делаться на четыре категории:

  • аналого-цифровой - CAB 16i , CAB 8i;

  • цифро-аналоговый - CAB 16o , CAB 8o;

  • цифро-цифровой - CAB 16d;

  • аналогово-цифро-аналоговый мост-интерпретатор X – Bridge (16XT AES/EBU).

Цифровые интерфейсы CAB-8i / CAB-8o

Модели CAB-8i и CAB-8o представляют собой 8- канальные интерфейсы для передачи сигналов по сети Ethernet аналоговыми звуковыми устройствами и платами MM-DSP, установленными в центральном процессоре аппаратно-программного комплекса MediaMatrix. Высокое качество передачи, отсутствие компрессии, ошибок и «выпадения» сигналов обеспечивается специальным протоколом передачи аудио сигнала CobraNet, разработанным для применения в сетях 100BaseT Ethernet.

CAB 8i располагает 8 симметричными аналоговыми входами, чувствительность которых позволяет подавать на них сигналы как микрофонного, так и линейного уровня. Коэффициент усиления для каждого канала независимо регулируется в пределах от –9 до +60 дБ с шагом 1 дБ. На каждом канале предусмотрен независимый источник фантомного питания 48 В и постоянный аттенюатор («pad») сигнала 20 дБ. Включение этих функций, как и регулировка коэффициента усиления осуществляется программным способом. Преобразованные в цифровую форму сигналы CAB-8i отправляет в сеть Ethernet и дальше на центральный процессор MediaMatrix.

CAB-8o имеет 8 симметричных аналоговых выходов. Интерфейс принимает по сети Ethernet обработанный на платах MM-DSP сигнал, преобразует его в аналоговую форму и подает на оконечные устройства 8 независимых сигналов.

Помимо звуковых оба устройства также имеют в своем составе: 8 управляемых по напряжению входных портов, 8 логических выходных портов, 8 управляемых программным способом реле, порт RS-485 и два параллельных порта синхронизации BNC.

Цифровые интерфейсы CAB-16i / CAB-16o

Модели CAB-16i и CAB-16o представляют собой 16-канальные интерфейсы для передачи сигналов по сети Ethernet аналоговыми звуковыми устройствами и платами MM-DSP, установленными в центральном процессоре аппаратно-программного комплекса MediaMatrix. Высокое качество передачи, отсутствие компрессии, ошибок и «выпадения» сигналов обеспечивается специальным протоколом передачи аудио сигнала CobraNet, разработанным для применения в сетях 100BaseT Ethernet.

CAB 16i располагает 16 симметричными аналоговыми линейными входами, каждый из которых снабжен индивидуальным светодиодным индикатором уровня на передней панели устройства. Регулировка коэффициента усиления для каждого канала осуществляется программным способом. Преобразованные в цифровую форму сигналы CAB-16i отправляет в сеть Ethernet и дальше на центральный процессор MediaMatrix.

CAB-16o имеет 16 симметричных аналоговых выходов. Интерфейс принимает по сети Ethernet обработанный на платах MM-DSP сигнал, преобразует его в аналоговую форму и подает на оконечные устройства 16 независимых сигналов.

Помимо звуковых входов и выходов оба устройства также имеют в своем составе порт управления RS-485.


1.4.2 Audia

Целью основанной более 25 лет назад американской компании Biamp стало создание инсталляционной звуковой аппаратуры (усилителей, микшеров, процессоров), обладающей как высоким качеством звука, так и не менее высокой надежностью.

Другой особенностью продукции Biamp являются широкие возможности для дистанционного управления аппаратурой. Большинство блоков не имеют органов управления на лицевой панели, зато легко управляются с помощью настенных и переносных панелей, ПК, ИК-пультов. С одной стороны, это существенно облегчает жизнь пользователям аппаратуры, с другой – помогает предотвратить случаи несанкционированного вмешательства в работу аппаратуры. Особое место среди продукции фирмы Biamp занимает цифровая платформа Audia. Внутри матричной платформы Audia находятся шесть мощных цифровых процессоров, с помощью которых пользователь может создать собственную конфигурацию системы, включающую средства маршрутизации и обработки сигналов, присутствующих на каждом из входов

Программа компиляции дает возможность разработчику (оператору, пользователю) создать конфигурацию любой сложности с отображением ее на экране компьютера [6].

Цифровой сигнальный процессор

Семейство Audia включает матрицу с модульной структурой входов/выходов Audia Flex и матрицу с фиксированной (8 х 8, 12 х 4, 4 х 12) структурой входов/выходов Аudia Solo. Две и более платформы могут объединиться в сеть. При этом управление всеми компонентами, которые могут быть расположены в различных местах, производится по сети Ethernet с любой точки здания с ПК имеющего доступ в локальную сеть, а аудио потоки передаются по WLAN (технология CobraNet) в цифровом виде.

Audia Flex - каждый блок Audia Flex имеет 12 слотов для двухканальных входных и выходных модулей, т.е. до 24 каналов входов/выходов. Вы можете выбрать любую конфигурацию входов/выходов (12 х 12, 16 х 8, 4 х 18 и т.д.) для создания именно той системы, которая вам требуется. Две и более платформ Audia с помощью технологии CobraNet могут объединяться для расширения системы и объединения вычислительных мощностей платформ. Для загрузки файлов и управления системой используется сеть Ethernet или популярные контроллеры Crestron, AMX и т.п.

Сетевые технологии для управления и передачи цифровых потоков позволяют реализовать распределенные системы с размещением платформ Audia в различных местах и возможностью управления комплексом (или его отдельными частями) из различных точек. Эта особенность важна для сложных комплексов, таких как конгресс-центры, развлекательные, образовательные и административные центры.

Кроме входных и выходных модулей в Audia Flex могут быть установлены двухканальные модули подавления акустического эха АЕС и телефонного интерфейса TI2. Комбинация TI2 с модулем АЕС делает платформу Audia наиболее мощным, гибким и эффективным средством для телеконференций.

Audia Solo - экономичный вариант платформ c фиксированной конфигурацией и контролем/управлением по порту Ethernet, но без CobraNet. Существует три конфигурации Audia Solo отличающихся по количеству входов/выходов – 8х8, 12х4, 4х12.

Внешний вид процессора Audia Flex показан на рис 1.6

Для увеличения мощности существующей системы могут использоваться расширители количества входов/выходов: EXPI – модуль на восемь входов, EXPO – модуль на восемь выходов, подключаемые к основному блоку по каналу CobraNet.
Версии EXPI-D и EXPO-D предназначены для работы с цифровыми входными и выходными линиями AES3, SPDIF, Toslink [7].

Платформа Audia может управляться с помощью ПК или/и восьмиканальных панелей управления, врезаемых в стену или мебель (Volume 8, Select 8, Volume/Select 8).

Кроме того, блок 20 логических входов/выходов Logic box обеспечивает пользовательский интерфейс управления между платформой Audia и внешними устройствами (пользовательскими панелями управления, индикаторами состояния, реле и т.п.).

Системы Audia могут быть использованы для создания системы многопрограммной трансляции музыкально-речевых программ в независимые помещения т.к. управление выбором канала трансляции и уровнем громкости может осуществляться не только с помощью ПК, но и с панелей управления.


1.5 Обзор коммутационного оборудования


1.5.1 Телекоммуникационный шкаф

Телекоммуникационные шкафы в общем случае рассматриваются как устройства, предназначенные для обслуживания горизонтальной распределительной системы. Кроме этой основной функции, они могут выполнять и дополнительные - в них допускается размещение промежуточных и главных кроссов. Ниже перечислены некоторые спецификации, относящиеся к каблированию телекоммуникационных шкафов.

Не разрешается использовать перетерминирование горизонтальных кабелей для внесения штатных изменений в кабельную систему. Для этих целей следует использовать кроссировочные перемычки и пэтч-корды.

Устройства, предназначенные для поддержки специфических приложений (например, разного рода адаптеры), не могут быть частью горизонтальной кабельной системы и должны устанавливаться вне по отношению к горизонтальному кроссу.

Для избежания деформирования кабелей вследствие тугого скручивания в пучки, слишком крутых изгибов и растягивающих усилий, следует использовать оборудование, специально предназначенное для укладки и маршрутизации кабельных потоков.

Кабели и шнуры, используемые для подключения активного оборудования, не рассматриваются стандартом в качестве элементов кабельной системы. Максимально допустимая суммарная длина всех пэтч-кордов и аппаратных шнуров на обоих концах линии - 10м. Внешний и внутренний вид шкафов показан на рис. 1.8

Разрешается использовать только оборудование, соответствующее требованиям стандартов. Телекоммуникационные шкафы должны быть спроектированы и оборудованы в соответствии с требованиями стандарта ANSI/EIA/TIA-569.

Подключение активного оборудования в телекоммуникационном шкафу разрешается осуществлять с помощью двух типов соединений - "межсоединения" и "кросс-соединения".

Кросс-соединение - применяется для коммутации кабельных подсистем между собой и для подключения активного оборудования с многопортовыми коннекторами. Многопортовыми коннекторами называются конструкции, узлы, с помощью которых реализуется одновременное подключение более одного (нескольких) адресного телекоммуникационного порта. Типичным образцом многопортового коннектора является так называемый Telco-коннектор (коннектор "телефонной компании", Telephone Company connector) - 25-парный коннектор, нашедший массовое применение в телефонии для подключения офисных АТС или РВХ, а также иногда используемый для подключения активного сетевого оборудования. Метод кросс-соединения в отличие от описанного ниже метода межсоединения позволяет гибко переконфигурировать кабельную систему во всех случаях, но в то же время и требует наличия в кроссе, как минимум, двух единиц коммутационного оборудования, что повышает стоимость системы. Если понятие "кросс" (cross-connect) используется для определения средства, позволяющего осуществлять терминирование кабелей и их межсоединение или кросс-соединение (или оба) с помощью пэтч-кордов, кроссиро-вочных перемычек или кабелей активного оборудования, то понятие "кросс-соединение" (cross-connection) относится к конкретной конфигурации, в которой кабели и пэтч-корды или перемычки используются для коммутации отдельных распределительных полей, обслуживающих горизонтальную и магистральную кабельные системы и оборудование телекоммуникационных помещений.

Межсоединение - разрешается использовать только для подключения активного оборудования с однопортовыми коннекторами. В противоположность многопортовым коннекторам однопортовые позволяют осуществлять коммутацию между собой только двух адресных портов. Метод межсоединения полезен в тех случаях, когда производиться подключение к кабельной системе активного оборудования с однопортовыми (модульными) коннекторами, которое само по себе как бы является единицей коммутационного кроссового оборудования, такого, например, как пэтч-панель. В этом случае появляется возможность неограниченного переключения адресных портов и, за счет исключения второй единицы коммутационного оборудования из конфигурации кросса, снижение затрат на подключение.


1.5.2 Пэтч-корды

Пэтч-корд представляет собой короткий отрезок гибкого кабеля, терминированный с обоих концов 8-позиционными модульными вилками. Пэтч-корд аналогичен пользовательским шнурам на рабочем месте и в телекоммуникационном шкафу. В общем, все эти кабельные шнуры упоминаются под разными названиями, отражающими в большей степени их назначение, а не конструкцию.

Например, шнур, коммутирующий две точки подключения (patch) называется пэтч-кордом или шнуром переключения, а идентичный ему шнур, коммутирующий точку подключения и хаб носит название аппаратный шнур или шнур активного оборудования. Шнур, соединяющий рабочую станцию с коннектором телекоммуникационной розетки также называется аппаратным шнуром. Аппаратные шнуры иногда носят название пользовательских шнуров, поскольку они в основном подключаются конечным пользователем, а не монтажником. И, наконец, все эти шнуры иногда называют кабелями. Единственной условной чертой, отличающей пэтч-корд от пользовательского шнура, является его меньшая длина.

Основной характеристикой пэтч-корда является его гибкость. Это означает, что он должен быть изготовлен из многожильных проводников и иметь гибкую пластиковую внешнюю оболочку. Как правило, пэтч-корды состоят из четырех медных многожильных пар 100 0м с размером проводника 24 AWG в пластиковой изоляции и в общей пластиковой оболочке. Разрешается использовать проводники размером 22 AWG, но применяются они редко. Пластиковая изоляция - это обычно PVC (ПВХ) или компаунд со сходными характеристиками. Поскольку пэтч-корды используются на рабочих местах и в телекоммуникационных шкафах, не являющихся пространствами категории plenum, они не требуют применения специальных материалов оболочки.

Цветовая кодировка проводников пэтч-кордов может быть самой разнообразной, но, в основном, применяется стандартный 4-парный код. Стандарт TIA 568-А, кроме основного, предлагает альтернативный цветовой код, в который входят восемь уникальных сплошных цветов.

Для пэтч-кордов существует отдельная система требований к рабочим характеристикам, которые несколько отличаются от характеристик горизонтального кабеля. Большинство требований к передающим свойствам такие же, за исключением допущения увеличения затухания на 20% (TIA 568-А) по сравнению с одножильными проводниками и некоторых требований к конструкции. Это требование более жесткое по сравнению с требованием ISO 11801, в котором допустимое отклонение значений затухания определено в 50%. Пределы затухания различны для трех категорий рабочих характеристик и определены для длины 100 м. При приобретении готовых пэтч-кордов необходимо удостовериться, что они сертифицированы производителем на соответствие требованиям стандарта TIA 568-А к определенной категории рабочих характеристик. Сертификационное тестирование независимой организацией, такой как, например, UL, является показателем качества и гарантий. Тестирование пэтч-кордов представляет собой довольно сложную задачу для конечного пользователя и для производителя. Стандарты содержат детальные спецификации требований к рабочим характеристикам кабельных компонентов и коммутационного оборудования, но на настоящий момент не существует спецификаций для пэтч-кордов в сборе. Кроме этого, некоторые тесты, такие как тест NEXT, дают не достоверные результаты для линий короче 15 м вследствие явления, называемого резонансом. Многие тестеры не способны измерять характеристики кабеля короче 6 м. Производители телекоммуникационных компонентов для тестирования пэтч-кордов используют сетевые анализаторы - лабораторные анализаторы частотных характеристик с высокими уровнями точности измерений. Вследствие этого, при изготовлении пэтч-кордов в непроизводственных условиях единственной гарантией качества рабочих характеристик пэтч-корда является использование высококачественных компонентов, и тщательное соблюдение технологических правил. Качество работы имеет первостепенное значение, поскольку необходимо произвести развитие пары перед присоединением модульной вилки. Если развитие пары не удалось минимизировать, вилка терминированная подобным образом, внесет свой вклад в деградацию рабочих характеристик линии в гораздо большей степени, чем недостатки ее конструкции. Именно по этой причине, вследствие неотвратимого развития пар при терминировании, конструкция модульной вилки до сих пор не имеет спецификаций высокочастотных рабочих характеристик. В Приложении B к стандарту TIA 568-А показаны и описаны детальные процедуры сборки и терминирования пэтч-кордов.


1.5.3 Коннекторы

Кабельные коннекторы.

В данном разделе рассмотрены три основных типа "медных" кабельных коннекторов - модульные коннекторы, коаксиальные коннекторы и коннекторы IBM Data, - и волоконно-оптические коннекторы. Модульный коннектор является наиболее распространенным в современных телекоммуникационных системах вследствие растущего использования кабелей витая пара. Коаксиал в течение продолжительного времени использовался в традиционных системах Ethernet и Arcnet, но постепенно он исключается из большинства инсталляций. Коннектор IBM Data Connector является одним из основных компонентов в системах на основе ЭВП и специфицирован для применения стандартом TIA 568-А.

Модульные коннекторы.

Основой информационной розетки является модульный разъем. Проводники, покрытые пленкой золота, обеспечивают стабильный, надежный электрический контакт с ламелями модульной вилки. Качество контакта также улучшается за счет механизма притирки проводников разъема и ламелей вилки во время ее вставления в разъем. Корпус розетки снабжен интегрированным замком, который после вставления вилки позволяет выдерживать значительные усилия растяжения на стыке розетка-вилка.

Модульный разъем в информационной розетке может быть двух видов - 6- или. 8-позиционным. Контакты во всех разъемах нумеруются слева направо по отношению к передней стороне разъема при ориентированном вниз ключе замка.

Модульные коннекторы, используемые в телекоммуникационных системах, аналогичны коннекторам, применяемым в кабельных системах телефонии. Коннектор существует в нескольких вариантах размеров и конфигураций контактов, начиная с четырех и заканчивая восемью позициями и от двух до восьми контактов. Самым популярным типом разъема является так называемый USOC (Universal Service Order Code), имеющий номенклатурные префиксы "RJ", за которыми следует номер серии. Часто этими названиями пользуются для обозначения приложений, не имеющих к коду никакого отношения. Так, например, обычную 6-контактную телефонную вилку часто называют RJ-11, а 8-контактную модульную вилку - RJ-45. 8-контактная модульная вилка используется в соответствии с TIA 568-А как для телефонии, так и для приложений передачи данных, 8-контактный модульный разъем также служит интерфейсом для таких приложений как 10BaseT, 100BaseT, 100VG-AnyLAN, Token-Ring/UTP.

8-позиционный модульный разъем очень часто неверно называют именем специализированного коннектора RJ-45. Кабельные коннекторы RJ-45 показаны на рис. 1.9

Схема разводки интерфейса RJ-45 (включающая в себя интерфейсный программный резистор) настолько радикально отличается от схем Т568А и Т568В, что нет абсолютно никаких оснований для смешивания этих двух названий. Правильное название для разъема - "8-позиционный модульный". В действительности все модульные коннекторы с одинаковым количеством позиций конструкционно одинаковы до момента терминирования. После терминирования возможно называть их по имени схемы разводки. Например, при реализации интерфейса и схемы разводки 10BaseT можно подключить только четыре пары 8-позиционного модульного разъема. В этом случае, он не может называться ни Т568А, ни В, так как обе эти схемы требуют подключения всех восьми контактов. Также он не будет соответствовать схеме RJ-45, так как схема разводки будет неверной, а программный резистор отсутствовать.

8-позиционный модульный разъем, используемый в стандартных кабельных и стемах, описан в стандарте IEC 603-7. Этот же разъем определен в стандарте TIA 568-А и сопутствующих документах, а также в ISO/IEC IS-11801.

Модульные коннекторы, в основном, предназначены для терминирования кабелей с многожильными проводниками. Первоначально коннектор был создан для терминирования плоского кабеля, состоящего из 2-8 многожильных проводников. Его назначение было ограничено аудиочастотами телефонных линий, хотя официально его рабочие частотные характеристики определены до 3 МГц. К сожалению, промышленность не только вынуждена использовать эти коннекторы на частотах намного превышающие специфицированные стандартом, но и использовать их для терминирования витых пар круглых кабелей. Для того, чтобы разрешить использование модульных коннекторов на рабочих частотах кабельных систем от 10 до 100 МГц, TIA просто определяет критерии рабочих характеристик (в основном, затухание и NEXT), которым должен соответствовать коннектор. При условии соответствия конкретного коннектора этим спецификациям, он может быть использован для работы с приложениями до категории 5.

Существуют модульные коннекторы, предназначенные для терминирования одножильных проводников, несмотря на то, что терминирование одножильных проводников даже с помощью специальных коннекторов настоятельно не рекомендуется. Модульный контакт представляет собой плоский контакт с заостренным концом, который при терминировании прорезает изоляцию проводника и создает электрический контакт с медным многожильным проводником. Контакт может создаваться в одной или нескольких точках [9].

Если применять эту технологию к одножильному проводнику, при терминировании он может сдвинуться в сторону от концов контакта и может образоваться неполноценный контакт или вообще отсутствие контакта. По этой причине контакты для терминирования одножильных проводников имеют три заостренных выступа на нижней стороне. При терминировании проводник центрируется между тремя выступами и удерживается ими с созданием надежного контакта.

Экранированные модульные вилки были разработаны для терминирования экранированных кабелей различных типов. Как правило, вилка состоит из стандартного модульного коннектора с металлическим рукавом, проходящим по внешней поверхности коннектора и повторяющего его форму. При использовании таких вилок необходимо применять розетки, совместимые с этими вилками для обеспечения правильного функционирования экрана. Иногда заземляющий проводник экрана кабеля может терминироваться на одном из контактов вилки 8-позиционного модульного разъема, но при этом утрачивается возможность стандартного соединения четырех сбалансированных пар. Единственным экранированным коннектором, рекомендованным стандартом TIA, является так называемый IBM Data Connector (STP-A, 2 пары, 150 0м).


1.5.4 Терминирование модульных коннекторов.

Процедура терминирования кабеля модульной вилкой заключается в следующем. Оболочка кабеля удаляется на расстояние как минимум 20 мм от конца проводников. Пары раскладываются в том порядке цветов, который соответствует выбранной схеме разводки (например, 1-2, 3-6, 4-5 и 7-8).

Цвет первых двух пар зависит от выбранной схемы - Т568А или Т568В. Концу оболочки кабеля придается плоская форма для обеспечения возможности расположения пар в один ряд. Пары развиваются вплоть до края оболочки кабеля. Проводники раскладываются таким образом, чтобы формировался плоский слой из параллельно расположенных проводников. Проводник 6 должен пересекать проводники 4 и 5 так, чтобы кроссовер находился на расстоянии не более 4 мм от края оболочки кабеля.

Проводники подрезаются на расстояние около 14 мм от края оболочки кабеля. Вилка помещается на проводники так, что они проходят до терминационных каналов в вилке, а оболочка кабеля заходит в вилку, по крайней мере, на расстояние 6 мм. Вилка обжимается с помощью специального обжимного инструмента. После терминирования обоих концов кабеля, он проверяется на непрерывность и схему разводки.


1.6. Обзор активного оборудования


Трансивер (Transiever) – это двухпортовое устройство, имеющее с одной стороны, MII интерфейс, с другой – один из средозависимых физических интерфейсов (100Base-FX, 100Base-TX или 100Base-T4). Трансиверы используются сравнительно редко, как и редко используются сетевые карты, повторители и коммутаторы с интерфейсом MII.

Сетевая карта (Netcard). Наиболее широкое распространение получили сетевые карты с интерфейсом 100Base-TX на шину PCI. Необязательными, но крайне желательными, функциями порта RJ-45 являются автоконфигурирование 100/10 Мбит/с и поддержка дуплексного режима. Большинство современных выпускаемых карт поддерживают эти функции. В настоящее время набирает обороты выпуск сетевых карт с поддержкой 1000 Мбит/сек. Выпускаются также сетевые карты с оптическим интерфейсом 100Base-FX – с основным оптическим разъемом SC на многомодовое волокно.

Конвертер (Convertor) – это двухпортовое устройство, оба порта которого представляют средозависимые интерфейсы. Конвертеры, в отличие от повторителей, могут работать в дуплексном режиме. Распространены конвертеры 100Base-TX/100Base-FX.

Повторитель (Repeater) – многопортовое устройство, которое позволяет объединить несколько сегментов. Принимая кадр или сигнал коллизии по одному из своих портов, повторитель перенаправляет его во все остальные порты. Распространены устройства с несколькими портами на витую пару (12, 16 или 24 порта RJ-45), одним портом BNC и одним портом AUI. Повторители работают на физическом уровне модели OSI. По параметру максимальных временных задержек при ретрансляции кадров, повторители Fast Ethernet подразделяются на два класса:

Класс I. Задержка на двойном пробеге RTD не должна превышать 130 BT. В силу менее жестких требований, повторители этого класса могут иметь порты T4 и TX/FX, а также объединяться в стек.

Класс II. К повторителям этого класса предъявляются более жесткие требования по задержке на двойном пробеге: RTD < 92 BT, если порты типа TX/FX, и RTD < 67 BT, если все порты типа Т4. (В силу значительных отличий в организации физических уровней возникает большая задержка кадра при ретрансляции между портами интерфейсов Т4 и TX/FX. Поэтому повторители, совмещающие в пределах одного устройства порты Т4 с TX/FX отнесены к классу I.).

Коммутатор (Switch) – одно из наиболее важных устройств при построении корпоративных сетей. Коммутатор работает на втором канальном уровне модели OSI. Главное назначение коммутатора – разгрузка сети посредством локализации трафика в пределах отдельных сегментов.

Ключевым звеном коммутатора является архитектура без блокирования (non-blocking), которая позволяет установить множественные связи Ethernet между разными парами портов одновременно, причем кадры не теряются в процессе коммутации. Сам трафик между взаимодействующими сетевыми устройствами остается локализованными. Локализация осуществляется с помощью адресных таблиц, устанавливающих связь каждого порта с адресами сетевых устройств, относящихся к сегменту этого порта. Таблица заполняется в процессе анализа коммутатором адресов станций отправителей в передаваемых ими кадрах. Кадр передается через коммутатор локально в соответствующий порт только тогда, когда адрес станции назначения, указанный в поле кадра, уже содержится в адресной таблице этого порта. В случае отсутствия в таблице адреса станции назначения, кадр рассылается во все остальные сегменты. Если коммутатор обнаруживает, что MAC-адрес станции назначения приходящего кадра находится в таблице MAC-адресов, приписанной за портом, то этот кадр сбрасывается – его непосредственно получит станция назначения, находящаяся в данном сегменте. И, наконец, если приходящий кадр является широковещательным (broadcast), т.е. если все биты поля MAC-адреса получателя в кадре задаются равными 1, то такой кадр будет размножен коммутатором (подобно концентратору), т.е. направляются во все остальные порты.

Концентратор (Hub) - это многопортовый повторитель сети с автосегментацией. Все порты концентратора равноправны. Получив сигнал от одной из подключенных к нему станций, концентратор транслирует его на все свои активные порты. При этом, если на каком-либо из портов обнаружена неисправность, то этот порт автоматически отключается (сегментируется), а после ее устранения снова делается активным. Автосегментация необходима для повышения надежности сети. Обработка коллизий и текущий контроль состояния каналов связи обычно осуществляется самим концентратором. Концентраторы можно использовать как автономные устройства или соединять друг с другом, увеличивая тем самым размер сети и создавая более сложные топологии.

Маршрутизатор (Router) - Основной функцией маршрутизаторов является обеспечение соединений (маршрутов передачи данных) между узлами различных сетей, которые могут быть разделены значительным географическим расстоянием и несколькими промежуточными сетями. Маршрутизатор создает канал передачи данных, находя подходящий маршрут и инициируя первоначальное соединения по этому маршруту.
На практике маршрутизация реализуется аппаратно-программным обеспечением, работающим на сетевом уровне эталонной модели OSI. Аппаратные средства маршрутизации могут быть как внутренними, так и внешними. Внутренние маршрутизаторы представляют собой специальные платы, устанавливаемые в разъем расширенного компьютера и питающиеся от общего блока питания. Внешние маршрутизаторы – это отдельные устройства со своим собственным блоком питания.
Задача маршрутизатора состоит в поиске маршрута для передачи пакетов данных от узлов одной сети к другой и в пересылке пакетов по этому маршруту. Маршрутизаторы работают на сетевом уровне и поэтому являются протоколо-независимыми. Это связано с тем, что в пакетах различных протоколов используются разные форматы адресных полей. Например, маршрутизатор, предназначенный для использования с протоколом IP (Internet Protocol), не сможет корректно обрабатывать пакеты с адресами в формате ISO и наоборот. Большинство маршрутизаторов поддерживают несколько протоколов канального уровня. Ранние модели маршрутизаторов работали лишь с одним сетевым протоколом, а современные поддерживают одновременно несколько протоколов.
Особенности работы маршрутизатора позволяют использовать его в качестве пакетного фильтра. Независимость от протоколов канального уровня позволяет использовать маршрутизаторы для объединения сетей с различными архитектурами — например, соединения сетей Ethernet и Token Ring или Ethernet и FDDI.

Мост (bridge) - устройство, предназначенное для передачи пакетов данных из одной сети в другую. С функциональной течки зрения, мосты относятся к канальному уровню эталонной модели OSI. Мосты позволяют программам и протоколам, работающим на более высоких уровнях, рассматривать объединение нескольких сетей, как одно целое.
Наряду с передачей данных, мосты могут, также, выполнять их фильтрацию. Это означает, что в сеть N2 будут попадать только те пакеты, которые предназначены для узлов этой сети. А пакеты, предназначенные для узлов сети N1, из которой они поступают, будут возвращаться обратно.
Значения терминов «мост» и «маршрутизатор» во многом сходно. Основное отличие от мостов состоит в том, что маршрутизаторы работают на сетевом уровне эталонной модели OSI.

Канал (Channel) - Каналом называется физический или логический путь для передачи сигналов. В контексте компьютерных сетей чаще всего встречаются упоминания каналов двух типов: коммуникационных и дисковых. Коммуникационным каналом называется маршрут, по которому происходит передача данных, речи или видеоизображения. Современные технологии передачи данных позволяют организовывать несколько коммуникационных каналов внутри одного физического кабеля.
Дисковым каналом, в конфигурации с жестким диском, называются компоненты, посредством которых осуществляется взаимодействие операционной системы с накопителем на жестком диске.


1.7 Обзор физической среды передачи


1.7.1 Витая пара

Витая пара (twisted pair) - это кабель на медной основе, объединяющий в оболочке одну или более пар проводников. Каждая пара представляет собой два перевитых вокруг друг друга изолированных медных провода. Кабели данного типа зачастую сильно отличаются по качеству и возможностям передачи информации. Соответствия характеристик кабелей определенному классу или категории определяют общепризнанные стандарты (ISO 11801 и TIA-568). Сами характеристики напрямую зависят от структуры кабеля и применяемых в нем материалов, которые и определяют физические процессы, проходящие в кабеле при

передачи сигнала.

Кабель типа "витая пара" (TP, Twisted Pair) бывает двух видов: экранированная витая пара (STP, Shielded Twisted Pair) и неэкранированная витая пара (UTP, Unshielded Twisted Pair). Также подразделяется на одножильную и многожильную витую пару, а также витую пару для внешней прокладки. Кабели UTP и STP показаны на рис. 1.10


Рисунок 1.10 - Кабель витая пара


Неэкранированная витая пара (Unshielded Twisted Pair): разделяется на категории 1,2,3,4,5,5e,6;7. Самые распространённые в настоящее время категории - 5 и 5е, со скоростью передачи данных 10,100 и 1000 Мб/с. Кабели выпускаются в 4-парном исполнении. Все пары имеют определённый цвет и шаг скрутки. Обычно две пары предназначены для передачи данных, а две – для передачи голоса. Для соединения кабеля с оборудованием используются вилки и розетки RJ-45. Диаметр кабеля: 22 AWG, 24 AWG, 26 AWG. Чем больше номер, тем меньше его диаметр.

Экранированная витая пара (Shielded Twisted Pair): разделяется на категории 5,5e,6,7. Основное назначение этих кабелей – поддержка высокоскоростных протоколов. Экранированная витая пара хорошо защищает передаваемые сигналы от внешних помех и используется только для передачи данных [10].

Преимущества и недостатки витой пары:

  • плюсы: Простота установки, отказоустойчивость, высокая производительность.

  • минусы: Ограниченная длина, слабая помехоустойчивость от наводок (силовые трансформаторы, передающие устройства, лампы дневного света).

Характеристический импеданс соответствует входному импедансу однородной линии передачи бесконечной длины то есть линии передачи предельной длины, терминированной нагрузкой со значением ее собственного характеристического импеданса. В общем случае, характеристический импеданс - это комплексное число с резистивной и реактивной компонентами. Он является функцией частоты передаваемого сигнала и не зависит от длины линии. При очень высоких частотах характеристический импеданс асимптотически стремится к фиксированному резистивному сопротивлению. Например, коаксиальные кабели обладают импедансом 50 или 75 0м на высоких частотах. Типичное значение импеданса для кабелей "витая пара" - 100 0м при частотах свыше 1 МГц.

Затухание сигнала - это отношение в децибелах (дБ) мощности входного сигнала к мощности сигнала на выходе при соответствии импедансов источника и нагрузки характеристическому импедансу кабеля. Значение входной мощности может быть получено путем измерения мощности при непосредственном подключении нагрузки к источнику без прохождения сигнала по кабелю. В случаях, когда в местах терминирования импедансы не идеально соответствуют друг другу, отношение входной мощности к выходной носит название вносимых потерь или вносимого затухания.

Переходное затухание на ближнем конце (Near End Crosstalk, NEXT) - параметр, характеризующий затухание сигнала помехи, наведенного сигналом, проходящим по одной паре проводников, на другую, расположенную поблизости. Измеряется в дБ. Чем выше значение NEXT, тем лучше изоляция помехам между двумя парами проводников.

Обратные потери (потери при отражении). Когда импеданс кабеля и нагрузки не совпадает, сигнал, распространяющийся по кабелю, частично будет отражаться в точке интерфейса кабель-нагрузка.

Мощность отраженного сигнала носит название потерь при отражении или обратных потерь. Чем лучше совместимость импедансов, тем меньше отражаемая мощность и тем ниже обратные потери.

Временная задержка распространения сигнала. Сигнал, распространяющийся от входной точки к выходной, приходит с временной задержкой, величина которой является отношением длины кабеля к скорости распространения сигнала V в передающей среде. В случае идеальной линии передачи, состоящей из двух проводников в вакууме, скорость распространения сигнала равна скорости распространения света в вакууме с. На практике скорость распространения сигнала в кабеле зависит от свойств диэлектрических материалов, окружающих проводники.

Отношение сигнал-шум (SNR) - это соотношение между уровнем принимаемого сигнала и уровнем принимаемого шума, причем уровень сигнала должен значительно превосходить уровень шума для обеспечения приемлемых условий передачи.

Отношение затухания к переходному затуханию (ACR). Соотношение между сигналом и шумом может быть выражено в форме отношения затухания к переходному затуханию (ACR). ACR - это разница между ослабленным сигналом на выходе и вредным наведенным сигналом ("шумом") NEXT.


1.7.2 Силовой электрический кабель

Передача аудиосигнала с высоким качеством во многом повторяет проблемы, возникающие при трансляции видеосигнала, но поскольку звуковой диапазон имеет более низкие частоты, электрические характеристики кабеля сказываются иначе. При передаче звукового сигнала индуктивность и емкость оказывают меньшее влияние на затухание и влияют больше на тембровую окраску звука. Основные задачи при производстве аудиокабеля - это обеспечение низких значений активного сопротивления. Для минимизации этого параметра проводники кабеля приходится изготавливать из высокопроводящей меди. Высокая проводимость обеспечивается высокой чистотой используемой меди: от 99,95% до 99,99% -это бескислородная медь, обозначаемая на кабеле и в спецификациях как OFC (oxigen-free copper -прим.ред.).

Рассмотрим особенности выбора и применения аудиокабеля в профессиональных системах звукоусиления.

Акустические кабели предназначены для передачи сигналов от усилителей к динамикам акустических систем. Работа акустического кабеля характеризуется возможностью передачи больших значений тока от усилителя мощности к акустической системе. В отличие от инструментальных и микрофонных кабелей, значения токов сигнала в которых измеряется в миллиамперах, в акустических кабелях сила тока может достигать нескольких ампер. Так, в случае работы 100-ваттного усилителя на 8-омную акустическую систему сила тока может достигать 3,5А. Для сравнения, при подаче линейного уровня сигнала на 600-омный вход ток составит 2 мА.

Поэтому большое значение диаметра проводников - главное отличие акустического кабеля.

Выбор усилителей мощности определяется количеством, типом и мощностью громкоговорителей в зоне оповещения, а также протяженностью коммутационных линий до акустических системам. В системах оповещения применяются два типа выходных линий:

  • Распределенные линии с уровнем сигнала 70/100 В.

  • Низкоомные линии с импедансом нагрузки 4-16 Ом.

Распределенные линии целесообразно применять в тех случаях, когда необходимое количество громкоговорителей велико, а электрическая мощность мала, и также, если длина кабеля от усилителя до громкоговорителя превышает 100 м.

В системах звукоусиления, использующих 100-вольтные линии трансляции, применяются акустические кабели меньшего сечения, так как величина тока сигнала мала. В то же время диапазон передаваемых частот в таких системах существенно меньше, поэтому в таких системах с успехом может использоваться специализированный кабель ПРППМ (2x0,5...2x1,5 мм) или электрические ПВС или ШВВП 2x0,75 и выше. Акустический кабель в силу своей высокой стоимости является не всегда выгодным решением в качестве сильноточных звуковых линий. В этой области звукоусиления использование электрического кабеля в большинстве случаев является более выгодным в экономическом плане.

Конструктивно силовой электрический кабель – это два проводника (обычно медных) определенного сечения в оболочке. Проводники используются многожильные, из бескислородной меди, причем, чем тоньше медные жилки проводника и чем их больше, тем это лучше для передачи высоких частот.

По взаимному расположению проводников кабели можно разделить на:

  • параллельные, с параллельным расположением проводников;

  • витые с повышенной помехозащищенностью, что актуально при большой протяженности кабеля;

  • коаксиальные, имеющие еще большую, чем у витых, степень защиты от помех.

Параллельные кабели - наиболее часто используемый класс электрических кабелей в системах звукоусиления. Витой кабель рекомендуется к прокладке длинных трасс, где есть опасность наводок от кабелей питания, например для подключения потолочных акустических систем. Коаксиальные кабели имеют повышенную помехозащищенность и могут быть рекомендованы для прокладки рядом с кабелями питания. Коаксиальные кабели имеют меньший диаметр, что также экономит место в закладных.

Для коммутации сильноточных звуковых линий (выходных линий усилителей мощности) необходимо использовать кабели с медными жилами большого сечения (низковольтные линии). Сечение жил кабеля выбирается из расчета, что потери мощности в линии не должны превышать 10%. Кабели должны иметь прочную, стойкую к внешним воздействиям изоляцию. Для большинства случаев рекомендуется применять кабель с сечением жил не менее 2,5 мм2.


1.8 Системы интегрированного управления (СИУ)


Современный конференц-зал, театр, спортивная арена, центр управления, транспортный узел или просто дом - вот далеко не полный перечень излюбленных мест совместного обитания человека и сложных электронных систем. В целом человек и техника научились понимать друг друга посредством пультов, кнопок, ручек, индикаторов и других органов управления. Но и здесь быстро образовались белые пятна.

  1. Количество и сложность отдельных технологических систем постоянно растет. Соответственно растет и количество органов управления этими системами.

  2. Почти всегда для человека использование одной из систем жизнеобеспечения сразу же влечет за собой использование и других.

Поэтому появился отдельный вид оборудования - системы интегрированного управления. В чем их достоинство:

  • Управление любыми системами и оборудованием, используя единый интуитивный интерфейс управления.

  • Возможность объединять управление разными системами, отдавая последовательность команд нажатием одной кнопки.

  • Системы интегрированного управления предназначены для неквалифицированных пользователей.

  • Надежность всех систем возрастает до максимума, поскольку конечный пользователь прикасается только к органам управления, а не к оборудованию, за которым ухаживает система управления.

  • Это настоящие системы дистанционного управления, поскольку для них не существует ограничений ни в дальности связи, ни в количестве управляемых устройств.

  • Естественно, что пульты управления интегрированных систем выгодно отличаются от предлагаемых производителями.

Большинство современных профессиональных и бытовых устройств имеет возможность внешнего управления. Причем сам протокол управления или физическая среда обмена данными может быть самой разнообразной:

  • RS-232/422/485

  • TCP/IP, Ethernet

  • IR/Serial (передача данных с помощью проводных или ИК-пультов дистанционного управления)

  • DMX

  • MIDI

  • SMPTE

  • TTL (управление напряжением)

  • Relay (управление с помощью замыкания/размыкания определенных контактов или групп контактов) и т.д.

При необходимости дистанционного управления устройствами, конечный пользователь обычно оказывается обладателем нескольких отдельных пультов. Каждый из них имеет ограниченный радиус действия, индивидуальный алгоритм управления и, в большинстве случаев, не русифицирован. Система интегрированного управления позволяет объединить все необходимые управляющие функции любых устройств в одном интерактивном пульте, имеющем русифицированный пользовательский интерфейс. Например, в современном конференц-зале система интегрированного управления может управлять следующими функциями и устройствами:

  • Система звукового обеспечения (устройства записи и воспроизведения фонограмм, устройства электронной маршрутизации и коммутации, устройства звуковых эффектов и звуковой обработки, усилители мощности и т. д.);

  • Система визуального обеспечения (видеокамеры, мониторы, проекционные экраны, видео проекторы, видеоимиджеры и прочее);

  • Система освещения;

  • Система вентиляции и кондиционирования;

  • Система синхронного перевода речи;

  • Система голосования и регламентации времени выступлений;

  • Система голосовой и видео связи с удаленными объектами;

  • Система теле- и радиовещания;

  • Система доступа в локальные и глобальные информационные сети (Интернет).

Система интегрированного управления имеет модульное построение и обычно состоит из четырех подсистем: панели и пульты управления, центральные контроллеры, контроллеры шины управления и устройства интерфейса с объектами управления. Также как отдельную компоненту во всей системе необходимо выделить специализированное программное обеспечение.

Любая система состоит, по крайней мере, из одного центрального контроллера. Контроллеры соединяют панели с объектами управления. Действуя как нервный центр, центральный контроллер выполняет основные три задачи - управление, подача команд и коммуникация. При использовании нескольких центральных контроллеров система строится иерархически. В этом случае среди центральных контроллеров - серверов выделяется мастер-контроллер.

Способы управления:

  • Промышленность предлагает несколько способов управления интегрированной системой:

  • Сенсорные интерактивные панели управления

  • Кнопочные пульты дистанционного управления

  • Голосовые системы управления

  • Компьютерные системы.

Также существует возможность удаленного управления и мониторинга системы через телефонные, глобальные и локальные вычислительные сети с обеспечением безопасности и конфиденциальности.

Панели управления на основе сенсорных жидкокристаллических экранов, представлены широким спектром моделей, давая возможность выбрать необходимый тип управления. Среди них настольные, настенные, встраиваемые в 19" консоли, проводные и беспроводные, цветные и черно-белые, с поддержкой видеосигнала и компьютерной графики. Панели воплощают в себе полнофункциональный центр управления в масштабе либо одного объекта управления, например, конференц-зала, либо всего комплекса помещений, например, театра. На рис. 1.11 показаны различные устройства СИУ.

Такие пульты не имеют интерактивного сенсорного экрана. Для обеспечения обратной связи в них используются светодиодные индикаторы и строчные ЖКИ дисплеи. Большой выбор вариантов исполнения (от простейших, на четыре функции до универсальных, программируемых) и диапазона частот обмена данными (инфракрасный и радиосигнал), пульты дистанционного управления обеспечивают возможность управления вне зависимости от места положения внутри объекта. Их количество, местоположение и функциональное назначение может свободно изменяться.

Использование компьютеров совместно со специализированным программным обеспечением расширяет набор компонентов управления системой. Вычислительная система становится полным эквивалентом панели управления с возможностью удаленного доступа, управления и мониторинга интегрированной системы через частные и общего пользования локальные и глобальные сети и сеть Интернет, организации видеоконференц-связи с обеспечением высокого уровня безопасности, доступа и конфиденциальности. Любой персональный компьютер может, при необходимости, стать полноценным центром управления системой звукового обеспечения, а также любой другой технологической системой объекта.


1.9. Выводы


Таким образом, подводя итоги, можно утверждать, что за счет использования аппаратно-программного комплекса управления звуком и современных технологий связи общее количество 4-х стационарных и 7-ми мобильных систем возможно сократить до 1 с небольшим дополнением специального оборудования (например, микшерный пульт в аппаратной актового зала). Все функции как собственно оповещения, так и других видов звукообеспечения реализованы в полной мере, при поддержании достаточно высоких электроакустических параметров для каждой из зон (за счет применения более качественного оконечного оборудования и широких возможностей по обработке звуковых сигналов). При этом повышение удельной стоимости единицы оборудования компенсируется его значительным общим сокращением, уменьшением объемов монтажных работ, коммутационных трасс и помещений для аппаратуры, а также снижением численности обслуживающего персонала.


2 ПРОЕКТИРОВАНИЕ СЕТИ ЗВУКОВОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ


При проектировании любой ЛС существуют типовые этапы выполнения сетевых проектов:

  • Анализ (формирование) требований;

  • Выбор оборудования;

  • Построение технической модели;


2.1 Анализ технических условий и требований, предъявляемых к объекту проектирования


2.1 1 Требования к интеграции СЗО с различными инженерными системами здания

Система Звукового Обеспечения является интегральной системой, обеспечивающей комплекс инженерно-технических мероприятий по звуковому обеспечению находящихся на объекте людей, в зависимости от функционального назначения объекта. Во многих случаях система звукового обеспечения СЗО должна функционировать совместно с различными системами коммуникаций здания. Система должна являться органичной частью общей структуры коммуникаций в здании. Отсюда исходит требование необходимости интегрирования с другими инженерными и коммуникационными системами объекта такими как:

  • компьютерные сети;

  • пожарно-охранная безопасность;

  • технологическое телевидение;

  • телефонные сети;

  • системы интегрированного управления;

  • системы наблюдения и спецконтроль;

  • инженерные системы светового обеспечения и т.д.


2.1.2 Требования к системе управления СЗО

Все управление системой звукообеспечения в "интеллектуальном здании" будет осуществляться через аппаратно-программный комплекс MediaMatrix. В операционной среде MediaMatrix будут формироваться все звукоусилительные тракты, определяться приоритетность источников звуковой информации и т.д. В тех приложениях, где необходимы функции централизованного управления и коммутации, отдельные пользователи должны быть сконфигурированы дистанционно по сети при помощи центральной станции. Система должна иметь гибкий интерфейс управления, в том числе компьютерный. Должны применяться системы интегрированного управления СИУ.


2.1.3 Требования к специфическим задачам СЗО

Т. к. СЗО обеспечивает комплекс инженерно-технических мероприятий по звуковому обеспечению находящихся на объекте людей, в зависимости от функционального назначения объекта, то система должна выполнять целый ряд специфических функций. В данном проекте такой специфической функцией является задача экстренного оповещения.


2.1.4 Требования к структурному построению СЗО

Система должна строиться по адресному, то есть зонному принципу. Под зонами подразумевается пространство внутри здания, получающее одну и ту же звуковую информацию. Деление на зоны происходит внутри комплекса MediaMatrix и, при наличии обширных коммуникационных возможностей "интеллектуального здания", не представляет большого труда вносить изменения в конфигурацию системы оповещения, если возникает необходимость.


2.1.5 Требования к функционированию системы в автоматическом режиме

Система должна иметь возможность работы в полном автоматическом режиме. Данный вид управления предназначен для системы оповещения и, прежде всего, экстренного.

Поскольку именно автоматическое управление будет обеспечивать интерфейс между MediaMatrix и прочими системами жизнеобеспечения "интеллектуального здания", то построение управляющих алгоритмов может быть разнообразным.


2.1.6 Требования к проектированию аппаратных помещений для СЗО.

  • Стены аппаратной звукового обеспечения и потолок должны отделываться звукопоглощающими материалами с коэффициентом звукопоглощения не менее 0,6 в диапазоне частот 500 - 2000 Гц.

  • Полы всех технических аппаратных помещений системы звукового обеспечения должны быть не пылеобразующими и позволять проведение мокрой ежедневной уборки (метлахская плитка, линолеум).

  • Все соединительные линии между оборудованием, установленным в аппаратном помещении должны иметь маркировку и прокладываться скрыто (в кабельных коробах, лотках, трубах, кабель-каналах). При проектировании линий системы закладных в аппаратном помещении необходимо обеспечить легкость доступа к проложенным кабелям, а также запас по емкости не менее 30%.

  • Рабочее место оператора должно обеспечивать централизованное управление и контроль основного оборудования СЗО во всех рабочих режимах. Количество рабочих манипуляций, для выполнения которых оператор вынужден покидать рабочее место во время мероприятия, должно быть минимальным, а сами такие действия не должны влиять на работоспособность СЗО.

  • Все органы управления, визуального и слухового контроля, на рабочем месте оператора, должны иметь удобный пользовательский интерфейс управления, эргономичный дизайн и расположение.

  • Аппаратные помещения СЗО громкого оповещения (или контрольные пункты оповещения) должны размещаться вблизи пунктов местного контроля объекта.

  • Рабочие места операторов театральных, универсальных СЗО, а также СЗО концертных залов должны иметь как общее, так и местное освещение. Рабочие места операторов остальных СЗО могут освещаться системой общего освещения.

  • Аппаратные помещения СЗО универсального назначения, а также СЗО для крупных административных, корпоративных, коммерческих и общественных зданий и комплексов должны иметь телефонный аппарат с городским номером и возможность подключения к локальной компьютерной сети (сети Intranet).


2.1.7 Требования к стационарной рабочей станции аппаратной

Центральный процессор MediaMatrix T MainFrame является промышленным специализированным процессором. Системный блок разработан на базе процессора Intel Pentium 4 промышленного типа. Т. к. для данного аппаратно-программного комплекса выпускается своя собственная линейка процессоров, то для стационарной рабочей станции аппаратной должна быть выбрана одна из моделей системных блоков серии MediaMatrix T MainFrame.

Т.к. система MediaMatrix функционирует на семействе платформ ОС Windows (98, Me, NT, 2000, XP), то должна быть выбрана одна из операционных систем данного семейства. MediaMatrix имеет опыт практического применения в России на протяжении более чем 14 лет и за это время наилучшей системой на основе, которой функционирует комплекс, зарекомендовала себя ОС Windows 2000 Advanced Server. Исходя из этого рекомендуется выбрать Windows 2000 Advanced Server в качестве операционной системы для аппаратно-программного комплекса MediaMatrix.


2.1.8 Требования к активному коммутационному оборудованию

В состав активного оборудования локальной сети звукового обеспечения должны входить два 12-портовых и один 5 портовый коммутатор.

Специалистами компании Peavey было проведено независимое тестирование активного оборудования на совместимость и наилучшую производительность с технологией CobraNet. Проведенные тестовые испытания показали, что модели компании Allied Telesyn AT-8012M и AT-FS705LE обладают лучшими техническими характеристиками и полной совместимостью с технологией CobraNet. Данный факт служит основанием требований выбора моделей

12-портовых коммутаторов AT-8012M и 5-портового коммутатора AT-FS705LE данной компании-производителя для применения в проектируемой локальной сети звукового обеспечения.

Активное оборудование должно быть произведено компаниями Allied Telesyn


2.1.9 Требования к кабельной коммутации в СЗО

  • Прокладку всех магистральных звуковых линий следует производить либо в трубах (рекомендуется), либо в металлорукавах. Проектное заполнение закладных устройств не должно превышать 50 %.

  • Тип и параметры кабельных линий для коммутации цифровых устройств звука определяются исходя из требований к конкретному типу оборудования, а также общим решениям по кабельным трассам на озвучиваемом объекте.

  • Для коммутации сильноточных звуковых линий (выходных линий усилителей мощности) необходимо использовать кабели ПВС с медными жилами большого сечения (низковольтные линии). Сечение жил кабеля выбирается из расчета, что потери мощности в линии не должны превышать 10%. Кабели должны иметь прочную, стойкую к внешним воздействиям изоляцию. Для большинства случаев рекомендуется применять кабель с сечением жил не менее 2,5 мм2.

  • Для снижения вероятности возникновения взаимных наводок и помех, не следует прокладывать вместе сильноточные и слаботочные кабели. По возможности следует использовать разъемные соединения в тракте в минимальном количестве.

  • При разработке маршрута прокладки кабеля необходимо избегать пересечений с линиями электроснабжения и радиотрансляции. В случае необходимости такового пересечения угол между линиями должен составлять 90о.

  • Для разъемных соединений следует применять только разъемы, конструкция которых обеспечивает надежный контакт и четкую фиксацию. Контакты разъема должны иметь покрытие стойкое к окислению.

  • Монтаж в аппаратной стойке должен быть выполнен так, чтобы у обслуживающего персонала была возможность доступа к любому из приборов, как с фронтальной, так и с тыльной стороны. Так же имелась возможность оперативной замены любого из приборов. Внутренняя часть аппаратной стойки должна иметь подсветку. Конструкция самой стойки должна исключать случайный доступ к регулировочным элементам и коммутационным кабелям (наличие стенок и закрывающихся дверей). При необходимости следует обеспечить принудительную механическую вентиляцию.

  • Вводные линии в аппаратную стойку должны быть выполнены либо в трубах, либо через кабельные каналы. Кабельные каналы должны быть закрытого типа и иметь лючки для оперативного доступа. При скрытой проводке необходимо предусмотреть разветвительные коробки.


2.1.10 Требования к системе бесперебойного питания основного оборудования

В качестве источников бесперебойного питания должны быть использованы интеллектуальные системы Powerware 9125. Данные системы спроектированы так, чтобы обеспечить максимальную работоспособность при больших нагрузках. Микропроцессор осуществляет непрерывный мониторинг и контроль за состоянием питания, в то время, как четыре раздельных уровня линейной интерактивной корректировки напряжения позволяют работать в периоды мгновенной потери напряжения и перенапряжения, не используя питание от аккумуляторов. Время автономной работы оборудования может быть доведено до 4 часов за счет использования дополнительных встраиваемых аккумуляторов. Контроль состояния ИБП и программирование алгоритма его работы осуществляется через поставляемый пакет программного обеспечения. Источники гарантированного питания установлены в монтажной стойке в помещении аппаратной.


2.2 Выбор сетевой технологии многоканальной дистрибьюции звуковых сигналов


Для данной системы звукового обеспечения выбрана сетевая технология многоканальной дистрибьюции звуковых сигналов по следующим параметрам:

  • Технологию Cobranet поддерживает большое количество производителей: QCS, Crown, Biamp, Peavey, Crest Audio, Rane и мн. др.

  • Все Cobranet устройства совместимы друг с другом. Это одно из важных преимуществ технологии

  • поскольку сигнал передается в цифровой форме, не возникает проблем с наводками и шумами, а также потерей качества при больших пробегах кабелей, кроме того, использование оптоволоконного кабеля обеспечивает гальваническую развязку удаленного оборудования;

  • оборудование для передачи сигналов по сети CobraNet чрезвычайно компактно - все интерфейсы имеют высоту 1 U. Общая экономия места в аппаратной стойке достигает

50-60%;

  • все оконечное оборудование CobraNet управляется и диагностируется дистанционно, причем управление может быть как централизованным, так и децентрализованным;

  • максимальное количество каналов передачи не ограничено, а расширение системы не требует значительных капиталовложений;

  • помимо звуковых сигналов сеть CobraNet обеспечивает передачу сигналов управления и управляющей логики, используемой большинством систем пожарной и охранной безопасности;

  • для построения сети CobraNet используется недорогое и широко распространенное оборудование стандартной компьютерной сети Fast Ethernet 100 Base - TX/FX. На большинстве современных объектов такая сеть уже имеется, поэтому стоимость и сложность монтажных работ сокращается в десятки раз. Кроме того, стоимость витой пары и оптоволоконного кабеля в несколько раз меньше, чем стоимость профессионального микрофонного кабеля или многожильного медного кабеля для акустических систем

  • По сравнению со многими остальными сетевыми технологиями передачи и распределения звука в реальном масштабе времени эта технология является одной из самых экономически выгодных.

  • В мире получили наибольшее распространение две технологии передачи и распределения звука в реальном масштабе времени: EtherSound и CobraNet. При сходных технических характеристиках технологий, первая абсолютно не получила пока распространения в России в отличие от CobraNet.


2.3 Выбор топология сети


Выбор используемой топологии зависит от условий, задач и возможностей, или же определяется стандартом используемой сети. Основными факторами, влияющими на выбор топологии для построения сети, являются:

  • среда передачи информации (тип кабеля);

  • метод доступа к среде;

  • максимальная протяженность сети;

  • пропускная способность сети;

  • метод передачи и др.

Рассмотрим вариант построения сети: на основе технологии Fast Ethernet.

Данный стандарт предусматривает скорость передачи данных 100 Мбит/сек и поддерживает два вида передающей среды – неэкранированная витая пара и волоконно-оптический кабель. Для описания типа передающей среды используются следующие аббревиатуры, которые приведены в табл. 2.1


Таблица 2.1 Стандарт Fast Ethernet

Название

Тип передающей среды

100Base-T

Основное название для стандарта Fast Ethernet (включает все типы передающих сред)

100Base-TX

Экранированная или неэкранированная витая пара категории 5 и выше.

100Base-FX

Многомодовый двухволоконный оптический кабель

100Base-T4

Витая пара. 4 пары категории 3, 4 или 5.


Правила проектирования топологии стандарта 100Base-T.

Следующие топологические правила и рекомендации для 100Base-TX и

100Base-FX сетей основаны на стандарте IEEE 802.3u

100Base-TX.

  • Правило 1: Сетевая топология должна быть физической топологией типа «звезда» без ответвлений или зацикливаний.

  • Правило 2: Должен использоваться кабель категории 5 или 5е.

  • Правило 3: Класс используемых повторителей определяет количество концентраторов, которые можно каскадировать.

  • Класс 1. Можно каскадировать (стэковать) до 5 включительно концентраторов, используя специальный каскадирующий кабель.

  • Класс 2. Можно каскадировать (стэковать) только 2 концентратора, используя витую пару для соединения средозависимых портов MDI обоих концентраторов.

  • Правило 4: Длина сегмента ограничена 100 метрами.

  • Правило 5: Диаметр сети не должен превышать 205 метров.

  • Правило 6: Метод доступа CSMA/CD.

100Base-FX.

  • Правило 1: Максимальное расстояние между двумя устройствами – 2 километра при полнодуплексной связи и 412 метров при полудуплексной для коммутируемых соединений.

  • Правило 2: Расстояние между концентратором и конечным устройством не должно превышать 208 метров.

Существует несколько факторов, которые необходимо учитывать при выборе наиболее подходящей к данной ситуации топологии. Эти факторы сведены в табл. 2.2


Таблица 2.2 Преимущества и недостатки топологий.

Топология

Преимущества

Недостатки

Шина

Экономный расход кабеля. Сравнительно недорогая и несложная в использовании среда передачи. Простота, надежность. Легко расширяется

При значительных объемах трафика уменьшается пропускная способность сети. Трудно локализовать проблемы. Выход из строя кабеля останавливает работу многих пользователей

Кольцо

Все компьютеры имеют равный доступ. Количество пользователей не оказывает сколько-нибудь значительного влияния на производительность

Выход из строя одного компьютера может вывести из строя всю сеть. Трудно локализовать проблемы. Изменение конфигурации сети требует остановки работы всей сети

Звезда

Легко модифицировать сеть, добавляя новые компьютеры. Централизованный контроль и управление. Выход из строя одного компьютера не влияет на работоспособность сети

Выход из строя центрального узла выводит из строя всю сеть


Исходя из всего вышеперечисленного, оптимальным видом топологии для проекта является звездная топология стандарта 100Base-TX с методом доступа CSMA/CD, так как она имеет широкое применение в наши дни, её легко модифицировать и у нее имеется высокая отказоустойчивость.


2.4. Выбор физической среды передачи


Стандартом Fast Ethernet IEEE 802.3u установлены три типа физического интерфейса (табл.2.3): 100Base-FX, 100Base-TX и 100Base-T4.


Таблица 2.3 Физические интерфейсы стандарта Fast Ethernet (IEEE 802.3u) и их основные характеристики

Физический интерфейс

100Base-FX

100Base-TX

100Base-T4

Порт устройства

Duplex SC

RJ-45

RJ-45

Среда передачи

Оптическое волокно

Витая пара
UTP Cat. 5

Витая пара UTP Cat. 3,4,5

Сигнальная схема

4B/5B

4B/5B

>8B/6T

Битовое
Кодирование

NRZI

MLT-3

NRZI

Число витых
пар/ волокон

2 волокна

2 витых пары

4 витых пары

Протяженность сегмента

до 412 м(mm)
до 2 км (mm)
до 100 км (sm)

до 100 м

до 100 м


Технология CobraNet функционирует на основе сетевого протокола Fast Ethernet 100 Base - TX / FX , физический интерфейс 100Base-T4 не поддерживается в силу своего существенного недостатка - принципиальной невозможности поддержки дуплексного режима передачи.

Учитывая общий бюджет проекта, очевидным выбором для абонентской системы здания становится витая пара категории 5e. Она позволяет передавать данные со скоростью 100мбит/c, удобна в прокладке, обладает достаточно низкой стоимостью и отвечает всем требованиям по надёжности, предъявляемым к абонентской системе. Её существенным недостатком является низкий уровень защищённости от внешних электромагнитных наводок и статического напряжения, что сказывается на общей надёжности сети. Так же оптоволоконный кабель обладает большей дальностью передачи сигнала. Но стоимость самого оптоволоконного кабеля, активного оборудования и работ по монтажу требует значительно больших финансовых вложений. Для абонентской системы здания будет использоваться физический интерфейс 100Base-TX.

Выбор физической среды передачи для коммутации сильноточных звуковых линий

Для коммутации сильноточных звуковых линий (выходных линий усилителей мощности) необходимо использовать кабели с медными жилами большого сечения (низковольтные линии). Сечение жил кабеля выбирается из расчета, что потери мощности в линии не должны превышать 10%. Кабель должен иметь прочную, стойкую к внешним воздействиям изоляцию. Для большинства случаев рекомендуется применять кабель с сечением жил не менее 2,5 мм2. В этой области звукоусиления использование электрического кабеля в большинстве случаев является более выгодным в экономическом плане. Для коммутации сильноточных звуковых линий (выходных линий усилителей мощности) целесообразным является применение силового электрического кабеля ПВС 2х2,5. Его характеристики:

  • Жила — многопроволочная из мягкой медной проволоки 5 класса гибкости. Жилы уложены параллельно;

  • Изоляция — изоляционный ПВХ пластикат;

  • Оболочка — ПВХ пластикат. Расцветка: черная или белая;

Условия эксплуатации:

  • диапазон рабочих температур — от -40 °С до +40 °С;

  • срок службы проводов в нормальных условиях эксплуатации — не менее 6 лет.

Электрические характеристики: удельное электрическое сопротивление жил постоянному току при температуре 20 °С, Ом·мм2/м, не менее — 0,01724; номинальные токовые нагрузки, А — не более:

  • при сечении жилы 0,75 мм2 — 6,0;

  • при сечении жилы 1,0 мм2 — 10,0;

  • при сечении жилы 1,5 мм2 — 16,0;

  • при сечении жилы 2,5 мм2 — 25,0.


2.5 Выбор аппаратно-программного комплекса СЗО


Для данной системы звукового обеспечения выбран аппаратно-программный комплекс MediaMatrix по следующим параметрам:

  • технология MediaMatrix позволяет осуществлять передачу аудио сигнала без потери качества на значительные расстояния по оптоволоконным линиям и витой паре, что чрезвычайно актуально для различных закрытых и открытых объектов.

  • в настоящее время только MediaMatrix допускает решение всех задач звукового обеспечения, кроме оконечного усиления сигнала, в рамках одного процессорного устройства;

  • программное обеспечение MediaMatrix работает в операционной среде Windows 2000/ XP, надежность которой значительно выше, чем у Microsoft Windows 95/98/ ME;

  • MediaMatrix развивается и имеет опыт практического применения на протяжении более чем 14 лет, в то время как другие аналогичные технологии не более 2-3 лет;

  • MediaMatrix является наиболее распространенной во всем мире технологией, применяемой при озвучивании крупных спортивных объектов;

  • за последние 7 лет в России осуществлено свыше 50-ти инсталляций аппаратно-программного комплекса MediaMatrix, и за все время эксплуатации не зафиксировано ни одной существенной неисправности или выхода её из строя;

  • интеграция аппаратно-программного комплекса MediaMatrix с системами безопасности, видеонаблюдения и информации, судейскими системами и т.д.

  • Система MediaMatrix является одной из наиболее экономически выгодных. При решении всех задач звукового обеспечения MediaMatrix является экономически более выгодной, чем система Audia компании Biamp.

Аппаратно-программный комплекс MediaMatrix в числе прочих задач выполняет функцию электронной коммутации и распределения сигналов в цифровом формате. Данная функция необходима для оперативного распределения сигнала в ходе работы системы, выбора сигналов для подачи в различные зоны оповещения (при раздаче разных сигналов в любые зоны), а также на устройства звукозаписи. Аппаратно-программный комплекс MediaMatrix обеспечивает всю необходимую обработку звуковых сигналов в предлагаемом варианте построения системы. Из существующих на сегодняшний день звуковых технологий, только система MediaMatrix (аппаратно-программный комплекс) компании Peavey Electronics Corporation в полной мере отвечает перечисленным требованиям. Только она совмещает в себе универсальную систему звукоусиления и звуковой тракт, открытый для любых сетей передачи информации. Во всех близких к MediaMatrix системах эти функции не совмещаются. К тому же MediaMatrix экономически эффективней, по сравнению с любой из этих систем.


2.5.1 IBM совместимый компьютер

Количество входных/выходных звуковых каналов составляет 222 выходных и 60 входных каналов. Посредством суммирования количество выходных каналов составит 62. Согласно требованиям к стационарной рабочей станции аппаратной (см. выше) и также исходя из того, что количество входных/выходных звуковых каналов в сумме составляет 60 входных и 62 выходных каналов, для системы СЗО выбран системный блок Miniframe-208nt-cn (Макс. кол-во вх/вых каналов: по 64). Его характеристики:

  • DPU (Digital Processing Unit) – до 2 плат цифровой обработки сигнала, оснащенных четырьмя процессорами цифровой обработки сигнала Motorola 56002 каждая. Макс. кол-во вх/вых каналов: по 64. Поддержка 10/100BaseT Fast Ethernet;

  • процессор Рentium-IV 1500 MHz, (c объёмом L2-cache 512 KB);

  • оперативная память не менее 512 MB;

  • Съемный жесткий диск 120 ГБ Ultra-ATA/100;

  • видеоадаптер AGP 8x c видео-памятью 32 МБ;

  • High Speed DAB - Высокоскоростной канал цифрового звука;

  • 1.44 MB, 3.5" FDD - 1.44-Мегабайтный 3,5-дюймовый флоппи-дисковод;

  • 32X CD-ROM дисковод;

  • High-performance Passive Backplane - Высокомощный пассивный разъем: можно добавить до семи дополнительных плат цифровой обработки сигнала;

  • Dual Load Sharing - Дублированные блоки питания с автоматическим переключением, 400 ватт.

Рабочая станция комплектуется монитором 17” Samsung 795MB, клавиатурой и оптической мышью.


2.5.2 Платы цифровой обработки

В данном проекте применяется сетевая технология CobraNet. Из двух моделей плат цифровой обработки звука аппаратно-программного комплекса MediaMatrixT только плата MM-DSP-CN разработана для сигналов транслируемых через локальную сеть Ethernet по протоколу CobraNet. Соответственно для проектируемой системы выбирается модель платы MM-DSP-CN.

Т. к. количество входных/выходных звуковых каналов в сумме составляет 60 входных и 62 выходных каналов, и, исходя из того, что одна плата способна обрабатывать до 32 входных/выходных звуковых каналов, в модель системного блока Miniframe-208nt-cn необходимо установить 2 платы MM-DSP-CN.


2.5.3 Устройства (интерфейсы) преобразования аналоговых, цифровых сигналов в специальный формат для передачи по волоконно-оптическим линиям и витой паре и обратного преобразования

Ввод/вывод сигнала на плату цифровой обработки MM-DSP-CN осуществляется с помощью цифровых модулей серии CAB. Поэтому в качестве интерфейсов преобразования выполняющих прямую и обратную конвертацию в/из формата CobraNet в аналоговый или цифровой (AES / EBU) формат звуковых сигналов выбраны модули серии CAB:

  • аналого-цифровой - CAB 16i, CAB 8i;

  • цифро-аналоговый - CAB 16o, CAB 8o;

  • цифро-цифровой - CAB 16d.

Количество модулей выбирается исходя из требований задач решаемых системой звукового обеспечения.

Для обеспечения разрабатываемой сети требуются 6 цифро-аналоговых интерфейсов CAB 16o, 1 цифро-аналоговый интерфейс CAB 8o, 3 аналого-цифровых

интерфейса CAB 8i, 2 цифро-цифровых интерфейса CAB 16d.


2.5.4 Выбор программного обеспечения

Программное обеспечение MWare 3.0 - 3.03

32-х битное многозадачное программное обеспечение включает в себе четыре прикладные функции: язык программирования DSP высшего уровня, программа проектирования аудиосистем, программа управления и работы в сети, программа диагностики DSP. Всё это делает MWare одним из наиболее мощных программных продуктов в области цифрового звука на сегодняшний день. Библиотека MWare содержит сотни приборов готовых к использованию. Если же в ней нет того, что нужно, то всегда есть возможность создать собственный прибор, на базе элементарных алгоритмов MediaMatrix.


Случайные файлы

Файл
92219.rtf
137875.rtf
118269.rtf
Konstit..doc
29061-1.rtf