Проект создания и эксплуатации беспроводной сети с использованием спутникового соединения

Содержание

Введение

Глава 1. Теоретико-методологические основы построения инфокоммуникационных систем на базе спутниковых технологий

1.1. Принципы организации спутниковой связи в Российской Федерации и нормативное регулирование отрасли

1.2. Сравнительный анализ технических характеристик космических аппаратов серий «Экспресс» и «Ямал»

1.3. Архитектура гибридных сетей: интеграция спутникового сегмента с технологиями беспроводного локального доступа

Глава 2. Проектирование и технико-экономическое обоснование параметров беспроводной сети со спутниковым шлюзом

2.1. Расчет параметров радиоканала и выбор антенно-фидерного оборудования для земной станции

2.2. Организация распределения трафика и механизмы обеспечения качества обслуживания (QoS) в условиях задержек спутникового канала

2.3. Формирование регламента эксплуатации и мониторинга работоспособности инфокоммуникационного узла

Заключение

Список использованной литературы

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА

Проект создания и эксплуатации беспроводной сети с использованием спутникового соединения

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы выпускной квалификационной работы определяется стратегическими задачами развития инфокоммуникационной инфраструктуры Российской Федерации в условиях необходимости обеспечения универсального доступа к услугам связи на территориях с низкой плотностью населения, в труднодоступных и удаленных регионах. В соответствии с Федеральным законом № 126-ФЗ «О связи» и утвержденной Правительством РФ Концепцией создания и развития сетей 5G/IMT-2020 в Российской Федерации, приоритетным направлением признается построение гибридных инфокоммуникационных систем, интегрирующих спутниковые и наземные сегменты связи. Применение космических аппаратов серий «Экспресс» и «Ямал» в связке с современными технологиями беспроводного локального доступа позволяет решить проблему цифрового неравенства и обеспечить качественное предоставление широкополосных услуг связи абонентам, находящимся вне зоны покрытия оптоволоконных магистралей и сотовых операторов. По данным Минцифры России, на начало 2025 года доля населенных пунктов с населением менее 500 человек, не охваченных услугами широкополосного доступа в интернет, составляет около 18%, что актуализирует задачу разработки технико-экономически обоснованных проектов инфокоммуникационных узлов на базе спутниковых шлюзов.

Степень разработанности проблемы в отечественной технической литературе является достаточно высокой. Вопросы построения спутниковых сетей связи освещены в работах ведущих российских ученых — В.В. Маркова, А.М. Шлома, Ю.Б. Зубарева, И.Н. Рожкова, научных коллективов ФГУП «НИИР», АО «Российские космические системы», Московского технического университета связи и информатики (МТУСИ). Архитектурные решения по интеграции спутникового и наземного сегментов рассматриваются в материалах АО «ГИПРОСВЯЗЬ», ПАО «Ростелеком», а также в публикациях отраслевого журнала «Электросвязь». Вместе с тем, практические аспекты проектирования гибридных беспроводных сетей с учетом специфики отечественной нормативно-технической базы и характеристик российских космических аппаратов требуют дополнительной проработки и систематизации.

В настоящее время на орбите функционирует группировка спутников связи операторов АО «Газпром космические системы» (серия «Ямал») и ФГУП «Космическая связь» (серия «Экспресс»), обеспечивающих покрытие всей территории Российской Федерации в диапазонах C, Ku и Ka. Технические возможности современных космических аппаратов позволяют организовывать высокоскоростные каналы передачи данных со скоростью до 50 Мбит/с на один терминал, что достаточно для обеспечения работы беспроводной точки доступа стандарта IEEE 802.11ac или IEEE 802.11ax с обслуживанием десятков одновременных абонентов. Вместе с тем, характерные для геостационарной орбиты задержки распространения сигнала порядка 250 мс в одну сторону накладывают ограничения на применение протоколов реального времени и требуют применения специализированных механизмов обеспечения качества обслуживания (QoS) на уровне канального и сетевого уровней модели OSI.

Цель выпускной квалификационной работы — разработка технического проекта беспроводной сети с использованием спутникового соединения и обоснование параметров инфокоммуникационного узла для обеспечения широкополосного доступа в удаленном населенном пункте.

Для достижения поставленной цели определены следующие задачи:

• изучить принципы организации спутниковой связи в Российской Федерации и действующую нормативно-техническую базу отрасли;
• провести сравнительный анализ технических характеристик космических аппаратов серий «Экспресс» и «Ямал» для обоснования выбора оператора;
• исследовать архитектурные решения построения гибридных сетей с интеграцией спутникового сегмента и технологий беспроводного локального доступа;
• выполнить расчет параметров радиоканала «земная станция — спутник» и обосновать выбор антенно-фидерного оборудования;
• разработать систему распределения трафика и механизмы обеспечения качества обслуживания в условиях высоких задержек спутникового канала;
• сформировать регламент эксплуатации и мониторинга работоспособности инфокоммуникационного узла.

Объектом исследования выступает инфокоммуникационный узел, включающий земную станцию спутниковой связи и беспроводную сеть локального доступа.

Предметом исследования являются технические параметры радиоканалов, методы обеспечения качества обслуживания и регламенты эксплуатации оборудования гибридной спутниково-беспроводной сети.

Методологическая база исследования включает теоретические основы радиосвязи и теории электромагнитного поля, методы расчета энергетического бюджета радиолинии в соответствии с рекомендациями МСЭ-R и ГОСТ Р 53801-2010, математический аппарат теории массового обслуживания для оценки пропускной способности сети. Инструментальной базой служат программные средства моделирования радиоканалов и планирования сетей связи. Нормативно-техническая база включает Федеральный закон № 126-ФЗ «О связи», решения Государственной комиссии по радиочастотам (ГКРЧ), стандарты серии ГОСТ Р 53801, ГОСТ Р 58324-2018, технические требования операторов спутниковой связи, нормативы Минцифры России.

Научная новизна работы заключается в комплексном подходе к проектированию гибридной инфокоммуникационной системы с учетом специфических требований российской нормативной базы, характеристик отечественных космических аппаратов и климатических особенностей эксплуатации оборудования в условиях резко континентального климата.

Теоретическая значимость определяется систематизацией методов расчета параметров спутниковых радиолиний и алгоритмов обеспечения QoS в гибридных сетях. Практическая значимость состоит в разработке готового технического решения, включающего расчеты параметров оборудования, схему организации сети и эксплуатационную документацию, которые могут быть использованы операторами связи и интеграто

…