РЕФЕРАТ Целью данной выпускной квалификационной работы является проектирование беспроводной сети WiMAX на территории города г. Нюрба. В первой главе изучены теоретические аспекты беспроводной сети WiMAX. Во второй главе произведены построение беспроводной сети WiMAX на территории города Нюрба. В третьей главе изучены экономическое обоснование проектирование беспроводной сети WiMAX на территории города Нюрба В четвертой главе были рассмотрены мероприятия по технике безопасности и пожарной безопасности. Бакалаврская работа состоит из введения, четырех глав и заключения, с объемом 64 страниц. 4 СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ ....................................................................................................................................7 ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ БЕСПРОВОДНОЙ СЕТИ WIMAX ....................9 1.1. Назначение технологии WiMAX ...................................................................................9 1.2. Архитектура сети WiMAX ...........................................................................................11 1.3. Схема работы WiMAX .....................................................................................................13 1.4. Особенности стандарта IEEE 802.16 WiMAX ...........................................................15 1.5. Физический и MAC–уровень стандарта IEEE 802.16 WiMAX ................................17 ВЫВОДЫ ПО I ГЛАВЕ ..............................................................................................................25 ГЛАВА 2. ХАРАКТЕРИСТИКА ПОСТРОЕНИЯ БЕСПРОВОДНОЙ СЕТИ WIMAX НА ТЕРРИТОРИИ ГОРОДА НЮРБА .............................................................................................26 2.1. Место расположение базовой станции и секторных антенн ....................................26 2.2. Принципы построения сети WiMAX на территории города Нюрба .......................28 2.3. Выбор аппаратуры и расчет сети ................................................................................30 2.3. Схема организации связи .............................................................................................38 2.4. Расчет пропускной способности сети .........................................................................39 2.5. Расчет зоны обслуживания с использованием модели Окамуры-Хата ...................41 ВЫВОДЫ ПО II ГЛАВЕ .............................................................................................................46 ГЛАВА 3. ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТИРОВАНИЯ БЕСПРОВОДНОЙ СЕТИ WIMAX НА ТЕРРИТОРИИ ГОРОДА НЮРБА ..........................47 3.1. Расчет капитальных вложений и эксплуатационных расходов ...............................47 3.2. Расчет годовых доходов и прибыли ............................................................................52 3.3. Расчет срока окупаемости, анализ технико–экономических показателей ..............54 ВЫВОДЫ ПО III ГЛАВЕ ...........................................................................................................55 ГЛАВА 4. БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ .......................................................56 4.1. Характеристика объекта проектирования и условий его эксплуатации .................56 4.2. Мероприятия по технике безопасности ......................................................................57 4.3. Мероприятия по пожарной профилактике .................................................................60 ЗАКЛЮЧЕНИЕ............................................................................................................................62 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ..................................................................64 5 ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБАЗНАЧЕНИЙ AAS (adaptive antenna system) – адаптивная антенная система ARQ (automatic repeat request) – технология и используемый в ней информационный пакет HARQ (hybrid automatic repeat request) – гибридная технология повторной передачи непринятых пакетов. STC (space/time coding) – пространственно–временное кодирование. WiMAX - Worldwide Interoperability for Wicrowave Access (международное взаимодействие для микроволнового доступа). 6 ВВЕДЕНИЕ Бурное развитие беспроводных технологий, и области применения беспроводных технологий в настоящий момент самые разнообразные. В зависимости от назначения, область покрытия может составлять единицы метров для близлежащих устройств или десятки метров для организации беспроводных локальных сетей. В составе технологии Wireless MAN, была разработана широкополосная беспроводная сеть стандарта IEEE 802.16 под названием WiMAX. Разработка WiMAX, в дословном переводе, значит «глобальная сопоставимость для микроволнового доступа» – разработка беспроводных территориально распределенных сетей широкополосного доступа. Благодаря своим преимуществам (возможность обеспечения широкополосной связи в условиях отсутствия прямой видимости, большая зона покрытия, высокое качество предоставляемых услуг, простота построения сети, а следовательно, меньшие затраты) технология WiMAX считается наиболее перспективной при переходе к сетям четвертого поколения (4G). Таким образом, дальность охвата является существенным показателем системы радиосвязи. На территории города Нюрба, пользователи, которые живут на дальних микрорайонах города испытывают проблему доступа широкополосной связи, из-за плохого охвата существующей системы радиосвязи. Вследствие этого, выпускная квалификационная работа, тема которой «Проектирование беспроводной сети WiMax г.Нюрба», является актуальной. Исходя из вышеизложенного, целью выпускной квалификационной работы является проектирование беспроводной сети WiMAX на территории города Нюрба Республики Саха (Якутия). 7 Структура данной выпускной квалифицированной работы: работа состоит из введения, четырех глав с подглавами, заключения, списка использованной литературы. Сделаны анализы характеристик и методов планирования сетей WiMAX, произведены расчеты покрытия сети и пропускной способности, учтены требования безопасности для использования сети WiMAX. 8 ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ БЕСПРОВОДНОЙ СЕТИ WIMAX 1.1. Назначение технологии WiMAX На сегодняшний момент, многие пользователи связи увеличили свои потребности в использовании проводной цифровой связи, в связи с этим, существующие в данное время проводные цифровые системы, не могут дать пользователям наиболее высокоскоростной широкополосный доступ. Основными пробелами в этой существующей проблеме, являются: Большие затраты; Сложность увеличения; Большие сроки прокладки; «Последняя миля». Главным из этих проблем является «Последняя миля». Эта проблема связана с высокой стоимостью проведения интернета до большого количества пользователей от ближайшего узла по сравнению со стоимостью подведения интернета к самому этому узлу. Такую проблему поможет устранить технология WiMAX, которая быстро со всем справиться без прокладки соединительных линий. Намного проще развернуть по городу сеть БС. Каждая БС покрывает зону радиусом 6…8 км. В данной зоне каждая БС со схемой «точка – многоточка» (рисунок 1.1), имеет свойство передавать или же принимать сигнала от множества зданий, у которых содержится телекоммуникационные оборудования пользователей. Передающие приемы антенны устанавливаются в зданиях к которым подключаются станции клиентов SS (Subscriber Station). SS по Ethernet подключаются пользовательские оборудования. 9 Рисунок 1.1 – Схема «точка–многоточка» Для того чтобы обеспечить универсальный доступ подключения на большой дальности широкого спектра устройств, используют специальную телекоммуникационную технологию WiMAX с функцией передачи цифровых данных. Преимущество этой технологии выражается возможностью быстрого наращивания и расширения распространения связи в выбранной территории. В пределах беспроводной сети, стандарт технологии WiMAX дает возможность обеспечить высокий уровень безопасности и секретности получаемых и передаваемых сообщений и объединения локальных сетей удаленных офисов. 10 1.2. Архитектура сети WiMAX Архитектуру сети WiMAX идентична с архитектурой сотовой связи. Линия базовых станций вводится согласно территории местности. Каждая БС может образовывая соты обслуживать абонентов радиусом покрытия 6...8 км. Когда необходимо установить связи между удаленными ячейками БС, у них для этого есть направленные антенны. Выполняют функции ретранслятора по схеме «точка-точка» на расстоянии до 50 км. (рисунок 1.2). Рисунок 1.2 – Схема «точка–точка» Антенны БС устанавливаются на различных крышах высотных зданий и на мачтах. Первым делом на крыше зданий устанавливают подключенные к станции клиентов SS наружные антенны, такие станции находятся внутри здания. Ethernet интерфейсы для подключения оборудования клиентов находятся внутри блока SS. Общую точку доступа имеют ноутбуки с поддержкой стандарта 802.11 (стандарт Wi-Fi). Объединяя выходы, подключенные к блоку SS клиентов с помощью мультиплексора, они организовывают выход во внешнюю сеть, которые передаются по сети WiMAX. Подключение оборудования в здании к сети WiMAX через БС SS показано на рисунке 1.3. 11 Рисунок 1.3 – Схема подключения офисного оборудования через хотспот к сети WiMAX Подключение базовых станций с трафиком Ethernet к магистральной сети, осуществляется по кабельному или оптоволоконной соединению. Структура может быть ячистой. В данном случае понадобится одна БС, подключенная к магистральной сети, и передача информации от удаленных станций будет осуществляться последовательно: от станции пользователя к ближайшей соседней, а от нее к следующей и далее до БС. Абонентские станции могут выполнять роль ретрансляторов в одно время с обслуживанием клиентов. Fixed (IEEE 802.16TM- 2004) и Mobile (IEEE 802.16eTM) – это варианты доступа к сети WiMAX, которые относятся к основным рабочим группам 16го комитета IEEE. 1. Фиксированный доступ схож со спутниковой телевизионной антенны абонентского терминала, потому что доступ осуществляется с помощью стационарной антенны. 2. Опция мобильного доступа абонентского терминала очень похожа на терминал IEEE 802.11 Wi-Fi. 12 Поэтому для подключения сетей Wi-Fi в ячейках с ячейками Wi-Fi и WiMAX используется протокол «точка-точка». Помимо этого, к топологии «точка-многоточка» осуществляется доступ к фиксированным абонентским терминалам. Топология и внутренние подключения Wi-Fi, играют роль в основании архитектуры WiMAX. 1.3. Схема работы WiMAX Основные компоненты функционирования сети WiMAX: 3. Станция, присоединенная к магистральной интернет-сети, либо исполняющая роль повторителя, называется Базовая станция (БС); 4. Абонент/конечный пользователь, получающий широкополосный доступ через БС. Сеть WiMAX обеспечивает два типа услуг по беспроводной связи: Зона вне прямой видимости – этот тип стеков протокола, отвечающих требованиям стандарта 806.12, имеет вид маленькой антенны, установленного на компьютере конечного абонента. Установку Wi-Fi подключает к вышке. Диапазоны Wi-Fi с 2…11 ГГц наиболее близки к спектрам данной беспроводной связи, которые применяют небольшой радиочастотный спектр. Зона прямой видимости – этот тип услуг осуществляет связь с помощью зеркальных антенн, которые находятся в кровле или шесте наведенных в сторону вышки. В отличии от зоны вне прямой видимости, она имеет наиболее сильную, мощную и стабильную связь. Частоты для нее наиболее высокие, вплоть до 66 ГГц, в которых эффект интерференции намного меньше, пропускная способность намного больше. В радиусе до 50 км, применяя мощные антенны, станция передает сведения в компьютеры/маршрутизаторы с WiMAX. 13 Рисунок 1.4 Схема работы WiMAX Локальная сеть – это сеть, реализованная на основе WiFi. Вместе с объектами WiMAX, данная сеть функционирует в тандеме. В зоне вне прямой видимости, как правило, настроены между местными абонентскими сетями и БС, в то время как зона прямой видимости существует между БС. Для беспроводных муниципальных сетей, спецификацию беспроводного интерфейса Wireless MAN определяет стандарт IEEE 802.16-2001. Подтверждение данному стандарту, является значение возникновения широкополосного доступа в виде главного средства. Она позволяет подключать конкретных абонентов, организаций к базовым станциям. Взаимосвязь, установленная с основными базовыми станциями, это функционирующий стандарт IEEE 802.16, которая поддерживает наружные антенны, сети MAN абонентских доступов. Альтернативным доступом с помощью проводных сетей, считается беспроводная сеть MAN. В ней используются оптоволоконные или коаксиальные кабели, линии DSL и модемы. Данная методика гарантирует наиболее известные широкополосные доступы. Имеют взаимосвязь с большими географическими участками, которые не требуют дорогой инфраструктуры. 14 Технологии Wireless MAN – это технологии, с помощью которых ПК имеют возможность подключения к сети стандартам Ethernet IEEE 802.3 и IEEE 802.11, которые обеспечивают прямой доступ определенных абонентов к системе связи. Этот стандарт эффективен тем, что имеет расширение сетевых протоколов Wireless MAN. 1.4. Особенности стандарта IEEE 802.16 WiMAX IEEE 802.16 – это стандарт, описывающий процесс построения сетей физических и МАС уровней, в диапазонах до 66 ГГц регионального масштаба. Существует пять режимов стандарта (таблица 1.2.). Характеристики стандарта приведены в таблице 1.1: Таблица 1.1 – Характеристика стандарта IEEE 802.16 WiMAX 15 Таблица 1.2 – Основные режимы в стандарте IEEE 802.16 Из этих пяти режимов, только WirelessMAN-SC имеет предназначение для работы в диапазон от 10 до 66 ГГц. Его работа направлена на магистральные сети (точка-точка, точка-многоточка), которые работают с типовыми скоростями потока данных (120 Мбит/с) и с шириной канала в 25 МГц, в режиме прямой видимости. А остальные режимы имеют предназначение для работы в диапазон менее 11 ГГц. WirelessMAN-SCa – это низкочастотный режим с вариацией на WirelessMAN-SC. WirelessHUMAN – это режим, предназначенный для работы в диапазонах без лицензии (основном США). WirelessMAN-OFDM и WirelessMAN-OFDMA – это новейшие режимы по отношению к другим. Отличительной чертой режимов с диапазоном менее 11 ГГц, это пространственно-временное кодирование (STC), механизмы автоматического 16 запроса повторной передачи (ARQ) и поддержка ра6оты с адаптивными антенными системами (AAS). В диапазонах ниже 11 ГГц есть поддержка архитектуры Mesh-сети т.е. децентрализованной сети взаимодействующих друг с другом систем, которая является аналогом ad-hoc-сетей стандарта IEEE 802.11. 1.5. Физический и MAC–уровень стандарта IEEE 802.16 WiMAX Для широкополосной беспроводной сети, необходим частотный спектр, который имеет диапазоны в пределах от 10 до 66 ГГЦ. Свойство распространения лишь в малых направлениях как звук и по прямым линиям как свет, имеется у миллиметровых волн. Следовательно, на базовой станции (БС) должно быть установлено множество антенн, покрывающих различные секторы окружающей территории. В каждом секторе свои пользователи. Секторы не зависят друг от друга, чего не скажешь о сотовой радиосвязи, в которой сигналы распространяются сразу по всем направлениям. Рассмотрим оперативную среду передачи данных сетей 802.16 (рисунок 1.5): Рисунок 1.5 – Оперативная среда передачи данных сети стандарта IEEE 17 802.16 WiMAX Стандарт 806,16 пользуется тремя разными схемами модуляции, в зависимости от удаленности абонентской станции, потому что мощность сигнала переданных миллиметровых волн, значительно снижается с увеличением расстояния от базовой станции. Фазовые диаграммы показаны на рисунке 1.6: Рисунок 1.6 – Фазовые диаграммы применяемых методов QAM 64 с шестью битами, используется на отсчет в том случае, если абонент находится недалеко от БС. QAM – 16 и 4 бита/бод., используется на среднем удалении. QPSK с 2 битами, используется н отсчет, в том случае, когда абонент находится от БС далеко. Обеспечение гибкости распределения полосы пропускания производит Стандарт 802.16. Применяются две схемы модуляции: FDD (дуплексная связь с частотным разделением) и ТDD (дуплексная связь с временным разделением) (рисунок 1.7): 18 Рисунок 1.7 – Дуплексная связь с временным разделением: кадры и временные интервалы Разделенные на временные интервалы кадры, в основном передаются по базовым станциям. В первую очередь начальная часть временных интервалов назначается для входящего трафика. После этого начинает следовать защитный интервал, который дает возможность станциям изменять, переключать режимы приема и передачи. На последнем этапе следуют интервалы исходящего трафика. Подстроить пропускную способность для каждого трафика направлений, позволяет изменение динамических чисел отводимых тактов. Контролирование направления передачи входящего трафика, разделяются на временные интервалы БС. От соответствия требуемого качества обслуживания, зависит управление исходящего трафика от абонентов, что является очень сложным процессом. Упаковывать определенное количество соседних кадров МАС в одну физическую передачу, является еще одним уникальным свойством физического уровня, которая дает возможность улучшить эффективность распределения спектра, уменьшая числа разных преамбул и заголовков. Так, ядром стандартного мобильного WiMAX IEEE 802.16e является технология OЧДР (OFDMA - OFDM Access), которая предлагает возможность присвоить не все, а часть канала источнику в правильной полосе рабочих частот отдельным базовым и абонентским станциям. Переход абонентов от одной БС к другой, может сопровождаться мягкой передаче только тогда, когда полный источник канала распределен между рядами смежных базовых 19 станций. Поэтому данный стандарт иногда называют мобильным WiMAX. Физическая информация в виде постоянного набора кадров отправляется с фиксированной длиной 2,5…20 мс., по этой причине от метода модуляции и скорости зависит информационная емкость. В данный кадр включен преамбулы, набор пакетов данных и разделы управления. Сеть IEEE 802.16 по своей принадлежности является частотной, и имеет временные разделения восходящих и нисходящих сигналов. Временный дуплекс каналов, разделены на подрамник с нисходящей и восходящей стороны, соотношения которых гибко меняются в процессе работы и в соответствии потребностям пропускной полосы для этих каналов, разделены хорошими специальными защитными интервалами. Когда идет процесс смены рабочей полосы позволяющая поддерживать распределение частот между подшипником и активной длиной символа, то в стандарте 802.16 меняется количество носителей. SOFDMA (Scalable OFDMA) – используется технологией ОЧДР в соответствии со спецификациями стандарта 802.16., диапазоны которых (1,25), (5,0), (10,0), (20.0) МГц. (таблица 1.3): Таблица 1.3 – Полосы стандарта IEEE 802.16е WiMAX согласно спецификациям 20 Способов для частичного использования источников канала несколько. FUSC (Full Usage of Subcarriers) – это один из вариантов создания и использования подканалов, состоящих из 48 материалов передачи данных и защитных материалов по краям частотного канала, которые используют весь источник канала. Варианты распределения поднесущих для передачи данных и пилотных сигналов приведены в таблице 1.4: Таблица 1.4 – Варианты распределения поднесущих для передачи данных и пилотных сигналов стандарта IEEE 802.16е WiMAX Поднесущие, которые образуют единый канал могут, но не обязательно должны быть рядом друг с другом. Для частичного использования PUSC минимальный блок канала вниз 21 является кластером. Каждое скопление состоит из 14 смежных лотков. Формально один кластер всегда состоит из 2 последовательных РРС символов, т.е. 28 субъектов, с 24 отправками данных и 4 - пилотными сигналами. Как и в случае с FUSC, левые и правые по краям частоты являются защитными носителями, с одним подканалом, состоящим из двух кластеров (таблица 1.5): Таблица 1.5 – Распределение поднесущих при PUSC стандарта IEEE 802.16е WiMAX Элемент тайл (tile) – это элемент, с минимальным блоком источников канала, которая направлена в восходящем виде в PUSC. Каждый элемент тайл имеет 4 символа, которые длятся около трех ОЧР. Во внутри элемента передаются данные на 8 поднесущих, из которых четыре носителя предназначены для передачи пилотных сигналов. Образование одного подканала происходит в случае разбивки на подканалы при передаче 6 тайлов направленных вверх.От типа модуляции и схемы перекодирования, зависят профили пакетов (burst). Доставку потоковых данных среди базовых станций (БС), обеспечивает стандарт IEEE 802.16 физического уровня. MAC (Medium Access Control) – это уровень, который решает все задачи формирования структур потоковых данных и управления системной работы. Различные услуги и сервисы в транспортной среде, образуют 22 оборудования стандарта IEEE 802.16. Механизм поддержки различных сервисов уровня вверх, это самая быстро решаемая задача в IEEE 802.16. Связь терминалов конечных пользователей с городской сетью передачи данных, упрощает стандарт с единым для всех приложений протокол MAC–уровня, которая была специально созданная разработчиками данного стандарта. В отличии от структуры данных, физическая среда передачи данных может быть различна с разными фрагментами WMAN. Каждый пользователь связи, имеет свои различные желания, потребности использования разных сервисов и приложений, которые имеют возможность передавать звуковые сигналы (голоса, речь), данные разделением по времени и т.п. В процессе работы через сети IEEE 802.16, качество предоставляемых услуг (QoS) с отдельными сервисами, не должно меняться. Подуровни МАС–уровеня IEEE 802.16: 1. подуровень преобразования сервиса CS (Convergence Sublayer); 2. основной подуровень CPS (Common Part Sublayer); 3. подуровень защиты PS (Privacy Sublayer). Процесс трансформирования потоковых данных протоколов верхних уровней, происходит на подуровне преобразования сервиса, которое осуществляет передачу через сети IEEE 802.16. Механизмы преобразования для каждый типов приложений верхних уровней, имеет свои стандарты. Режим АТМ и передачи пакета, содержится в спецификации 802,16. Передача пакета или пакетная передача – это широкий набор многообразных пакетов с типами IP, РРР и IEEE Std 802.3 (Ethernet). Подуровень CS имеет конкретную цель, это оптимизация передаваемых потоков данных каждого приложения верхнего уровня с учетом их специфики. 23 1. UGS – Unsolicited Grant Service – передача в реальном времени сигналов и потоков телефонии (Е1) и VoIP. Допустимая задержка менее 5 – 10 мс в одном направлении при BER = 10–6… 10–4. 2. rtPS – Real Time Polling Service – потоки реального времени с пакетами переменной длины (MPEG видео). 3. nrtPS – Non–Real–Time Polling Service – поддержка потоков переменной длины при передаче файлов в широкополосном режиме. 4. BE – Best Effort – остальной трафик. SFID (Service Flow Identifier) и CID (Connection Identifier) – это 32битовый идентификатор услуг с механизмом обеспечения QoS, предназначенный для присоединения на уровне конвергенции в МАС заголовок сведений о типе передаваемого потока.[7] Для подуровня защиты PS (Privacy Sublayer), происходит реализация функции обеспечения криптозащиты исходных данных и аутентификации/предотвращения несанкционированного доступа. PHS (Payload Header Suppression) АТМ ячеек и пакетов – это механизм, который предназначен для удаления и восстановления повторяющихся фрагментов и заголовков, чтобы оптимизировать транслируемые потоки данных. Можно сделать вывод, что для технологии стандарта 802,16, требуется особый контроль над радиоканалом, в основном в управлении физическим уровнем передачи, которая зависит от индивидуальных характеристик канала конкретного абонента и его потребностей в пропускной способности. 24 ВЫВОДЫ ПО I ГЛАВЕ В данной главе рассмотрели теоретические основы назначений технологии WiMAX, ее архитектуру сети, схемы работы и особенности стандарта IEEE 802.16 исследуемой беспроводной сети. Для проектирования беспроводной сети WiMAX на выбранной территории, первым делом нужно исследовать всю суть работы нашей сети. WiMAX — одна из технологий, призванных решить проблему широкополосного доступа к транспортным сетям, а вдобавок избавить пользователей от необходимости проводного подключения. WiMAX должен обеспечить высокоскоростной, защищенный беспроводной доступ с поддержкой контроля над качеством на периферии сети. И пришли к выводу, что цель технологии WiMAX заключается в том, чтобы предоставить универсальный беспроводный доступ для широкого спектра устройств (рабочих станций, бытовой техники "умного дома", портативных устройств и мобильных телефонов) и их логического объединения - локальных сетей. 25 ГЛАВА 2. ХАРАКТЕРИСТИКА ПОСТРОЕНИЯ БЕСПРОВОДНОЙ СЕТИ WIMAX НА ТЕРРИТОРИИ ГОРОДА НЮРБА 2.1. Место расположение базовой станции и секторных антенн Нюрба – город, административный центр Нюрбинского района Республики Саха (Якутии), образует городское поселение город Нюрба и является одним из крупнейших городов Якутии. Нюрба расположена на левом берегу реки Вилюя, в 812 км от города Якутска, средняя высота над уровнем моря – 119 м. В настоящее время Нюрба является региональным центром вилюйских районов и преобразовывается благодаря выполнению социальных обязательств АК «АЛРОСА». В Нюрбе находится автодорожное предприятие АО «Вилюйавтодор», охватывающее все три Вилюйских улуса. Основу экономики города составляют предприятия местной промышленности – производство строительных материалов, пищевые предприятия, предприятия лёгкой промышленности и другие. Промышленными предприятиями, действующими на территории города Нюрба, являются АО «Вилюйавтодор», алмазодобывающее предприятие «АЛРОСА–Нюрба», производство строительных материалов. В Нюрбе преобладает резко континентальный климат, зимы очень холодные и длительные, средняя температура января составляет –35,1 градусов. Лето умеренно теплое и короткое, средняя температура июля составляет +17,2 градусов. Общая численность жителей на 2018-2021 год составляла 9,8 тыс. чел., на январь 2021 по числу жителей город Нюрба занимает 935 место из 1117 городов Российской Федерации. На территории города расположен аэропорт «Нюрба», с которого осуществляются регулярные авиарейсы. Внутригородской транспорт 26 представлен автобусами и маршрутными такси. С автостанции города осуществляются автобусные рейсы в Якутск, Вилюйск [8]. Рисунок 2.1 – Спутниковый снимок г. Нюрба На данный момент в этом районе есть вышка ГУП «ТЦТР» (рисунок 2.2), которая является самым высоким сооружением в этой местности. Местонахождение вышки: г.Нюрба, ул.Советская 135ф. Рисунок 2.2 – Расположение БС и секторных антенн Наиболее высокое месторасположение на вышке находится на высоте 30 метров, поэтому базовую станцию и секторные антенны устанавливают на 27 этой высоте. Планируется установка 3-х секторных антенн с 90˚, как на рисунке 2.2. Расстояние от башни до отдаленных точек состовляет: 1БС-4,5км 2БС-1,6км 3БС-3,3км Из этого следует, что расстояние самой удаленной от вышки точки равно 4,5 км. Исходя из вышесказанного, вышка является наиболее подходящей, с географической точки зрения, местом установки для покрытия всей выбранной местности. 2.2. Принципы построения сети WiMAX на территории города Нюрба Было отмечено, что население составляет около 10 000 человек, где каждая семья живет в среднем из 5 человек, то есть около 2000 семей. Предположим, что в семье 1 человек подключается к сети WiMAX, тогда общее количество подключенных к сети составляет около 2000. Если учесть, что не все абоненты подключаются к сети сразу (а некоторые вообще не подключаются), то мы берем минимальное количество около 100 абонентов (5,0% из 2000 абонентов). Базовую станцию (БС) проектируемой сети WiMAX предполагается разместить в помещении ГУП «ТЦТР». Антенна базовой станции (БС) может быть установлена на имеющуюся мачту, принадлежащему ГУП «ТЦТР». Канал доступа в интернет предлагается арендовать у местного оператора МТС. Организация основного канала происходит с помощью двух абонентских антенн InfiNet SkyMAN R5000-Stc, по принципу точечной точки. На практике зона покрытия базовой станции (ТС) не имеет правильной круговой формы, так как зависит от структуры рельефа местности и препятствий - зданий, деревьев и т.д. 28 В первую очередь, когда устанавливаешь базовые станции, нужно обязательно учитывать многие факторы, такие как возможность использования природных элементов рельефа и доступ к подходящим участкам. Планирование сот современными системами, которые выполняют полевые измерения специализированным оборудованием, является сложной задачей. С имитацией распространений электромагнитных волн на цифровой модели местности, используют передовые специализированные ПО, чтобы разработать соты использовав обработку данных цифровой карты местности. Отраженные и распространяющиеся по различным препятствиям местности волны с определенными факторами, является одним из подходов для моделирования распределения электромагнитных волн. Этот подход, так называемый метод отслеживания лучей, требует точных данных о зоне покрытия и крупных вычислительных источниках. Профессиональные программные пакеты, используемые для имитации распределения волн и дизайна сот, используют более продвинутые модели распределения. Из-за ограниченного числа результатов измерений модели распределения сигналов программного обеспечения могут быть откалиброваны для получения более точных результатов. Принцип повторного использования одной же частоты в различных сотах в зоне покрытия системы, я является для сотовой системы важным. 29 2.3. Выбор аппаратуры и расчет сети Базовая станция (БС) 1000ePMP GPS Sync Radio 5 GHz – Оборудование ePMP 1000 отличается тем, что обладая низкой ценой, которая доступна любому, даже самому маленькому провайдеру, позволяет создавать стабильные высокоскоростные каналы связи, благодаря использованию TDMA в радиоканале. При этом протокол работает лучше, подстраивается под обстановку эфира, на пример при появлении помехи, автоматически снижается скорость, чтобы исключить потерю данных. Работает на частоте 5 ГГц с МИМО 2х2, позволяет передавать скорости до 100 или 200 мегабит в секунду, в зависимости от используемой полосы - 20 или 40 МГц. Самое главное, кроме активного беспроводного оборудования, Cambium Networks выпустил и секторную антенну, чтобы полностью исключить не качественные комплектующие при создании базовых станций. Жалко что клиентское устройство с интегрированной антенной всего одно. Таблица 2.1 – Характеристики базовых станций (БС) 1000ePMP GPS Sync Radio 5 GHz 30 Продолжение таблицы 2.1 Основные особенности устройства: технология доступа TDMA, обеспечивающая в топологии точка- многоточка (PMP) высокое качество каналов связи с пропускной способностью 90/180 Мбит/c на сектор с шириной канала 5/10/20/40 МГц для макcимально 120 абонентских станций (АС); GPS синхронизация и ATPC (автоматическую регулировку выходной мощности АС), обеспечивающую эффективное использование частотного ресурса путем повторного использования частотных каналов (frequency reuse) в многосекторных БС и покрытия услугой протяженных территорий; функции обеспечения качества сервиса QoS с приоритезацией Data/Voice/Video трафика; 31 эффективная работа в условиях сильных помех за счет использования проприетарных протоколов серии продуктов Canopy Cambium Networks. Максимальная выходная мощность базовой станции составляет 30 dBm (27 dBm для частот 5150-5350 МГц). Базовая станция имеет два разъема RP-SMA для подключения внешней MIMO 2x2 секторной 15 dBi или всенаправленной антенны, интерфейс Ethernet 100/1000 Base-T, GPS антенну. Питание подается через PoE-инжектор, входящий в комплект поставки устройства. Секторная антенна Cambium ePMP Sector Antenna 5 GHz: Высококачественная секторная антенна для диапазона частот 5 ГГц (4900 – 5970 МГц), имеет двойную поляризацию (V + H), ширина главного лепестка 90°х6° (- 3дБ), коэффициент усиления 18 дБи. Диаграмма направленности сглажена в вертикальной плоскости (null filled), коэффициент обратного излучения (front to back) 35 дБ. Габаритные размеры: 594 x 157 x 150 мм, вес – 4 кг. В комплекте: крепеж для точек доступа ePMP1000/2000, джампер-кабели RP-SMA (2 шт.), крепление на трубостойку диаметром 25...100 мм (регулировка угла наклона антенны -10°...+5°). Рисунок 2.2 – Внешний вид секторной антенны 32 Таблица 2.2 – Технические характеристики секторной антенны [7] ePMP 1000 также имеет интеллектуальную систему фильтрации сигнала, что позволяет ей не только очистить принимаемый сигнал без шумов, но так же продолжить передачу сигнала без значительного ухудшения качества. Ключевые особенности: Антенна 5ГГц частот (4900-5970 МГц); Двойная поляризация (V+H); Ширина главного лепестка 90°х6° (- 3дБ); Коэффициент усиления 18 дБи; Диаграмма направленности сглаженная в вертикальной плоскости; Коэффициент обратного излучения 35 дБ. 33 InfiNet R5000. Оборудование широкополосного беспроводного доступа InfiNet Wireless R5000 служит для построения сетей масштаба города/региона. Сетевые решения, выполненные на данном оборудовании гибки, легко масштабируемы и эффективны. Оборудование может быть использовано для построения сетей различного назначения: провайдеров смешанных системы услуг, Интернет-провайдеров, сети, объединяющие системы географически удаленные части одной компании и так далее. Таблица 2.3 - Технические характеристики InfiNet R5000 Ключевые особенности: Поддержка широкого диапазона частот Высокая производительность Поддержка QoS Механизмы и средства защиты, построение туннелей, NAT, firewall Гибкое управление сетью Мощные встроенные средства управления и диагностики. Устройства InfiNet Wireless R5000 поддерживают различные топологии: точка-точка, точка-многоточка, «MESH», построение узлов ретрансляции. 34 Различные встроенные средства, такие как автоматический контроль мощности/скорости, асимметрирование и механизм маркерного доступа к среде, обеспечивают высокое качество связи в канале. Абонентская станция ePMP 1000 Force 180. ePMP Force 180 - это второе поколение интегрированных радиомодулей ePMP. Высокопроизводительная, отказоустойчивая беспроводная точка доступа от Cambium Networks, созданная для работы в зонах с сильной помеховой обстановкой на частоте 6 ГГц. Поставляется в небольшом, гладком форм-факторе, и обеспечивает высокую производительность. [5] Возможность работать на максимальной пропускной способности, для Force 180, осуществляется с помощью порта Gigabit Ethernet. Ее радиомодуль получает питание от PoE, а вот ее порт получает питание от инжектор РоЕ, что является её уникальной возможностью, что позволяет заменять радиоустройства без изменения инжектора. Все уникальные преимущества программного обеспечения ePMP, такие как eFortify и eCommand, доступны в Force 180. eFortify повышает производительность ePMP 1000 в средах с высоким уровнем шума. eCommand предоставляет набор функций и инструментов управления для оказания помощи сетевым операторам в планировании, администрировании и мониторинге их сети.[1] Интегрированная радиостанция ePMP Force 180 представляет собой компактную и мощную платформу, которая может работать как точка доступа, абонентский модуль или радио PTP. Расширяемость и масштабирование сети ePMP 1000 обеспечивает высокую пропускную способность и надежность подключения с самого начала. По мере роста бизнеса провайдера имеется возможность расширять свою сеть, обеспечивая при этом отказоустойчивость и повышение прибыльности. Качество обслуживания (QoS) 35 Продукт позволяет вам уверенно предлагать услуги Triple Play - VoIP (передача голоса по IP), видео и данные. Предоставление вашим клиентам отличного качества обслуживания гарантирует их постоянную лояльность и превращает их в ваших надежных партнеров. Проверенная надежность Продукт обеспечивает стандарт высокого качества подключения во многих отраслях, которые зависят от фиксированной беспроводной широкополосной связи. Продукты Cambium Networks проходят тщательное тестирование и изготовлены из высококачественных компонентов. Cambium Networks ePMP Force 180 обеспечивает реальную пропускную способность абонента более 200 Мбит/с. Используя технологию 2x2 MIMOOFDM, ePMP обеспечивают высочайшие в отрасли скорости передачи данных. Интегрированная радиостанция ePMP Force 180 может быть настроена как абонентский модуль, несинхронизированная точка доступа или радиостанция с обратной связью. Это радио будет функционировать как клиент для синхронизированного радиосигнала GPS ePMP в развертывании Point-to-Multipoint (PMP) или Point-to-Point (PTP), формируя решение GPS Synchronized.[5] 36 Таблица 2.4 - Технические характеристики станции ePMP 1000 Force 180. Управляемый коммутатор Eltex mes1124m: Управляемый коммутатор доступа уровня L2, который имеет 24 порта 10/100Base-T и 4 комбинированных порта 1000Base-T/Base-X. Коммутатор осуществляет подключение конечных пользователей к сети крупных предприятий, предприятий малого и среднего бизнеса и к сетям операторов связи с помощью интерфейсов Fast и Gigabit Ethernet. Функциональные возможности коммутатора обеспечивают физическое стекирование, поддержку виртуальных локальных сетей, многоадресных групп рассылки и расширенные функции безопасности. 37 Таблица 2.5 – Технические характеристики управляемого коммутатора Eltex mes1124m Ключевые преимущества: Расширенные функции L2 Поддержка стекирования Поддержка Multicast (IGMP Snooping, MVR) Расширенные функции безопасности (L2-L4 ACL, IP Source Guard, Dynamic ARP Inspection и др.) Эффективная защита от скачков напряжения питания — до 6 кВ, вызванного грозовыми разрядами Возможность питания AC и DC 2.3. Схема организации связи Рисунок 2.3 – Схема организации сети передачи данных 38 Схема сети, по принципу которой будет разрабатываться сеть будет: Центральным элементом сети связи выступает управляемый коммутатор Eltex mes1124m, имеющий 24 порта 10/100Base-T и 4 комбинированных порта 1000Base-T/Base-X. Сеть БШПД представляет собой три базовые станции 1000ePMP GPS Sync Radio 5. Соединение БС осуществляется по интерфейсу Gigabyte Ethernet, кабелем витая пара FTP, 4 пары. Магистральный канал организован по WiMax сети, по топологии точка-точка. От станции МТС до ТЦТР идет арендованный канал 100 Мбит. Абоненты (пользователи) подключаются к сети через абонентские станции. Компания Cambium Networks предлагает для абонентов подключить устройство – Force180. Абонентская станция отличается физически, аппаратно и по стоимости. Для близлежащих абонентов используется абонентская станция (АС) Cambium Force180 – это наиболее низкий по стоимости комплект. Более дальних абонентов подключают через АС Force190. Для абонентов, которые находится за границей зон покрытия сети, возможно использование АС Force200. Данное оборудование также применяется для организации соединений «точка – точка», т.н. радиомостов. 2.4. Расчет пропускной способности сети Пропускная способность канала – это максимальный объем данных, который возможно передать от источника сообщения до приемника за одну секунду. Пропускная способность заключается в расчёте скорости передачи информации. Для расчета передачи информации воспользуемся формулой 2.1: 𝐶 = 1,2 ∗ 𝐷 ∗ 𝑃𝑣(∑ 𝑅𝑖 ∗ 𝑁𝑖) (2.1) где С – скорость передачи информации; 1,2 – коэффициент запаса пропускной способности; 39 D = 0,5 – доля пользователей ШПД, одновременно пользующихся связью; Pv = 0,5 – 0,7 – вероятность предоставления пользователю требуемой скорости; Ri – максимальная требуемая скорость доступа; Ni – количество пользователей с данной скоростью. Количество абонентов в проектируемой сети равна количеству домохозяйств и юридических лиц – 313 шт. Данным абонентам оператор обязан предоставить доступ в Интернет. Согласно среднестатистическим данным от ГУП ТЦТР РС(Я), скорость пользователей, использующих технологию БШПД, составляет примерно следующие процентные соотношения: 5% от общего числа пользователей имеют максимальную скорость 1024 Кбит/с; 30% имеют скорость 512 Кбит/с, 65% имеют скорость 256 Кбит/с. Исходя из вышеизложенного, видно, что скоростью 1024 Кбит/с, пользуются 15 абонентов, скоростью 512 Кбит/с пользуются 94 абонентов, скоростью 256 Кбит/с пользуются 204 абонента. Рассчитаем нагрузку, которая будет приходиться базовые станции: С = 1,2 ∗ 0,5 ∗ 0,5 ∗ (1024 ∗ 15 + 512 ∗ 94 + 256 ∗ 204) = 34 713,6 Кбит ≈ 34 Мбит/с; с Общая нагрузка, создаваемая всеми пользователями, равна 34 Мбит/с. Но, необходимо уточнить, что спутниковый канал с указанной скоростью будет несоизмеримо дорогостоящим, и не каждый оператор имеет в свободном доступе достаточную частотную емкость в одном спутниковом стволе. 40 2.5. Расчет зоны обслуживания с использованием модели Окамуры-Хата Таблиц 2.6 Исходные данные В соответствии с этой моделью величина затухания сигнала при распространении в городских районах определяется по формуле 2.2: 𝐿 = [69,55 + 26,16 lg(𝑓) − 13,82 lg(ℎБС ) + [44,9 − 6,55 lg(ℎБС )] ∗ lg(𝑅) − 𝛼(ℎ𝐴𝐶 )] (2.2) Где: 𝑓- частота излучения, МГц; 𝑅– расстояние между БС и AС, км; ℎБС - высота антенны БС, м; ℎ𝐴𝐶 - высота антенны AС, м; 𝛼ℎ𝐴𝐶 -поправочный коэффициент, учитывающий высоту антенны AС в зависимости от размеров города, дБ. Частота излучения - 𝑓 = 3500МГц; Высота антенны базовой станции (БС) = 30м; Высота антенны абонентской станции (АС) = 2м; 41 Расстояние между БС и АС - R =1,24км (самая отдаленная от вышки точка); Поправочный коэффициент, учитывающий высоту антенны АС, рассчитаем по формуле: 𝛼(ℎ𝐴𝐶 ) = (1,1𝑙𝑔 ∗ 𝑓 − 0,7)ℎ𝐴𝐶 − (1,56𝑙𝑔 ∗ 𝑓 ∗ 0,8), (2.3) С учётом данных получаем: 𝛼(ℎ𝐴𝐶 ) = (1,1𝑙𝑔 ∗ 3500 − 0,7)2 − (1,56𝑙𝑔 ∗ 3500 − 0,8) = 1,64 дБ Подставляем полученные данные в формулу 2.2 для расчета величины затухания сигнала: 𝐿 = 69,55 + 26,16 lg(3500) − 13,82 lg(30) + [44,9 − 6,55 lg(30)] ∗ lg(1,24) − 1,64] = 142,32 дБ Зону покрытия определяем дальностью связи между БС и АС. Дальность связи определяем по формуле 2.5. 𝑃ПС = РИЗЛ − 𝐿(𝑅, ℎБС , ℎАС ) − ВЭ (2.4) Где: РПС [дБм] – уровень мощности полезного сигнала на входе приемной антенны; РИЗЛ [дБм] – уровень эффективной изотропно излучаемой мощности передатчика в дБм; 𝐿(𝑅, ℎБС , ℎАС ) - затухание сигнала при распространении; 42 ВЭ [дБ] - дополнительные потери сигнала при работе с абонентской станцией в здании; 𝐿(𝑅, ℎБС , ℎАС ) = 142,32 дБ ВЭ = −15 дБ Уровень эффективной изотропно излучаемой мощности передатчика определяем по формуле 2.9: РИЗЛ = РПРД − ВФПРД − ВДПРД − ВК + 𝐺ПРД (2.5) Где: 𝑃ПРД [дБм] – уровень мощности передатчика в дБ/мВт; РПРД = 10𝑙𝑔 ∗ РПРД + 30 (2.6) 𝑃ПРД = 28 [Вт] - мощность передатчика БС; РПРД [дБм] = 10 𝑙𝑔 ∗ 28 + 30 = 44.47 дБм; ВФПДР = 4,4 дБ – потери в фидере антенны передатчика; ВДПРД =1 дБ – потери в дуплексере на передачу; В=3 Дб – потери в комбайнере (устройстве сложения); 𝐺ПРД = 17дБ – коэффициент усиления антенны передатчика; Подставляем данные в формулу (2.5): РИЗЛ = 44,47 − 4,4 − 1 − 3 + 15 = −104,25 дБм; Для определения уровня мощности полезного сигнала на входе приемной антенны все полученные данные подставляем в формулу (2.4): РПС = 53,07 − 142,32 − 15 = −104,25 дБм; 43 Основными условиями обеспечения связи является превышения уровня мощности полезного сигнала на входе приемной антенны минимально необходимого уровня мощности, этот минимально необходимый уровень мощности определяется характеристиками приемника согласно формуле 2.7. РПСмин [дБм] = РПРМ − ВФПРМ − ВДПРМ − КМШУ + 𝐺ПРМ (2.7) Где: РПС = -98дБм – чувствительность приемника; ВФПРМ =0 дБ– потери в фидере антенны приемника; ВДПРМ = 1 дБ – потери в дуплексном фильтре на прием; КМШУ =25 дБ – коэффициент усиления антенного тракта приема (МШУ); 𝐺ПРМ =10,5 дБ – коэффициент усиления антенны приемника. Все значения подставляем в формулу 2.7: РПСмин [дБм] = −98 − 0 − 1 − 25 − 10,5 = −134,5 дБм; Дополнительный запас уровня сигнала рассчитывается по формуле 2.8: РПСдоп = КТР ∗ 𝜎 (2.8) Где: 𝜎 = 4.1 lg(𝑅) + 5, дБ −стандартного отклонения; 𝜎𝑑 = 4.1 lg(1.24) + 5 = 5.36 дБ. КТР −коэффицент нормального распределения, обеспечивающий требуемую надежность связи. 44 Таблица 2.7 – Значения величин КТР и 𝑆(КТР ) При вероятности появления ошибок S=0.9; КТР = 1,282; Следовательно, дополнительный запас уровня сигнала равен: РПСдоп = 1,282 ∗ 5,36 = 6,87; Для того чтобы мощность сигнала, превышала минимальную мощность сигнала на входе приемной антенны исходя из чувствительности приемника, с заданной вероятностью, необходимо, чтобы выполнялось условие: 0 ≥ РПСмин , РПСдоп ; (2.9) Требуемый уровень мощности сигнала на входе приемной антенны,для обеспечения необходимой надежности связи определяется по формуле 2.10: РПС𝑚р = РПСмин + РПСдоп ; (2.10) РПС𝑚р = −14,5 + 6,87 = −127,63; −104,25 ≥ −127,63; Уровень мощность полезного сигнала превышает минимально требуемый уровень мощности сигнала на входе приемной антенны, следовательно, условие для обеспечения необходимой надежности связи выполняется. Исходя, из расчетов зона обслуживания одной БС покрывает всю требуемую площадь. 45 ВЫВОДЫ ПО II ГЛАВЕ Исходя из-за того, что в г. Нюрба широкополосный доступ в интернет от Ростелекома доступен только населению проживающих в только центре города, а в отдаленных микрорайонах интернета нет, было решено организовать доступ в интернет по сети. Базовую станцию и приема – передающие антенны было решено установить на телекоммуникационной вышке, принадлежащей ГУП «ТЦТР», т.к. это самое высокое сооружение, канал для доступа в интернет было решено. В данном проекте для проектирования сети WiMAX выбрано оборудование: Базовая станция – MicroMAXd; Абонентский модуль – RedMAX (SU-I); Секторная антенна – SECTOR. Данное оборудование отвечает всем требованиям и подходит для построения сети в выбранной местности. Расчет зоны обслуживания с использованием модели Окамуры-Хата, доказал, что сеть покрывает всю необходимую площадь при минимальной потери мощности сигнала на входе приемной антенны. 46 ГЛАВА 3. ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТИРОВАНИЯ БЕСПРОВОДНОЙ СЕТИ WIMAX НА ТЕРРИТОРИИ ГОРОДА НЮРБА 3.1. Расчет капитальных вложений и эксплуатационных расходов Капитальные вложения – это деньги, направленные на приобретение новых компаний; расширение, реконструкция и техническое оснащение существующих предприятий Основное производственное оборудование проектируемой сети представлены в таблице 3.1: Таблица 3.1 – Основное производственное оборудование проектирования беспроводной сети WiMAX на территории города Нюрба 47 Продолжение таблицы 3.1 При установке оборудования мы используем готовую конструкцию (мачтовые сооружения и рельеф местности местного оператора – ГУП «ТЦТР»). Расчет затрат на монтаж оборудования: Стоимость оборудования: Коб = 1 676 806 руб. Затраты на монтажные работы составляют 35,0% от стоимости оборудования: Км = 586 882,1 руб. Непредвиденные расходы (1,0% от стоимости оборудования): Кнепр. = 16 768,1 руб. Общие капитальные затраты рассчитываются в соответствии с формулой 3.1: К = Коб + Км + Кнепр. (3.1) Подставляем наши исходные данные в формулу 3.1: 48 К = Коб + Км + Кнепр. = 2 280 456,2 руб. Эксплуатационные расходы – это расходы, связанные с эксплуатацией оборудования компании. Эти расходы включают в себя: материальные затраты (затраты на электроэнергию); заработная плата персонала; единый социальный налог; амортизационные вычеты; прочие затраты. Для обслуживания оборудования сети беспроводного доступа необходим штат из 2 чел. (таблица 3.2): Таблица 3.2 – Расчет обслуживания оборудования беспроводной сети WiMAX на территории города Нюрба Расчет фонда основной оплаты труда вычисляется по формуле 3.2: ФОТ∑ = ФОТ + Пр + Дз ; (3.2) Где: Пр – премии, которые составляют 25,0% от ФОТ, Дз – дополнительные зарплаты, которые составляют 10,0% от ФОТ. ФОТ∑ = 876 000 + 219 000 + 87 600 = 1 182 600 руб. 49 Подоходный налог, т.е. налог на доходы физических лиц (НДФЛ) 13,0% от ФОТ∑ : Пналог = 0,13 ∗ 1 182 000 = 153 738 руб. Амортизационные отчисления составляют: 3,5% от годовых затрат на сооружения С = 53 304 руб.: Ас = 0,035 ∗ 53 304 = 1865,64 руб. 12,0% от годовых затрат на аппаратуру (А = Ц0 − С) (3.3): А = 1 676 806 − 53 304 = 1 623 502 руб. АА = 0,12 ∗ 1 623 502 = 194 820,24 руб. Суммарные амортизационные отчисления Аотч = Ас + АА (3.4): Аотч = 1865,4 + 194 820,24 = 196 685,88 руб. Материальные затраты Мз состоят из затрат на материалы и запчасти, которые составляют 3,0% от К – суммарных капитальных расходов: Мз = 0,03 ∗ 2 280 456,2 = 68 413,7 руб. Расходы на электроэнергию для производственных нужд от посторонних источников электроснабжения определяются на основе потребляемой мощности и тарифа за 1 кВт*ч. Потребляемая мощность определяется из технических характеристик данного оборудования. Для расчета берем стоимость 1 кВт электроэнергии, утвержденный на официальном сайте ПАО «Якутскэнерго». Для примера возьмем тариф электроэнергии за 1 кВт*ч принимается равным 6 рублей 50 копеек. Расход электроэнергии определяется по формуле 3.5: 3ЭЛ = ∑ 𝑁𝑖 ∗ 𝑊𝑖 ∗ 𝑡𝑖 ∗ Ц; (3.5) где: 𝑁𝑖–количество единиц оборудования одного типа; 𝑊𝑖–мощность, потребляемая i-го оборудования, кВт; 50 𝑡𝑖 – продолжительность работы оборудования в сутки; Ц–стоимость 1 кВт*ч. Результат подсчета запишем в виде таблицы 3.3. Таблица 3.3 – Расходы на электроэнергию Итого общие годовые затраты на электроэнергию составят: 3ЭЛ = 3242,75 руб. Суммарные материальные затраты Мз ∑ Мз ∑ = М + Э(3.6): = 68 413,7 + 3242,75 = 71 656 руб. Прочие затраты составляют 15,0% от ФОТΣ: Пз = 0,15 ∗ 1 182 600 = 177 390 руб. Таблица 3.4 – Эксплуатационные расходы беспроводной сети WiMAX на территории города Нюрба в год 51 Расчет эксплуатационных затрат: Эр = ФОТ∑ + Пналог + Аотч + Мз ∑ + Пз + А; (3.7) Эр = 1 182 600 + 153 738 + 1865,64 + 68 413,7 + 177 390 + 1 920 000 = 3 504 007,34 руб. Итак, всего эксплуатационные расходы при внедрении беспроводной сети WiMAX на территории города Нюрба в год составят 3 504 007.34 руб. 3.2. Расчет годовых доходов и прибыли Годовые доходы – доходы, получаемые за год от реализации услуг по определенным расценкам. Рассчитываются два вида доходов единовременные и текущие (ежегодные). Расчет текущих – ежемесячных доходов, получаемых от абонентов за предоставленные услуги, производился для первого года эксплуатации (таблица 3.5): Таблица 3.5 – Ежемесячные доходы при внедрении беспроводной сети WiMAX на территории города Нюрба 52 Общий доход будет составлять, в год: Где, Дтек – текущие доходы. Дтек = 156 000 ∗ 12 = 1 872 000 руб. Налог на прибыль – 20,0% годовых: Н = Дтек ∗ Н = 1 872 000 ∗ 20 100 ; (3.8) 20 = 374 400 руб. 100 Чистая прибыль составит: Пчист = Д − Н; (3.9) Пчист = 1 872 000 − 374 400 = 1 497 600 руб. 53 3.3. Расчет срока окупаемости, анализ технико–экономических показателей Срок окупаемости — это процесс, который показывает, в какой степени капитальные затраты окупаются и получают прибыль. Срок окупаемости рассчитывается по формуле 3.10: Т= К Пчист ; (3.9) Где, K– капитальные вложения, Пчист – чистая прибыль. 3 504 007,34 = 2,3 (2 года 3 месяцев ); 1 497 600 Технико–экономические показатели – это экономические и технические Т= критерии, характеризирующие объект проектирования. Таблица 3.6 – Расчет технико–экономических показателей при внедрении беспроводной сети WiMAX на территории города Нюрба 54 ВЫВОДЫ ПО III ГЛАВЕ Таким образом, по данным технико–экономических показателей количество базовых станций (БС) составляет 3, пропускная способность на сектор базовых станций (БС) – 20 Mбит/с, оптимальное число абонентов сети – 100 чел., численность штата – 2, капитальные затраты –2 280 456,2руб., эксплуатационные расходы –3 504 007.34 руб. при этом срок окупаемости составил 2 года 3 месяцев. Полученные расчеты показали, что предложенный проект является экономически эффективным, поэтому его можно реализовать к рекомендации. 55 ГЛАВА 4. БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ 4.1. Характеристика объекта проектирования и условий его эксплуатации Для обеспечения непрерывной связи и надежности подключения, осуществляется организация проектирования беспроводной сети WiMAX в сельском населенном пункте. Сеть распространяется в радиусе около двух километров. В состав сети входит: антенна, базовая станция и шлюз ASN. Габариты базовой станции: Длина: 416 мм; Высота - 336 мм; Ширина 107 мм; Участок 20×40 м. Корпус оборудования сделан из металла. Оборудование базовой станции (БС) стационарное. Часть оборудования установлена на мачте, а часть - в помещениях ТЦТР. Четырехпроводная сеть с заземленной нейтралью (380/200 В) с переменным током промышленной частоты в 50 Гц, является основным источником электропитания. Оборудование станции работает: при относительной влажности окружающего воздуха до 98,0% при температуре 35 градусов по Цельсию; при температуре окружающей среды от 20 градусов по Цельсию до 50 градусов по Цельсию; атмосферное давление до 460 мм рт. ст. температурная зона, где станция может быть отключена от 50 градусов по Цельсию до 65 градусов по Цельсию. скорость воздуха в холодное время года не более 0,2 м/с, в теплое время года - 0,3 м/с. 56 Без конкретной деятельности человека, надежность работы сетевого оборудования невозможна. Виды деятельности обслуживающего персонала: Проверка качества передаваемой информации Профилактическая работа на оборудовании Определение ошибок. На главной БС существует дежурный персонал. Требования оснащение помещений станций должны соответствовать санитарным нормативам и должны иметь естественное, искусственное освещение. Эти помещения относят к категории Д, что означает низкий риск пожара. При ремонте или замене деталей оборудования персонал должен иметь по крайней мере 3-ю квалификационную группу безопасности. 4.2. Мероприятия по технике безопасности Помещения станций должны быть ограждены не проводящим ток решетками, в том случае если в ней есть электрическое и радиотехническое оборудование, трубы водопровода, канализация и отопление. Со стороны французских дверей, удаление корпусов или выдвижных панелей оборудования, рядом с электромобилями и силовыми клапанами, должны лежать на полу диэлектрические коврики или дорожки шириной не менее 0,7 м. Станции оснащены заземлением, которое является одновременно защитным и рабочим. Количество наземного сопротивления не должно превышать 10 Ом. Ускорители поддержки (ОУС); Усилители (УС); Трансформаторные станции (ТП); Блок станций (БС). 57 Величина сопротивления заземления не должно превышать 4 Ом, если станции объединены в одном здании с электроподстанциями с напряжением 380/220 В и мощностью 100 кВТ. Заземление должно быть соединено с: Электромобили, трансформаторы, усилители, передатчики, оборудование и выключатели выходного дня; Рамки щитов распределения энергии, щитов управления и щитов; Металлические оболочки и бронеустановки и силовые кабели, металлические проволочные оболочки, стальные трубы проводки и другие металлические конструкции, связанные с электрической установкой; Если оборудование питается от сети с глухоземьем нейтральным, поврежденные части диаграммы должны быть безопасно отключены от сгорания предохранителей или автоматической защиты, когда их части закрыты для земли. Все части оборудования, которое должно быть заземлено, должны иметь металлическое соединение с заземленным нейтральным трансформатором (ноль). В установках с глухоземным нейтралитетом запрещается использование корпусов наземного оборудования без металлического соединения с нейтралитетом трансформатора. Нейтральная проволока электросетей должна быть размещена на главном силовом щите станции и надежно соединена с заземливной дорогой. Наземные направляющие должны быть сварены к земляным и заземленным конструкциям, а к корпусам приборов, машин и т.д. прикреплять сварные швы или надежные болтовые стыки, в то время как во влажных помещениях с коррозией паров или газов контактные поверхности должны иметь защитные покрытия. Концы заземления гибкие проводники, используемые для крепления к корпусам техники, техники и т.д., должны иметь сварные концы (давление допускается на последующем рационе). 58 Рубильники, зажимы и другие силовые части должны быть покрыты гильзами, защищены от случайного контакта деталей под напряжением. Если электрические и радиотехнические агрегаты имеют голые текущие детали, доступные для случайного прикосновения людей, то эти части должны быть закрыты или огорожены в тех случаях, когда напряжение выше, чем в зданиях наиболее опасных - 12 В, во всех остальных - 42 В. Проверка напряжения до 1000 В, осуществляется по индикатору напряжения. Незадолго до проверки отсутствия напряжения, правильность указателя или любого другого устройства, используемого для этой цели, должна быть определена на текущих управляемых частях поблизости и намеренно активирована. Если невозможно проверить указатель или любое другое устройство на месте, разрешается проверить их заранее в отключенном месте в другом месте. Если испытанное таким образом устройство упало или подверглось толчкам или ударам, его запрещено использовать без перепроверки. Станции должны иметь индивидуальную защиту, которая разделена на две группы до 1000B. Основные изоляционные электрические защиты для электрических установок с напряжением до 1000B включают в себя: Индикаторы напряжения Диэлектрические перчатки Ручной изоляционный инструмент. Дополнительная изоляционная электрическая защита для электрических установок с напряжением до 1000B включают в себя: Диэлектрические ковры Изоляционные колпачки, покрытия и накладки. 59 4.3. Мероприятия по пожарной профилактике Основными причинами пожара на станции являются: Перегрузка соединительных проводов и элементов схемы Короткое замыкание из-за снижения устойчивости к изоляции или контакта текущих ведущих частей с телом, если структура недостаточно жесткая; Искры и помехи между элементами диаграмм в их плотном расположении; Использование горючих материалов в конструкции Чрезмерная теплоемкости. Оборудование и аппаратура защищены правильным предохранителем и различными автоматическими переключателями. Обе станции устанавливают систему пожарной сигнализации с датчиками, которые активируются при повышении температуры и подключены в соответствии с графиком кольца. Комната имеет категорию пожарной опасности - D. В объекте нет легковоспламеняющихся газов, нет легковоспламеняющихся жидкостей, веществ, которые могут взорваться и сгореть при взаимодействии с водой. Обе станции оснащены основным противопожарным оборудованием. Для ликвидации пожаров используются углеродные огнетушители. На территории станций оборудованы противопожарные щиты (щиты с огнетушителями марки ОУ-8, лопатой, баграми и ломами), ящики с песком. 60 ВЫВОДЫ ПО IV ГЛАВЕ Таким образом, осуществление мер по охране труда и технике безопасности обеспечивает безопасную работу сервисного персонала и нормальную работу оборудования станции. Тщательно продуманные и сбалансированные решения в области охраны труда и техники безопасности (доступность зон отдыха для персонала, оптимальная температура и т.д.) способствуют повышению производительности Если персонал соблюдает правила охраны труда и техники безопасности, травмы и пожары сведены к минимуму. Возможны дальнейшие улучшения в организации занятости и общей безопасности персонала, которые способствуют профилактике заболеваний и травм. 61 ЗАКЛЮЧЕНИЕ Информационные технологии WiMAX обеспечивают относительно дешевый охват беспроводной широкополосной связью в Интернете. Как показали расчеты в проектировании, использование этой технологии будет эффективным в покрытии небольшой площади, таких как город Нурба. С беспроводным доступом оператор может сэкономить как на трудовых резервах (обслуживание сети всего на 8 сотрудников), так и на внедрении базовых станций, что существенно скажется на себестоимости предоставляемых услуг. В процессе разработки предложено и обосновано использование сети WiMAX с требуемыми функциями и рабочими характеристиками. Различные технологии распределения используются для достижения более высокого энергетического потенциала линий связи, снижения аутентификации сигнала и обеспечения лучшего покрытия микросхем. Прибыльная бизнес-модель WiMAX с более высоким охватом пользователей, удовлетворенностью пользователей и улучшенными линиями электропередач, может быть достигнута при использовании передовых антенных технологий (MIMO и AAS): MIMO A/B & STC Впоследствии была разработана конфигурация сети, отвечая критериям скорости, надежности, стоимости, информационной безопасности. Сеть объединяет следующие устройства: Мобильные диски (BreezeMAX USB 200 модем); Базовые станции (Air4G); Шлюз ASN; Доступ к сети (ASN). В данной работе предлагается использовать архитектуру сети ASN, основанную на простой иерархии настроенных однородных сетевых элементов, которая обеспечивает структуру между базовой сетью CSN и 62 радиосети WiMAX, а также расчет количества базовых станций, а также показывает ее распределение в районе поселения. Стоимость проекта не включает стоимость мобильных станций, так как сами абоненты будут вынуждены их покупать. Основной стоимостью строительства беспроводной сети WiMAX является стоимость оборудования и программного обеспечения. Проектируемая сеть предлагает возможность иметь годовой экономический эффект в размере 2 268 526,4 рублей, что позволит окупить затраты в течение 2,3 лет. Департамент здравоохранения и безопасности изучил характеристики проектного объекта и условия эксплуатации, мероприятия по обеспечению безопасности и предотвращению пожаров. В разделе охраны труда были рассмотрены характеристики объекта проектирования и условий его эксплуатации, мероприятия по технике безопасности и пожарной профилактике. Сравнив их с нормативными значениями, сделан вывод, что все нормы охраны труда соблюдаются. Таким образом, разработанная сеть WiMAX позволит обеспечить жителей города Нюрба экономически доступной и необходимой сетью. 63 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 1. Б. Б. Агатаева, Л. И. Сарженко. Мобильные телекоммуникации и цифровые системы передачи. Конспект лекций – Алматы: АУЭС, 2013. – 60 с. 2. Бабков В.Ю. Общие подходы к задачам планирования и оптимизации 2G - 4G сетей подвижной связи. Санкт-Петербург 2 015 г. 3. Вишневский В.М., Портной С.Л., Шахнович И.В. Энциклопедия WiMAX Путь к 4G / В.М. Вишневский, С.Л. Портной, И.В. Шахнович. – М.: 201 9. 4. Олифер В., Олифер Н. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы / В. Олифер. – СПб, Питер–пресс, 2015. 5. Сюваткин В.Н. WiMAX – технология беспроводной связи: основы теории, стандарты, применение / В.Н. Сюваткин. – СПб.: БХВ–Петербург, 2005. 6. Яковлев О.В. Распространение WiMAX технология беспроводной связи / О.В. Яковлев. – М.: Издание Ленанд, 2019. 7. IEEE Std 802.16. IEEE Standard for Local and metropolitan area networks. Part 16: Air Interface foe Fixed Broadband Wireless Access Systems. – IEEE, October. 8. IEEE Std 802.16e and IEEE Std 802.16 Part 16: Air Interface for Fixed and Mobile Broadband Wireless Access Systems. Amendment 2: Physical and Medium Access Control Layers for Combined Fixed and Mobile Operation in Licensed Bands. – IEEE, February. 9. IEEE Std 802.16e Mobile WiMAX Part1: A Technical Overview and Performance Evaluation. – IEEE, August. 10. Нюрбинский улус [Электронный ресурс] режим доступа к сайту: https://республика–саха–якутия.рф/stati/jakutija/nyurbinskii–ulus–raion.html. 11. https://ru.wikipedia.org/wiki/WiMAX 12. 64 65
