Проектирование информационной телекоммуникационной системы парома на трассе Калининград Санкт-Петербург (стр. 1 из 8)

«Проектирование информационной телекоммуникационной системы парома на трассе Калининград – Санкт-Петербург»

Калининград2010

Введение

Стремительное развитие телекоммуникаций вызвало в жизни Российского общества явление, названное мобильной и беспроводной революцией. Необходимость глубокого изучения и разработки инновационных технологий мобильного и беспроводного широкополосного доступа в сети связи требует объединения научных сил и потенциала ученых различных отраслей и технологической направленности. Стоящие задачи конвергенции различных видов сетей и услуг связи могут быть решены на основе взаимного обогащения двух важнейших научных направлений: развития современных телекоммуникаций сетей беспроводного широкополосного доступа и сетей мобильной связи.

Калининградская область занимает особое географическое местоположение, она находится в центре Европы и является связующим звеном между Россией и странами запада. Следовательно, должна соответствовать статусу европейских стран и иметь развитую телекоммуникационную инфраструктуру. Поэтому модернизация, развитие и внедрение современных систем связи является актуальнейшей задачей для нашего региона.

Таким образом, дипломный проект ставит основной задачей развитие систем связи на транспорте, а именно оснащение мобильной связью посредством спутниковой линии парома сообщением Калининград – Санкт-Петербург. В задачу проекта входит энергетический расчет системы, выбор необходимых параметров, таких как количество каналов, скорость передачи данных, размер и форма антенны, выбор цифровой системы.

Целью дипломного проекта является обоснование параметров многоканальной телекоммуникационной системы, предназначенной для обеспечения пассажиров парома мобильной связью, а также доступом к сети Internet.

Актуальность проекта заключается в том, что паром несколько дней плывет в нейтральных водах и находится вне зоны досягаемости базовых станций мобильной связи, вследствие чего пассажиры не могут обмениваться какой либо информацией с материком. Данный проект позволит открыть доступ не только к мобильной связи, но и к «всемирной паутине».

Первая глава освещает проблемы покрытия сотовой сети на пассажирском судне, представляет архитектуру мобильной связи на пароме и приводит количественный анализ необходимого трафика.

Во второй главе произведен обзор спутниковых систем, выбрана орбита, частотный диапазон, технология передачи данных.Третья глава посвящена энергетическому расчету спутниковой линии восходящего и нисходящего участков. Рассчитана наклонная дальность на участках радиолинии, затухание сигнала, шумовая температура, коэффициент усиления антенн земной станции и ретранслятора на приём и передачу, мощности передатчиков земной станции и ретранслятора связи на ИСЗ.В четвертой главе произведен расчет приемной антенны по схеме Кассегрена: геометрических параметров антенны, параметров облучателя и питающей линии.

В пятой главе описываются системы для организации покрытия сети на пароме. Обосновывается выбор предпочтительного оборудования. Показана система построения сети для парома, где пространство каюты экранировано. Разработаны предложения по сети связи в каютах.

1 . Анализ планового трафика сети

Трасса парома сообщением Калининград-Санкт-Петербург протяженностью 700 км, пролегает в нейтральных водах Балтийского моря. На таком расстоянии радиус покрытия базовых станций мобильной связи, находящихся на берегу, конструктивно не достигает трассы прохождения судна и, следовательно, связь на пароме не может быть организована обычным способом.Корабль находится в плавании двое судок, при этом деловые люди, а также отдыхающие могут испытывать дискомфорт, связанный с потребностью в связи, управлением своими делами на материке, а также с невозможностью получения новостей.Задачей данного проекта ставится обеспечение судна сотовой связью, а также возможностью подключения к сети Internet, через спутниковую линию связи.

1.1 Архитектура мобильной связи парома

Сотовая связь на пароме организуется так. Сигнал из наземной сотовой сети «поднимается» на спутник связи, откуда принимается антенной, установленной на корпусе судна и передается на фемто или пикосоту, установленную внутри салона. Сотовые телефоны пассажиров салона связываются с этой внутренней сотой для приема сигнала, поступившего через спутник с земли и передачи сигнала на землю по той же «цепочке».

Рис. 1.1. Архитектура сотовой связи парома

1.2 Расчет планового трафика сети.

Опыт эксплуатации систем связи за последнее время показал возможности и параметры, необходимые для расчета трафика при использовании различных приложений.

Таблица 1. Общие характеристики трафика разных приложений

Приложение / Характеристика трафика Терпимость к задержкам Время ответа Пропускная способность, Мбит/с
Электронная почта Высокая Регламентируется 0,004…0,20
Голос Низкая Реальное время 0,004…0,064
Передача файлов Высокая Регламентируется 0,01…600
Обработка транзакций Низкая Близко к реальному 0,016…2,048
Связь локальных сетей Высокая Реальное время 10…100
Доступ к серверу Высокая Реальное время 10…100
Высококачественное аудио Низкая Реальное время 0,128…1

Исходя из данных таблицы 1, можем оценить трафик сети. С учетом передачи файлов, использования приложений, обработки транзакций и голосовой связи найдем необходимую пропускную способность.

1.3 Количественный анализ трафика

Необходимую общую пропускную способность вычислим как:

где i=1..n;

P – общая пропускная способность;

– необходимая пропускная способность для i-ой услуги.

Необходимую пропускную способность в целом рассчитаем как произведение количества пользователей и нагрузка на каждого пользователя:

Общее количество пользователей примем равным 200, отсюда необходимая пропускная способность

.

Возьмем с запасом Р = 20 Мбит/с.

Стандартный ствол имеет полосу пропускания 36 МГц , что соответствует максимальной пропускной способности около 40 Мбит/с ,что удовлетворяет требованиям проекта.

Требования к проектируемой сети:

· необходимая полоса пропускания;

· расширяемость и способность к масштабированию сети;

· управляемость сети;

· интеграция разных видов трафика;

· соответствие требованиям по задержке пакетов в линии (не больше 250 мс );

· высочайшая надежность и готовность сети.

В первой главе произведена оценка необходимой пропускной способности сети, для реализации планового трафика. Для удовлетворения нужд абонентов в сотовой связи, а также доступу к сети интернет. Необходима скорость порядка 20 Мбит/с, что соответствует максимальной пропускной способности 40 Мбит/с.

2 . Анализ параметров спутниковой системы

В зависимости от вида предоставляемых услуг спутниковые системы связи можно разделить на три основных класса:

1. Системы пакетной передачи данных (доставки циркулярных сообщений, автоматизированного сбора данных о состоянии различных объектов, в том числе транспортных средств и т.д.)

2. Системы речевой (радиотелефонной) связи.

3. Системы для определения местоположения (координат) потребителей.

Системы пакетной передачи данных предназначены для передачи в цифровом виде любых данных (телексных, факсимильных сообщений, компьютерных данных и др.) Скорость пакетной передачи данных в космических системах связи составляет от единиц до сотен килобайт в секунду. В этих системах, как правило, отказываются от непрерывности обслуживания и не предъявляют жестких требований к оперативности доставки сообщений. В таком режиме работает «электронная почта» (поступившая информация опоминается бортовым компьютером и доставляется корреспонденту в течение некоторого времени).

При радиотелефонной связи в спутниковых системах используют цифровую передачу сообщений, при этом обязательно должны выполняться общепринятые международные стандарты. В таких системах задержка сигнала на трассе распространения не должна превышать 0,25 с и переговоры абонентов не должны прерываться во время сеанса связи. Обслуживание абонентов должно быть непрерывным и проходить в реальном масштабе времени. В этом случае при построении радиотелефонной спутниковой сети необходимо учитывать, что:

· Спутники должны оснащаться высокоточной системой ориентации для удержания луча их антенны в заданном направлении

· Количество спутников в системе должно быть достаточным для обеспечения сплошного и непрерывного покрытия зоны обслуживания.

Для обеспечения достаточного количества каналов связи должны применяться многолучевые антенные системы, работающие на высоких частотах (более 1,5 ГГц).

Значительный прогресс в развитии спутниковых систем персональной связи достигнут благодаря внедрению новых технических решений, ключевыми из которых можно считать: обработку сигнала на борту спутника-ретранслятора, создание перспективных сетевых протоколов обмена информацией и применение недорогих портативных пользовательских терминалов с малым энергопотреблением.

Развитию систем персональной спутниковой связи способствуют большие успехи, достигнутые в микроминиатюризации функциональных узлов коммуникационного оборудования. Применение арсенида галлия и фосфида индия позволило создать мощные солнечные батареи небольших размеров, а внедрение различных композиционных материалов – уменьшить массу спутников. Значительный прогресс ожидается и в области разработки бортовых ЭВМ на специализированных БИС (больших интегральных схемах), обеспечивающих высокоскоростную коммутацию при ретрансляции информационных потоков. Применение методов многостанционного доступа с кодовым разделением каналов (CDMA ), который основан на использовании широкополосных сложных сигналов, несомненно, способствует успешному развитию спутниковых систем связи.