Проектирование сети видеонаблюдения для рейсового транспорта на трассе Сусуман-Магадан

Савченко В.И.

Проектирование сети видеонаблюдения для рейсового транспорта на трассе Сусуман-Магадан

Выпускная квалификационная работа 11.03.02. Инфокоммуникационные технологии и системы связи

Связь

Дипломы

Вуз: Белгородский государственный университет - национальный исследовательский университет (НИУ «БелГУ»)

ID: 5a4031be7966e104c6a3e808

UUID: 46246930-cb2c-0135-724f-525400005860

Язык: Русский

Опубликовано: почти 7 лет назад

Просмотры: 28

Савченко В.И.

Источник: Белгородский государственный университет - национальный исследовательский университет (НИУ «БелГУ»)

Комментировать 0

Рецензировать 0

Скачать - 2,5 МБ

Поделиться работой

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «БЕЛГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» ( Н И У « Б е л Г У » ) ИНСТИТУТ ИНЖЕНЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И ЕСТЕСТВЕННЫХ НАУК Кафедра информационно-телекоммуникационных систем и технологий ПРОЕКТИРОВАНИЕ СЕТИ ВИДЕОНАБЛЮДЕНИЯ ДЛЯ РЕЙСОВОГО ТРАНСПОРТА НА ТРАССЕ СУСУМАН-МАГАДАН Выпускная квалификационная работа студента очной формы обучения направления подготовки 11.03.02 Инфокоммуникационные технологии и системы связи 4 курса группы 07001209 Савченко Владислава Игоревича Научный руководитель канд. техн. наук, доцент, доцент кафедры Информационнотелекоммуникационных систем и технологий НИУ «БелГУ» Сидоренко И.А. Рецензент Старший инженер отдела Развития сети филиала ПАО «МТС» в Белгородской области Скрыпников Р.С. БЕЛГОРОД 2016

СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………..……………..4 1 АНАЛИЗ МЕСТНОСТИ И УСЛОВИЙ РЕАЛИЗАЦИИ СИСТЕМЫ……………………………………………………………………….6 1.1 Анализ местности…………………………………………...……...……..6 1.2 Условия реализации системы……………………………...………...…...7 2 АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЙ ВИДЕОНАБЛЮДЕНИЯ …...….……..........9 2.1 Аналоговое видеонаблюдение.…………………………..…………......10 2.2 Цифровое видеонаблюдение..………...………………………………...12 2.3 IP видеонаблюдение……..………………………………………………13 3 ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СТАНДАРТА WiMAX ……..….16 3.1 Особенности стандарта IEEE 802.16e …………………….…………...16 3.2 Частотные диапазоны стандарта IEEE 802.16e………………………..18 3.3 Физический уровень……………………………………………………..19 3.4 MAC уровень………………………………………………………….....23 3.5 Архитектура построения сети WiMAX………………………………...29 4 РАЗРАБОТКА WiMAX СЕТИ ДЛЯ ТРАССЫ СУСУМАН- МАГАДАН……………………………………………………………………...36 4.1 Выбор оборудования и расчет сети сети………………..……………....36 4.2 Установка и соединение сети WiMAX …………………………………45 5 ТЕХНИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ ВИДЕОНАБЛЮДЕНИЯ…………………………………………….…………47 5.1 Выбор аппаратуры………………………………………………………..47 5.2 Рекомендации по установке оборудования в рейсовом транспорте….50 6 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТА……..53 6.1 Оценка капитальных вложений в проект…………………………….....53 Изм. Лист Разраб. Провер. Рецензент Н. контр. Утв. № докум. Савченко В.И.. Сидоренко И.А Скрыпников Р.С Сидоренко И.А Жиляков Е.Г. Подпись Дата 11070006.11.03.02.123.ПЗВКР Проектирование сети видеонаблюдения для рейсового транспорта на трассе СусуманМагадан Лит. Лист Листов 2 67 НИУ «БелГУ», гр. 07001209

6.2 Калькуляция эксплуатационных расходов………………………………57 6.3 Калькуляция доходов……………………………………………………...60 6.4 Определение оценочных показателей проекта…………………………..61 ЗАКЛЮЧЕНИЕ ...……………………………………………………………….66 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ………………….…….….67 Лист Изм. Лист № докум Подпись Дата 11070006.11.03.02.123.ПЗВКР 3

ВВЕДЕНИЕ Суровые условия и резко изменяющийся климат Магаданской области сильно влияют на безопасность людей, которые ездят по трассе СусуманМагадан. В разное время года, на разных участках трассы происходят различные происшествия, которые не только могут усложнить проезд транспорта, но и могут быть опасными для жизни пассажиров. В список подобных происшествий могут входить случаи от размытия трассы и заканчивая встречей транспорта с местной флорой и фауной. На данный момент, в Магаданской области, в месяц на трассе происходит примерно 20 аварий, большинство из которых происходит по вине неосторожных водителей. Эффективно было бы осуществлять видеонаблюдение на самых опасных участках трассы, но из-за суровых погодных условий и необходимости постоянного обслуживания камер — это невозможно. В этом случае актуально будет установить камеры системы видеонаблюдения на рейсовый транспорт, что позволит отслеживать как действия и возможные нарушения самого водителя, так и случаи нарушений со стороны водителей других транспортных средств. Так же для обеспечения безопасности пассажиров следует установить видеокамеры, которые будут фиксировать обстановку внутри транспортного средства. Кроме этого, целесообразно осуществлять отслеживание движение транспорта по трассе с помощью навигационной системы ГЛОНАСС, что позволит быстро отреагировать службам спасения в случае, если произойдет авария или возникнет опасная ситуация для пассажиров во время неблагоприятных погодных условий. С учётом сказанного, можно утверждать, что тема ВКР, посвященная проектированию системы видеонаблюдения за маршрутным транспортом на трассе Сусуман-Магадан, является актуальной. Цель работы: повысить безопасность движения маршрутного транспорта на трассе Сусуман-Магадан, путем создания системы видеонаблюдения и навигации. Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.123.ПЗВКР Лист 4

Для достижения цели в работе решаются следующие задачи: 1) Экспликация объекта проектирования. 2) Разработка требований к проектируемой системе видеонаблюдения. 3) Анализ и выбор технологий для решения поставленной задачи. 4) Техническое проектирование системы видеонаблюдения с возможностью навигации по системе ГЛАНАСС, 5) Оценка экономической эффективности проекта. Структура работы включает в себя Введение, 5 главы основного текста, заключение и список литературы. В первой главе рассматривается местность Магаданской области по которой пролегает трасса Во второй производиться анализ существующих систем видеонаблюдения В третьей описаны основные характеристики стандарта WiMAX В четвертой описывается разработка WiMAX сети для трассы В пятой рассмотрены этапы создания сети видеонаблюдения Работы содержит 70 страниц и 25 рисунка. Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.123.ПЗВКР Лист 5

1 АНАЛИЗ МЕСТНОСТИ И УСЛОВИЙ РЕАЛИЗАЦИИ СИСТЕМЫ 1.1 Анализ местности Представленная в данной работе местность- это трасса Магадан–Сусуман, ее длинна 625км. Она находится в двух климатических поясах- Субарктическом и умеренном поясе в области морского климата. На местности практически нет равнин и практически вся трасса состоит из перепадов высот. Рисунок 1.1 - Карта трассы Магадан-Сусуман Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.123.ПЗВКР Лист 6

Длительность безморозного периода превышает в среднем 100 дней. В континентальных районах в отдельные годы безморозный период не наблюдается. В очень большом диапазоне изменяется и скорость ветра, резко увеличиваясь по мере приближения к береговой полосе. Если в континентальных районах величина средней годовой скорости ветра составляет 2-3 м /сек, то на побережье моря она может достигать 7 м/сек. Максимальная скорость ветра в центральных районах области редко превышает 20 м/сек, а на побережье Охотского моря превышает 40 м/сек. Зима в Магаданской области продолжается от 6 месяцев на юге до 7,5 месяцев на севере. Снежный покров устанавливается в среднем к середине октября. В отдельные годы устойчивый снежный покров образуется значительно раньше - в первой декаде октября. Разрушение же снежного покрова, как правило, происходит в мае. Резкие смены погоды, частые штормы, жёсткие морозы, густые туманы, продолжительные метели, обильные осадки отрицательно сказываются на многих сторонах деятельности предприятий и организаций Магаданской области. Для оценки допустимости проведения работ и их нормирования на открытом воздухе в условиях Крайнего Севера используется оценка жёсткости погоды по ветро-холодному индексу. В зависимости от жёсткости погоды меняется максимальная сочетаниях продолжительность температуры неблагоприятное влияние воздуха на и организм работы. При критических скорости ветра, вызывающих человека, ограничиваются или прекращаются работы на открытом воздухе. 1.2 Условия реализации системы Из-за перечисленных выше условий установка камер видеонаблюдения на трассе не является целесообразным, в то время как установка видеонаблюдения Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.123.ПЗВКР Лист 7

непосредственно на рейсовый транспорт, который перевозит примерно 70% пассажиров которые ездят по этой трассе. Одним из главных условий реализации системы видеонаблюдения является бесперебойная передача видеосигнала в интернет. Это может быть достигнуто несколькими способами: покрытие всей трассы высокоскоростным широкополосным интернет соединением по средствам 3G/4G LTE технологий, но на такой шаг не решиться не один провайдер, так как такой подход не является рентабельным. Вместо этого есть второй путь реализации системы, это создание частной WiMAX сети которая будет работать только с рейсовым транспортом. В будущем будет возможность подключения других компаний, которые перевозят грузы по трассе. Так же из-за большого количества перепадов высот на протяжении всей трассы, соединение большинства WiMAX базовых станций будет не через радиорелейные линии, а через оптоволокно. Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.123.ПЗВКР Лист 8

АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЙ ВИДЕОНАБЛЮДЕНИЯ 2 В зависимости от типа используемого оборудования системы видеонаблюдения делят на аналоговые и цифровые. Аналоговые системы видеонаблюдения используют там, где необходимо организовать видеонаблюдение в небольшом числе помещений и информацию с видеокамер записывать на видеомагнитофон. Для обеспечения безопасности особо ответственных или территориально-распределенных объектов используют цифровые системы видеонаблюдения, которые, как правило, интегрируются в комплексные системы безопасности. Цифровая система видеонаблюдения применяется в системах безопасности территориально-распределённых объектов, а также в комплексах управления безопасностью глобальных компаний. Сегодня цифровые технологии видеонаблюдения постепенно "теснят" аналоговые системы по функциональным и техническим характеристикам, но по своей цене они превосходят стоимости аналоговых систем видеонаблюдения. Функции, характеристики и комплектация системы видеонаблюдения зависят от требований, предъявляемых заказчиком к безопасности объекта. Как правило, минимальная конфигурация такой системы включает в себя: видеокамеры, устройства обработки видеосигналов (квадраторы, мультиплексоры и др.), записывающее устройства (видеомагнитофоны, видеорегистраторы, видео рекордеры) видеоинформации (видеомониторы). видеонаблюдения устанавливают В и устройства более дополнительные отображения крупные системы управляющие и вспомогательные устройства - матричные коммутаторы, клавиатуры управления видеокамерами, видеопринтеры, усилители-распределители, модуляторы, телеметрические приемники и передатчики и другие охранные устройства. Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.123.ПЗВКР Лист 9

2.1 Аналоговое видеонаблюдение Совсем еще недавно видеомагнитофоны были очень важной частью любой системы видеонаблюдения видеорегистраторов (DVR) (и записи), количество но с новых появлением инсталляций цифровых систем видеонаблюдения с видеомагнитофонами стало стремительно сокращаться. Принципы записи на магнитную ленту известны большинству из нас по старым добрым кассетным аудио-магнитофонам. Сигнал переменного тока (АС), проходя через обмотку аудиоголовки, генерирует переменный магнитный поток сквозь магнитно-проницаемое металлическое кольцо, называемое головкой. Для того, чтобы магнитный поток вышел из кольца (в противном случае, магнитный поток останется внутри сердечника), в сердечнике сделана небольшая прорезь. Благодаря этой прорези формируется неоднородность для магнитного поля, которое выходит из сердечника и замыкается по воздуху, возвращаясь к другому концу прорези. Но если мы поместим магнитную ленту очень близко к головке, то поток будет проходить через ленту. Магнитная лента сама по себе очень тонкая и покрыта магнитным порошком, микроскопические частицы которого действуют как небольшие магнитики. Если наложить внешнее магнитное поле, то эти небольшие частицы могут быть поляризованы в различных направлениях, в зависимости от силы тока и его направления. Аналоговые системы видеонаблюдения стали первопроходцами на рынке охранного видеонаблюдения, но сегодня в чистом виде мало, где применяются. Скажем больше, аналоговые системы видеонаблюдения можно смело отнести к прошедшему этапу истории охранного теленаблюдения, хотя и на данный момент можно найти почитателей сего раритета. Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.123.ПЗВКР Лист 10

Рисунок 2.1 - Система аналогового видеонаблюдения Основу аналоговых систем составляли, собственно, камеры видеонаблюдения - оптические приборы с ПЗС-матрицей, образующей видеосигнал из светового потока, который предварительно проходил через объектив и линзы устройства. В аналоговой системе видеонаблюдения запись видеоматериала производилась на видеомагнитофон с выводом на монитор, что во многом обуславливало ограниченность функций такой системы. В частности, чтобы просматривать архив, не прерывая записи, пользователю необходимо было установить два видеомагнитофона, затем потратить значительное количество времени на перематывание кассеты, а при распечатке необходимого кадра использовать специализированный и достаточно дорогостоящий принтер. К прочим недостаткам аналоговой системы видеонаблюдения следует отнести следующее:  отсутствие ресурса для расширения ее возможностей;  неспособность поддерживать более одного аудиоканала;  необходимость в постоянном обслуживании – смена кассет, чистка и замена видеоголовок в магнитофоне. Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.123.ПЗВКР Лист 11

2.2 Цифровое видеонаблюдение По определению аналоговые сигналы могут иметь любое значение в заданном диапазоне. Примером такового аналогового сигнала может служить как аудиосигнал, так и видеосигнал. Как мы знаем, заданным диапазоном для аналогового видеосигнала является интервал от 0 вольт, что соответствует черному, до 0,7 вольт, что соответствует белому. Как уже говорилось ранее, большинство телекамер, используемых сейчас в видеонаблюдении, формируют аналоговые сигналы. Однако основная проблема, с которой мы сталкиваемся при работе с аналоговыми сигналами, заключается в том, что в них возникает и накапливается шум, и, как читатели, вероятно, знают из собственного опыта, в реальных условиях от этого шума избавиться невозможно. Он накапливается на каждом этапе формирования, передачи и обработки видеосигнала. Возникая еще в матрице и электронике телекамеры на начальном этапе формирования сигнала, шум увеличивается как при передаче (в кабеле), так и на завершающем этапе (в видеомониторах и устройствах записи и т.д.). Чем длиннее путь видеосигнала, тем больше шума мы получим в конце этого пути. Именно в этом проявляется существенное отличие цифрового сигнала. Так, одним из наиболее принципиальных различий между аналоговым и цифровым сигналом, кроме непосредственно формы, является иммунитет к шумам. Цифровой сигнал в электронной форме также подвержен воздействию шума, как и аналоговый. Но цифровые сигналы могут иметь только два значения: нуль и единицу. Шум будет воздействовать на сигнал только в том случае, если его величина достигнет уровней, которые могут превзойти помехоустойчивость цифровых схем, определяющих равенство сигнала нулю или единице. Это означает, что цифровые сигналы допускают аккумуляцию шума до невообразимого уровня по сравнению с аналоговыми видеосигналами, поэтому мы говорим, что цифровые сигналы фактически имеют иммунитет к шумам. (Можно также отметить, что уровням «нуль» и «единица» в цифровых Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.123.ПЗВКР Лист 12

электронных устройствах соответствуют режимы отсечки или насыщения активных элементов, а в этих режимах усиление наводок невозможно. Прим. ред.) В конечном итоге, это дает более протяженные расстояния для передачи, высокую помехозащищенность и отсутствие деградации сигнала, то есть более высокое качество изображения. Другое важное преимущество цифрового видеосигнала — это возможность цифровой обработки и хранения информации. Под этим подразумевается улучшение изображения, его сжатие, различные коррекции и т.д. Крайне существенным является то, что копия и оригинал ничем не отличаются по качеству изображения. Сколько бы копий цифрового изображения ни делали, качество всегда будет оставаться таким же, как у оригинала. И последним преимуществом цифрового видео является возможность проверки подлинности копии. Эта функция часто называется нанесением «водяных знаков» (water-mark) и позволяет защитить информацию, записанную в цифровой форме от подделки, что крайне важно для индустрии видеонаблюдения. 2.3 IP видеонаблюдение Наиболее перспективной из всех реализуемых на практике технологий организации систем видеонаблюдения представляется IP-технология. Основными компонентами систем сетевого видеонаблюдения являются сетевая камера, видеокодер или видеосервер (применяется для подключения аналоговых камер), сеть, сервер и система хранения, а также программное обеспечение для управления системой видеонаблюдения и записи видеоинформации. Сетевые камеры и видеокодеры созданы на базе цифровых технологий, поэтому они обладают возможностями, недоступными аналоговым камерам. Сеть, системы хранения и серверы - стандартное ИТ-оборудование. Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.123.ПЗВКР Лист 13

Способность использовать обычное сетевое оборудование – одно из главных преимуществ сетевого видео. Типовая система видеонаблюдения состоит из следующих элементов: одна или несколько сетевых камер, компьютер или сетевое хранилище для записи видеоархива. Для работы такой системы также нужна локальная сеть, проводная либо беспроводная (Wi-Fi). Рисунок 2.2 - Типовая структура системы IP-видеонаблюдения Основные задачи, которые позволяет решать подобная система видеонаблюдения: 1) наблюдение за объектом в режиме реального времени с возможностью одновременной записи изображения на сетевое хранилище; 2) наблюдение за работой сотрудников и за посетителями; 3) запись видео по срабатыванию аппаратного датчика движения и/или внешнего датчика, например, при открытии входной двери и т.д.; 4) уведомление на e-Mail по срабатыванию датчиков; 5) просмотр записанного видеоизображения с помощью компьютера, как в локальной сети, так и удаленно; 6) удаленный просмотр видео в режиме реального времени с мобильного телефона (смартфона). IP камера , оборудованная акустическим детектором , датчиком движения , прогрессивной разверткой стает очень эффективным прибором в любой системе безопасности. Потому что существенно расширяет возможности Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.123.ПЗВКР Лист 14

оповещения и управления событиями. Питание такой камеры как правило совмещено с передающим кабелем (PoE технология) это уменьшает и экономит количество проводов ведущих к видеокамере. Тем организациям, где уже смонтирована сетевая инфраструктура с быстродействующими серверами и маршрутизаторами, IP видеонаблюдение будет наименее затратно. Очень выгодно такие цифровые камеры ставить там, где положение IP камер а так же их число постоянно меняются, например в больших торговых залах, вокзалах, на магистральных газопроводах, в аэропортах. IP камеры с высокими разрешениями (больше трех мегапикселей) позволят создавать системы интеллектуального распознавания для идентификации того или иного человека в толпе и вообще автоматического анализа изображений, например автомобильных номеров. Анализ многих видеопараметров с помощью компьютеров существенно увеличивает безопасность объекта под наблюдением IP камер. Система построенная на основе IP видеонаблюдения легко становится интегрированной с пожарными датчиками или датчиками утечки газа, а также с датчиками охраны что только увеличивает общую безопасность мест под наблюдением IP камер. И позволит принять самое правильное решение при возникновении чрезвычайной ситуации. Простота хранения видеоархива на удаленных серверах, только увеличивает надежность сохранения видеоданных, а просматривать архивы можно даже со смартфона или планшета, находясь в любой точке земли, где есть Интернет. Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.123.ПЗВКР Лист 15

3 ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СТАНДАРТА WiMAX 3.1 Особенности стандарта IEEE 802.16e В 2004 году появился стандарт беспроводного широкополосного доступа IEEE 802.16-2004. Тогда казалось, что мир вот-вот шагнет в новую реальность, где пользователю практически в любой точке Земли будут доступны средства высокоскоростного информационного обмена, от передачи данных до телефонной связи и телевидения. Но вскоре выяснилось, что стандарт — это еще не все. Необходимо выделение частотного ресурса, построение инфраструктуры сетей, немалые усилия по интеграции уже существующих услуг, в конце концов, привлечение к новой технологии создателей контента для конечных пользователей. Однако главная проблема заключалось в том, что стандарт IEEE 802.16-2004 был ориентирован на фиксированный доступ: местоположения абонента определялось раз и навсегда. А в 21 веке это уже воспринимается как анахронизм. [9] Изменить ситуацию был призван утвержденный в конце 2005 года документ IEEE Std 802.16е-2005 (опубликован 28 февраля 2006 года), который называют «стандартом IEEE 802.16е». Такое наименование не совсем точно, поскольку IEEE 802.16е — это набор исправлений существующего стандарта 802.16-2004 и дополнения «Физический и МАС-уровни для совместной мобильной и фиксированной работы в лицензируемых диапазонах» [2]. Именно эти «дополнения» (из-за которых стандарт IEEE 802.16е называют «мобильный WiMAX») и открывают путь стандарту 802.16 в безграничный мир мобильных приложений. В результате он становится серьезным конкурентом технологий сотовой связи третьего и последующих поколений, равно как и других перспективных технологий беспроводного доступа. Новый стандарт предлагает IEEE 802.16е, что понятие «мобильность» относят к двум категориям абонентов — к так называемым номадическим Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.123.ПЗВКР Лист 16

(«кочующим») и к собственно подвижным. Номадические абоненты могут перемещаться в пределах действия сети, но в момент сеансов связи они локализованы (находятся в зоне одного и того же сегмента базовой станции) — например, пользователи ноутбуков, которые могут включить их дома, в офисе, на скамейке в парке и т.п. Подвижные абоненты должны иметь доступ к сети непосредственно в процессе движения (тот же пользователь с ноутбуком в движущемся автомобиле). Если для номадических абонентов важна быстрая регистрация в любой точке сети (в идеале – сети любого провайдера), то обеспечить подлинную подвижность гораздо сложнее. Прежде всего, необходимы процедуры передачи абонента от одной базовой станции (БС) к другой (или между различными сегментами одной БС) так, чтобы сам абонент этого не ощущал. Это функции так называемой эстафетной передачи (хэндовера). Кроме того, мобильность абонентов диктует совершенно иные требования к управлению ресурсами сети и к возможности их оперативного перераспределения. Ужесточаются и требования к вторичному использованию частотного ресурса сети. Именно поэтому в новой редакции стандарта значительное внимание уделено возможности пропорционального уменьшения частотной полосы канала, а также технологиям многоканальных антенных систем (MIMO). Для мобильных устройств очень важно снизить энергопотребление, чему способствуют специальные режимы и процедуры нового стандарта. Помимо собственно мобильности особое внимание IEEE 802.16е уделяет проблемам качества предоставляемых услуг (QoS). Ведь IEEE 802.16 рассматривается как стандарт для предоставления услуг операторского класса, в том числе и для мобильных абонентов. Поэтому вопрос QoS для этой технологии играет первостепенную роль. Нужно уточнить, что в данной работе под термином WiMAX будет подразумеваться стандарт IEEE 802.16e. Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.123.ПЗВКР Лист 17

3.2 Частотные диапазоны стандарта IEEE 802.16 В стандарте 802.16 предусмотрена работа в диапазонах 2…11 ГГц и 10-66 ГГц. В диапазоне 10-66 ГГц радиосвязь возможна лишь в случае прямой видимости между фиксированными точками. Характеристики стандарта приведены в таблице 3.1. Таблица 3.1 - Характеристики стандарта WiMAX Принят Скорости Моб. мм.гггг Полосы частот, ГГц 12.2001 11 - 66 нет Стандарт Схема передачи передачи Ширина Канала, МГц 32 – 134,4 802.16 Одна несущая 20, 25, 28 Мбит/с 1,75; 3,5; 7; 802.162004 06.2004 нет 2 - 11 Одна несущая или 256, или 2048 OFDM 1 – 75 14; 1,25; 5; Мбит/с 10; 15; 8,75 Одна несущая 2 – 11 802.16-е 12.2005 ( фикс.) или 256, или 1 – 75 1,25; 5; 10; 128, 512, 1024, Мбит/с 20 есть 2 –6(моб) 2048 OFDM Так как технология WiMAX относится к беспроводным технологиям, передачу информации реализовывают по радиоканалам, образованным между антеннами устройств, являющимися составными частями сети. При трансляции излученного антенной радиосигнала за счет влияния среды изменяются те или иные параметры сигнала. В результате принятый сигнал всегда отличается от переданного. Земная атмосфера для трансляции электромагнитных волн является не самой лучшей средой. Радиоволны способны огибать преграды (явление дифракции), размеры которых порядка длины волны и меньше. На рабочих Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.123.ПЗВКР Лист 18

частотах систем WiMAX длина волны менее 15 см, поэтому явление дифракции пренебрежимо мало. Представляют интерес два вида распространения сигнала: в условиях прямой видимости (LOS – Line of Sight) и в условиях отсутствия прямой видимости (NLOS – Non Line of Sight). В условиях городской застройки типично отсутствие прямой видимости. В стандарте 802.16 употребят следующие технологии передачи (таблица 3.2.): Таблица 3.2 - Технологии передачи стандарта 802.16 3.3 Физический уровень В основе стандарта мобильного WiMAX IEEE 802.16e лежит технология ОЧРД (OFDMA – OFDM Access), что дает возможность выделять отдельным базовым и абонентским станциям не весь, а часть канального ресурса в соответственной полосе рабочих частот. Полный канальный ресурс (множество поднесущих частот) может быть распределен между несколькими соседними базовыми станциями, что позволяет организовывать мягкий хэндовер при передвижении абонентов от одной базовой станции к другой. По этой причине стандарт 802.16е часто называют мобильным WiMAX. На рис. 3.1 показаны различные процессы и функциональные этапы Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.123.ПЗВКР Лист 19

обработки информационных сигналов на физическом уровне. Рисунок 3.1 - Функциональные этапы обработки сигналов на физическом уровне. Данные информацию на физическом уровне передают в виде непрерывной последовательности кадров. Каждый кадр имеет фиксированную длину (2 (2,5) … 20 мс), поэтому его информационная емкость зависит от символьной скорости и метода модуляции. Кадр состоит из преамбулы, управляющей секции и последовательности пакетов с данными. Сети IEEE 802.16 дуплексные. Возможно, как частотное FDD, так и временное TDD разделение восходящего и нисходящего каналов. При временном дуплексе каналов кадр делят на нисходящий и восходящий субкадры (их соотношение может гибко менять в процессе работы в зависимости от потребностей полосы пропускания для восходящих и нисходящих каналов), разделенные специальным защитным интервалом. Структура кадра мобильного WiMAX приведена на рисунке 2.2. Рисунок 2.2 - Разделение канального ресурса при временном дуплексе. Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.123.ПЗВКР Лист 20

В стандарте 802.16е число поднесущих меняется с изменением рабочей полосы. Это позволяет сохранить, неизменным разнос частот между поднесущими и активную длину символа. Согласно спецификациям, в 802.16е определены полосы в 1,25; 5; 10 и 20 МГц. (таблица 3.3). Поэтому технологию ОЧРД, используемую в 802.16е, называют SOFDMA (Scalable OFDMA) – масштабируемое ОЧРД (МОЧРД). Таблица3.3 - Характеристики ОЧРД Параметр Характеристики ОЧРД Полоса частотного канала, МГц 1,25 5 10 20 Число поднесущих 128 512 1024 2048 Отношение Tg/Tb 1/32, 1/16, 1/8, 1/4 Расширение полосы 28/25 Разнос поднесущих, кГц 10,94 10,94 10,94 10,94 Активная длина символа, мкс 91,4 91,4 91,4 91,4 11,4 11,4 11,4 11,4 102,9 102,9 102,9 102,9 Защитный промежуток, мкс,при Tg/Tb = 1/8 Длина OFDM символа, мкс Частичное использование канального ресурса может быть организовано различным образом. В варианте FUSC (Full Usage of Subcarriers) для образования отдельных подканалов используют весь канальный ресурс. Один подканал состоит из 48 поднесущих, применяемых для передачи данных, дополнительного числа пилотных поднесущих и защитных поднесущих, расположенных по краям частотного канала. Варианты разделения поднесущих для передачи данных и пилотных сигналов приведены в таблице 3.4 и проиллюстрированы рисунок 3.3. Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.123.ПЗВКР Лист 21

Рисунок 3.3 - Схема размещения поднесущих в режиме FUSC. Рисунок 3.4 - Распределение поднесущих частот. При PUSC (Partial Usage of Subcarriers) минимальной канальной единицей в направлении вниз является кластер. Каждый кластер образуют 14 размещенных рядом поднесущих. Формально один кластер всегда составлен из 2-х последовательных ОЧР символов, т.е. из 28 поднесущих, где на 24 передают данные, а на 4 – пилотные сигналы (рисунок 3.5). Один подканал состоит из двух кластеров (рисунок 3.5). Рисунок 3.5 - Структура кластера при PUSC. Распределение поднесущих при PUSC поясняет таблица 3.5. Таблица 3.5 - Распределение поднесущих при PUSC Полоса частотного канала, МГц 1,25 5 10 20 Число поднесущих 128 512 1024 2048 Число поднесущих в кластере 14 14 14 14 Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.123.ПЗВКР Лист 22

Окончание таблицы 3.5 Число кластеров 6 30 60 120 Число подканалов 3 15 30 60 72 360 720 1440 12 60 120 240 22/21 46/45 92/91 184/183 Поднесущие, используемые для передачи данных Пилотные поднесущие Защитные поднесущие (слева/справа) В направлении вверх при PUSC наименьшей единицей канального ресурса является элемент – тайл (tile). Каждый тайл составлен из 4 поднесущих длительностью 3 ОЧР символа (рис. 1.6). На 8 поднесущих внутри элемента передают данные, 4 поднесущие используют для передачи пилотных сигналов. ОЧР символ 0 ОЧР символ 1 ОЧР символ 2 Пилотная поднесущая Поднесущая данных Рисунок 3.6 - Организация тайлов в направлении вверх. Потом производиться разбивка на подканалы; при передаче вверх 6 тайлов образуют один подканал. Профили пакетов (burst) зависят от вида модуляции и схемы избыточного кодирования. 3.4 MAC-уровень Физический уровень стандарта IEEE 802.16 обеспечивает прямую доставку потоков данных между БС и АС. Все задачи, связанные с образованием структур этих данных, а также управлением работой системы решаются на MAC (Medium Access Control) - уровне. Оборудование стандарта IEEE 802.16 формирует транспортную среду для Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.123.ПЗВКР Лист 23

различных услуг (сервисов). Первая задача, решаемая в IEEE 802.16, – это механизм поддержки разнообразных сервисов верхнего уровня. Разработчики стандарта стремились создать единый для всех приложений протокол MAC-уровня, независимо от особенностей физического канала (рис. 1.7). Это существенно упрощает связь терминалов конечных пользователей с городской сетью передачи данных. Физически среды передачи в разных фрагментах WMAN могут быть различны, но структура данных едина. В одном канале могут работать (не единовременно) сотни различных терминалов большого числа конечных пользователей. Этим пользователям необходимы самые разные сервисы: передача голоса и данных с временным разделением, соединения по протоколу IP, пакетная передача речи через IP (VoIP) и т.п. Качество услуг (QoS) каждого отдельного сервиса не должно меняться при работе через сети IEEE 802.16. Алгоритмы и механизмы доступа МАС-уровня обязаны решать все эти задачи. Рис. 3.7 - Структура МАС-уровня стандарта IEEE 802.16. Структурно МАС-уровень IEEE 802.16 разделен на три подуровня (рисунок 3.7): - подуровень преобразования сервиса CS (Convergence Sublayer); - основной подуровень CPS (Common Part Sublayer); Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.123.ПЗВКР Лист 24

- подуровень защиты PS (Privacy Sublayer) Цель работы на CS-подуровне – оптимизация передаваемых потоков данных каждого приложения верхнего уровня с учетом их специфики. Различают 4 типа трафика по требованиям к задержкам: 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. rtPS – Real Time Polling Service – потоки реального времени с пакетами переменной длины (MPEG видео). nrtPS – Non-Real-Time Polling Service – поддержка потоков переменной длины при передаче файлов в широкополосном режиме. BE – Best Effort – остальной трафик. Механизм обеспечения QoS состоит в присоединении на уровне конвергенции в МАС заголовок сведений о типе передаваемого потока. Для этого используют либо 32–битовый идентификатор потока услуг SFID (Service Flow Identifier), либо CID (Connection Identifier). Для оптимизации транслируемых потоков предусмотрен также специальный механизм удаления повторяющихся фрагментов заголовков PHS (Payload Header Suppression) АТМ ячеек и пакетов, которые восстанавливают на приемном конце. Указаны операции, выполняемые на отдельных подуровнях уровня МАС: Подуровень конвергенции - Упаковка PDU для нижестоящего уровня - Распаковка PDU для вышестоящего уровня Общая часть МАС - Ввод и подавление заголовков - Режим запроса повторной передачи - Фрагментация - Установление соединения/разъединения Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.123.ПЗВКР Лист 25

- Управление качеством (QoS) - Многопользовательские услуги - Соединение/разъединение с сетью - Управление предоставляемой полосой частот Подуровень безопасности - Поддержка режима шифрации (AES-CCM) - Обмен данными о переходе к шифрации - Обмен ключом авторизации - Взаимная аутентификация Общий MACзаголовок Поле данных Контрольная сумма CRC Рисунок 3.8 - Пакет МАС – уровня. Сформированные пакеты данных MAС PDU (MAC Protocol Data Unit, блоки данных МАС-уровня) далее передают на физический уровень и передают по каналу связи. Пакет MAC PDU (рис. 1.9) включает заголовок и поле данных (его может и не быть), за которым может следовать контрольная сумма CRC (cyclic redundancy check). Определены два формата заголовка МАС. Первый - основной заголовок МАС, с которого начинается каждый протокольный блок данных уровня MAC PDU и содержащий или сообщения управления МАС или данные CS. Второй – заголовок запроса дополнительной пропускной способности. Общий заголовок используют в пакетах, у которых присутствует поле данных. Формат основного заголовка МАС приведена на рис. 1.10. Заголовок запроса полосы используют, когда АС обращается к БС с запросом о выделении или увеличении полосы пропускания в восходящем канале. При этом в заголовке указывают CID и размер требуемой полосы. Поле данных после заголовка запроса полосы отсутствует. Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.123.ПЗВКР Лист 26

Рисунок 3.9 - Формат основного заголовка МАС. Поля основного заголовка MAC определены в табл. 3.6. Таблица 3.6 - Поля основного заголовка МАС Поле Длина, бит Описание Указатель типа заголовка. HT HT=0 – заголовок общего типа 1 HT=1 – заголовок запроса пропускной способности Признак шифрования поля данных. EC EC=0 – содержимое поля данных не шифруется 1 EC=1 – содержимое поля данных шифруется Type 6 Тип поля данных. ESF 1 Указатель наличия расширенного подзаголовка. Признак наличия контрольной суммы CRC. CI CI=0 – контрольная сумма отсутствует 1 CI=1 – контрольная сумма CRC содержится в пакете EKS 2 Индекс ключа шифрования Rsv 1 Rsv=0 – не используется Длина в байтах пакета MAC PDU, включая МАС LEN заголовок и 11 контрольную сумму CRC, если она присутствует. CID 16 Идентификатор соединения. HCS 8 Контрольная сумма заголовка. Поле данных может содержать подзаголовки МАС, управляющие сообщения и собственно данные приложений верхних уровней, преобразованные на CS-подуровне. В стандарте описано пять типов МАС подзаголовков:  упаковки – используют, если поле данных одного PDU содержит несколько пакетов верхних уровней;  Изм. Лист фрагментации – используют, если, напротив, один пакет верхнего № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.123.ПЗВКР Лист 27

уровня разбит на несколько PDU;  управления предоставлением канала – используется абонентской станцией, чтобы сообщить базовой станции о необходимости в управлении пропускной способностью;  расширенный подзаголовок, с помощью которого внутри одного пакета МАС PDU может располагаться несколько подзаголовков;  Mesh – используют в Mesh-сетях; Подзаголовки располагаются сразу за основным заголовком МАС. Управляющие сообщения – это основной механизм управления системой IEEE 802.16. Описание профилей пакетов, управление доступом, механизмы криптозащиты, динамическое изменение работы системы и т.д. Запросы полосы могут быть как эпизодическими для БС, так и планируемыми. В первом случае запросы реализуют посредством пакетов, состоящих из заголовка запроса, передаваемых на конкурентной основе абонентскими станциями в специально выделенном для них интервале восходящего канала. Процедура плановых запросов полосы в восходящем канале называется опросом (polling). БС опрашивает АС об их потребностях в увеличении полосы пропускания. Реально это означает, что базовая станция предоставляет конкретной АС интервал для передачи запроса о предоставлении/изменении полосы, т.е. при запросе полосы не используют алгоритм состязаний. 3.5 Архитектура построения сети WiMAX 3.5.1 Базовая модель сети Спецификации стандарта WiMAX определяют передачу трафика и сигнальный обмен только на радиоинтерфейсе. Что касается соединения БС с Интернетом, сетями беспроводного доступа и сетями различных операторов, Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.123.ПЗВКР Лист 28

решения по архитектуре сети принимает оператор совместно с производителем. В целях унификации и определенной оптимизации WiMAX Forum предложена базовая архитектура сети (рис. 1.12). На рисунке 3.12 показана NRM (network reference model – базовая модель сети) WiMAX, которая является логическим представлением сетевой архитектуры. NRM разделяет систему на три логические части: 1. мобильные станции, используемые абонентами для получения доступа к сети; 2. ASN (access services network) – сеть доступа к услугам, которая является собственностью оператора доступа к сети (NAP – Network Access Provider); ASN состоит из одной или нескольких базовых станций, которыми управляет один или несколько шлюзов ASN (ASN-GW). 3. CSN (connectivity services nerwork) – подсеть оператора, обеспечивающая выход на IP и другие сети для реализации абонентских услуг. Эта подсеть обеспечивает необходимые коммутационные функции и функции безопасности. Абонента может обслуживать оператор домашней сети NSP (Network Services Provider). Абонент может также находиться в роуминге. В этом случае его обслуживает оператор визитной сети; при этом происходит обмен сигнальной информацией CSN визитного и домашнего оператора. Рисунок 3.10. Базовая модель сети. Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.123.ПЗВКР Лист 29

ASN выполняет следующие функции:  соединение на уровне L2 с АС;  поиск и выбор сети на основе предпочтений абонента о CSN/NSP;  обеспечение безопасности: передача данных об устройствах, пользователях, и услугах, серверу безопасности, временное хранение профилей пользователей;  управление радиоресурсом (RRM) в соответствии с классом трафика и требуемым QoS;  обеспечение мобильности, т.е. выполнение процедур хэндовера, локализации и пейджинга. В таблице 3.8 показано разделение функций в ASN между БС и шлюз ASN в соответствии с профилями ASN, установленными WiMAX Forum. Профиль B характеризуется интеграцией в одном элементе. Профиль целесообразно использовать в небольшим по объему сетях. Профили A и C предусматривают организацию шлюза в виде отдельного функционального узла. Отличие между профилями А и С незначительны. В профиле A за хэндовер отвечает шлюз ASN; в профиле C это БС, а шлюз ASN выполняет функцию переключения при хэндовере. В профиле A управление радиоресурсами осуществляет шлюз ASN, что позволяет динамически перераспределять радиоресурс между разными БС. В профиле C радиоресурс фиксирован для каждой БС и его назначение для конкретных абонентов производит сама БС. Таблица 3.8 - разделение функций в ASN Процедура Безопасность Изм. Лист № докум. Функция Имя объекта ASN Профиль A Профиль B Профиль C Аутентификатор Шлюз ASN ASN Шлюз ASN Ретранслятор БС ASN БС Распределитель ключей Шлюз ASN ASN Шлюз ASN Получатель ключей БС ASN БС аутентификации Подпись Дата 11070006.11.03.02.123.ПЗВКР Лист 30

Окончание Таблицы 3.8 Маршрутизация Мобильность потока Шлюз ASN и Шлюз ASN и ASN данных БС БС Управление хэндовером Шлюз ASN ASN БС Сервер контекста (буфер) Шлюз ASN и ASN Шлюз ASN и БС Управление радиоресурсами Пейджинг БС ПО мобильного интернета Шлюз ASN ASN Шлюз ASN Контроллер Шлюз ASN ASN БС ПО контроллера БС ASN БС ПО пейджинга БС ASN БС Управление пейджингом Шлюз ASN ASN Шлюз ASN Авторизация сервисного Шлюз ASN ASN Шлюз ASN сервисным БС ASN БС радиоресурсов потока QoS Управление потоком CSN обеспечивает следующие функции:  выделение адресов IP АС для сеансов связей;  безопасность в сети, для чего в CSN организуют сервер AAA (authentication, authorization and accounting – аутентификации, авторизации и учета);  организацию передачи трафика с необходимым QoS в соответствием уровнем обслуживания абонентов. При нахождении абонента в роуминге CSN домашнего оператора поддерживает профиль услуг абонента у обслуживающего оператора;  биллинг предоставленных абоненту услуг;  туннелирование потоков между CSN различных операторов с целью обеспечения роуминга;  управление мобильностью (хэндовер между БС, управляемыми различными ASN);  выход на другие сети, прежде всего в Интернет, и обеспечение таких современных Изм. Лист услуг № докум. как Подпись Дата локализация абонентов, VoIP и передача 11070006.11.03.02.123.ПЗВКР Лист 31

мультимедийной информации 3.5.2 Сетки и интерфейсы WiMAX NWG (network working group – группа разработки сети) разработала RP (reference points – стыки и интерфейсы), т.е. концептуальные соединения между различными функциональными элементами: ASN, СSN, АС, БС. Стыки не всегда являются физическими соединениями, а только в тех случаях, когда функциональны элементы расположены в разных местах, т.е. в различных физических устройствах. Следует отметить, что WiMAX Forum продолжает работу специфицированных по совместимости нормативных разработанных протоколов c RP целью на основе обеспечения максимальной пропускной способности сети. В таблице 3.9 представлены разработанные RP. Логическое представление архитектуры WiMAX показано на рисунке 3.12. Таблица 3.9-Существующие RP Стык Конечные точки Описание R1 АС и БС Организует радиоинтерфейс на основе IEEE 802.16e. Для АС и CSN R2 аутентификации, авторизации, управления конфигурацией IP хоста, и управления мобильностью. Это логический интерфейс АС и CSN Поддержка ASN и CSN R3 AAA, перечня услуг, возможность управления мобильностью. R3 также обеспечивает туннелирование IP данных между ASN и CSN Набор протоколов управления и организации сквозных каналов, начинающихся/ заканчивающихся в различных ASN и ASN R4 устройствах внутри ASN, которые координируют мобильность АС между ASN. В Release 1 интерфейс R4 обеспечивает взаимодействие между разнотипными ASN Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.123.ПЗВКР Лист 32

Окончание таблицы 3.9 Набор CSN и CSN R5 протоколов сквозных каналов управления для и организации взаимодействия между домашней и визитной сетями Набор протоколов управления и организации сквозных каналов взаимодействия между БС и шлюзом ASN. Протоколы организации сквозных BS и шлюз ASN R6 каналов обеспечивают передачу данных внутри структуры ASN или туннельных соединений между БС и шлюзом ASN. Опциональный ASN-GW-DP (decision R7 point) и набор протоколов в плоскости управления для координации между двумя группами ASN-GW-EP функций, определенных в R6 для (enforcement point) разветвленных структур сетей WiMAX. сложных Набор потоков сообщений плоскости управления и, возможно, команд для создания сквозных каналов между БС для организации быстрых и бесшовных хэндоверов. ПО организации сквозных каналов состоит из протоколов, которые позволяют передавать БС и БС R8 данные между БС, вовлеченными в хэндовер, и определенной АС. ПО плоскости управления состоит из протокола управления, специфицированного в IEEE 802.16e, и дополнительных протоколов, которые позволяют управлять передачей данных между БС, вовлеченными в хэндовер, и определенной АС. Архитектура сети WiMAX похожа на архитектуру многих IP сетей доступа, где инфраструктуру уровня L2 (уровня соединений) используют при концентрации трафика индивидуальных пользователей, где находятся элементы, которые обеспечивают конечные пользовательские устройства IP адресами для доступа к приложениям и услугам. В данном случае ASN представляет собой инфраструктуру канального уровня, обеспечивающую концентрацию каналов, а CSN предоставляет абонентам адреса IP и обеспечивает доступ к IP приложениям. Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.123.ПЗВКР Лист 33

Рисунок 3.11 - Логическое представление архитектуры WiMAX. WiMAX Forum предлагает два варианта протокольного обмена в транспортной сети (рисунок 3.13, рисунок 3.14). Различие между решениями состоит в организации интерфейса R6 в пользовательской плоскости (плоскости передачи данных). На рисунок 3.13 поверх него следует протокол IP-Ethernet, а на рисунок 1.14 возможны любые другие технологии передачи IP пакетов. Отличия состоят в том, что перед передачей пакетов по радиоинтерфейсу организуют конвергенцию (обработку заголовков) либо на уровне Ethernet, либо непосредственного на уровне IP. На интерфейсе R3 при передаче данных используют локальную маршрутизацию на основе IP протоколов, используя технологию IP-over-IP. Рисунок 3.13 - Стек протоколов передачи информации в транспортной сети WiMAX, с использованием Ethernet. Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.123.ПЗВКР Лист 34

Рисунок 3.14 - Стек протоколов передачи информации в транспортной сети WiMAX, с использованием IP протоколов. Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.123.ПЗВКР Лист 35

4 РАЗРАБОТКА WIMAX СЕТИ ДЛЯ ТРАССЫ МАГАДАН -СУСУМАН 4.1 Выбор оборудования и расчет сети 1. Базовая станция WiMAX Base Station Air4Gs - компактная, оптимизированная по стоимости базовая станция Для планирования сети было предпочтено оборудование компании Airspan. Произведен расчет параметров сети с использованием оборудования одобренного WiMAX Forum. Станция Air4Gs обладает высокой производительностью, конструкцией «все-в-одном», применяется для наружного использования – «все на улице», является оборудованием операторского класса. С небольшой, тонкий и легкий форм-фактором Масса - 10,5 kg/23.15 фунтов. Низкое энергопотребление - менее 90 Вт. Air4Gs является простым и доступным в установке и обслуживании. Base Station Air4Gs может работать с каналами шириной 5 МГц и 10 МГц. Air4Gs идеально подходит для операторов и операторских сетей в пригородных районах, а также расширения городских сетей. Продукт оптимизирован для вертикальных приложений, таких как Smart Grid или транспорта, где часто есть необходимость в сильных, экономически эффективных решениях. Air4Gs это базовая станция мобильного WiMAX (IEEE802.16e), стандартные интерфейсы R1 и R6. Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.123.ПЗВКР Лист 36

Рисунок 4.1 - Базовая станция Air4Gs Таблица 4.1 – Характеристики БС Поддерживаемые диапазоны частот, ГГц 2.3-2.4, 2.5-2.7, 3.3-3.8, 4.9-5.0 1 2 Ширина канала, МГц 1.75, 3.5, 5, 10 Число поднесущих 256 ; 512 и 1024 Метод дуплексилования FDD + TDD Модуляция 2-ФМ; 4-ФМ; 16-КАМ; 64-КАМ. Поддерживаемые профили Фиксированный WiMAX (расширяемый до мобильного WiMAX) Стандарт IEEE 802.16e-2005 Мощность передатчика до 40дБм на сектор Чувствительность приемника -115 дБм (1/16), -103 дБм (1/1) Коэффициент усиления антенн (UL/DL) 17дБ Антенна конфигурация MIMO: круговая 2х2; Кодирование с коррекцией ошибок Сверточное кодирование; турбокодирование. Кабели соединяющие ODU и IDU Полностью внешнее исполнение Диаграмма направленности антенны одного сектора 60°, 90°, 120°, 180°, 360° 2. Mobile WiMAX ASN шлюз решения (AN1 WIMAX ASN-GW) IEEE 802.16e-2005 совместно с сетью WiMAX Forum эталонной модели (NRM) обладает способностью управлять мобильностью абонентов, обеспечивает возможность идентификации, учета и применения политики в расчете на абонента, а также для выполнения функций AAA. Это достигается путем деления WiMAX сети на две основные части: • Изм. Лист Доступ к службе Network (ASN) ; № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.123.ПЗВКР Лист 37

• Подключение сетевых служб (ДНС) ASN состоит из базовых станций WiMAX и ASN Gateway (ASNGW). Сеть управляется программным пакетом AS8200 Netspan. Одним из ключевых элементов ASN является ASNGW, которая контролирует и управляет трафиками от большого количества базовых станций WiMAX. Платформа AN1 представляет собой идеальную среду начального уровня для распределения покрытия WiMAX приложений к небольшому числу абонентов и удовлетворения требований к пропускной способности. Создается сеть, архитектура которой обеспечивает экономическую эффективность на сельских сетях и сетях небольших населенных пунктов. Каждый шлюз ASN может направить трафики от нескольких базовых станций, что сокращает необходимое количество управляемых устройств и AAA операций при сведении к минимуму задержки установления соединения за счет уменьшения числа вызовов в сети. HA: (Home Agent, часть CSN)- элемент сети, отвечающий за возможность роуминга Основные характеристики и преимущества  Полный ASN шлюз и функциональность HA( Home Agent, часть  Надежная производительность, тарифы, сделки, обработка пакетов  Полный набор возможностей, управление мобильностью, в том CSN) числе и CMIP (Common Management Information Protocol. Протокол общей управляющей информации) — стандарт управления сетью OSI. PMIP v4/v6  Прочная конструкция, операторский класс соответствует NEBS / ETSI требованиям, а также возможностью восстановления программного обеспечения 3. Netspan –программа управления сетью Продукты Airspan включают в себя все функции, необходимые для первоначальной установки и ввода в эксплуатацию продукции, а также их бесперебойной и эффективной работы. Для этого все продукты включают в себя Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.123.ПЗВКР Лист 38

широкие возможности управления функциями этих продуктов, а также централизованное управление и операции (O & M) системы. Netspan обеспечивает выполнение следующих функций: • Исправность управления • Управление конфигурацией • Обработка аварийных сигналов • Управление производительностью • Управление безопасностью Netspan строится в соответствии с архитектурой клиент / сервер. Сервер Netspan работает на платформе ПК, используя базу данных SQL для хранения конфигурации, статистики и историй тревоги по радиосети. Доступ к серверу Netspan от различных стандартных веб-браузеров - с помощью веб-службы сервера Netspan. Управление сетью с помощью Netspan осуществляется одним работником - оператором круглосуточно. 4. Секторная антенна для базовой станции INT-SEC-17/5X-H Описание антенны SECTOR это профессиональные антенны, предназначенные для построения базовых станций высокой ёмкости в сельских районах. Антенны имеют возможность наклона, что обеспечивает мощный, сфокусированный сигнал в секторе. Благодаря высокому усилению и широкому углу охвата антенны, в малонаселённых районах достигается покрытие качественным сигналом большой площади. Высококачественный корпус позволяет достигать высокого результата даже в суровых погодных условиях. Ключевые достоинства • Излучающая поверхность покрыта лаком - надёжность при любых погодных условиях • Изм. Лист Антенна относительно небольшая и лёгкая. № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.123.ПЗВКР Лист 39

• Облучатель микрополоскового типа. • Модульная конструкция обеспечивает надёжное функционирование в самых суровых погодных условиях. • Сегментирование покрытия позволяет обслуживать больше пользователей одной базовой станцией. • Антенное крепеление имеет возможность наклона, что позволяет оптимизировать покрытие и уменьшить влияние посторонних сетей. Таблица 4.2 – Технические характеристики антенны Диапазон частот, МГц 2300-3800MHz усиление 17dBi в горизонтальной плоскости (-3dB) 60° в вертикальной плоскости (-3dB) 6° в горизонтальной плоскости (-10dB) 134° в вертикальной плоскости (-10dB) 25° вперед / назад соотношение > 24dB кросс поляризации > 27dB Для расчёта выбираем модель COST-231 Hata. Расчёт ведём на минимальной частоте f = 2300 МГц, высота антенны БС 8 м., высота МС 1,5 м. Расчёт выполним для различных видов модуляций, используемых в каналах связи: 4-ФМ, 16-КАМ, 64-КАМ. Необходимые расчётные формулы и исходные величины, а так же полученные результаты занесены в таблицы 4.4-4.6. Расчёт трассы даст результаты, которые определят настоящую зону обслуживания базовой станции. Эти расчёты важны для определения радиуса соты, что позволяет найти необходимое число базовых станций для покрытия заданной территории: Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.123.ПЗВКР Лист 40

Таблица 4.4 – Расчёт трассы вниз при модуляции 4-ФМ Энергетические Значение характеристики, параметры P Мощность передатчика TX , дБм 40 Потери в фидере антенны ПРД, PfidTX, дБ 2 Максимальный КУ антенны ПРД, G0TX, дБи 17 Излучаемая мощность Prad , дБм 55 P Чувствительность приемника RX , дБм PWS (50%) с -119,4 , дБм вероятностью 50 EWS (50%) % , 25 Pws(50%) Ews(50%) = 77,2 + 20lg 2300 – 119,4 Среднеквадратическое отклонение (СКО) 10 флуктуаций сигнала , дБ логнормального уровней Pws(50%) = -115 – 4,4 Ews(50%) = 77,2 + 20lg F + дБ (мкВ/м) Параметр Prad = 43 – 2 + 17 Pws(50%) =PRX – G0RX Необходимая напряженность поля полезного сигнала Prad =PTX – PfidTX + G0TX -115 Необходимая мощность полезного сигнала с вероятностью 50 % Расчетные формулы сигнала по распределения местоположению 0,68 с вероятностью 75% (75%), раз Pws(75%) = Pws(50%) + η(75%) Необходимая мощность полезного сигнала на границе зоны обслуживания с вероятностью 75% PWS (75%) -112,6 ∙σ Pws(75%) = -119,4 + 0,68 ∙ 10 , дБм Необходимая напряженность поля полезного сигнала на границе зоны обслуживания с EWS (75%) вероятностью 75% Допустимые основные вероятностью 50% Lt 50% Ews(75%) = Ews(50%) + η(75%) 31,8 Ews(75%) = 25 + 0,68 ∙ 10 , дБ (мкВ/м) потери передачи ∙σ с , дБ при нахождении 174,4 Lt(50%) = Prad – Pws(50%) Lt(50%) = 55 – (-119,4) АС на улице Допустимые основные вероятностью 75% Lt 75% потери передачи с , дБ при нахождении 167,6 Lt(75%) = Lt(50%) – η(75%) ∙ σ Lt(75%) = 174,4 – 0,68 ∙ 10 АС на улице Максимальная дальность связи с вероятностью 75% на границе зоны обслуживания Изм. Лист № докум. Подпись Дата R0 , км 2 R  f (F , L, H BS , H MS ) L  Lt 75% 11070006.11.03.02.123.ПЗВКР Лист 41

Таблица 4.5 – Расчёт трассы вниз при модуляции 16-КАМ Энергетические Значение характеристики, параметры Мощность передатчика, дБм 36 Потери в фидере антенны ПРД, PfidTX, дБ 2 Максимальный КУ антенны ПРД, G0TX, дБи 17 Излучаемая мощность, дБм Prad =PTX – PfidTX + G0TX 51 P Чувствительность приемника RX , дБм PWS (50%) Pws(50%) =PRX – G0RX -113,4 , дБм Необходимая напряженность поля полезного сигнала с вероятностью 50 EWS (50%) % , 31 Pws(50%) Ews(50%) = 77,2 + 20lg 2300 – 113,4 Среднеквадратическое отклонение (СКО) 10 флуктуаций сигнала , дБ логнормального уровней Pws(50%) = -109 – 4,4 Ews(50%) = 77,2 + 20lg F + дБ (мкВ/м) Параметр Prad = 36 – 2 + 17 -109 Необходимая мощность полезного сигнала с вероятностью 50 % Расчетные формулы сигнала по распределения местоположению 0,68 с вероятностью 75% (75%), раз Pws(75%) = Pws(50%) + η(75%) Необходимая мощность полезного сигнала на границе зоны обслуживания с вероятностью 75% PWS (75%) -106,6 ∙σ Pws(75%) = -113,4 + 0,68 ∙ 10 , дБм Необходимая напряженность поля полезного сигнала на границе зоны обслуживания с EWS (75%) вероятностью 75% Допустимые основные вероятностью 50% Lt 50% Ews(75%) = Ews(50%) + η(75%) 37,8 Ews(75%) = 31 + 0,68 ∙ 10 , дБ (мкВ/м) потери передачи ∙σ с , дБ при нахождении 154,4 Lt(50%) = Prad – Pws(50%) Lt(50%) = 51 – (-113.4) АС на улице Допустимые основные вероятностью 75% Lt 75% потери передачи с , дБ при нахождении 161,2 Lt(75%) = Lt(50%) – η(75%) ∙ σ Lt(75%) = 154,4 – 0,68 ∙ 10 АС на улице Максимальная дальность связи с вероятностью 75% на границе зоны обслуживания Изм. Лист № докум. Подпись Дата R0 , км 1,1 R  f (F , L, H BS , H MS ) L  Lt 75% 11070006.11.03.02.123.ПЗВКР Лист 42

Таблица 4.6 – Расчёт трассы вниз при модуляции 64-КАМ Энергетические Значение характеристики, параметры P Мощность передатчика TX , дБм 32 Потери в фидере антенны ПРД, PfidTX, дБ 2 Максимальный КУ антенны ПРД, G0TX, дБи 17 Излучаемая мощность Prad =PTX – PfidTX + G0TX Prad , дБм 47 P Чувствительность приемника RX , дБм PWS (50%) Pws(50%) =PRX – G0RX -107,4 , дБм Необходимая напряженность поля полезного сигнала с вероятностью 50 EWS (50%) % , 37 Pws(50%) Ews(50%) = 77,2 + 20lg 2300 – 107,4 Среднеквадратическое отклонение (СКО) 10 флуктуаций сигнала , дБ логнормального уровней Pws(50%) = -103 – 4,4 Ews(50%) = 77,2 + 20lg F + дБ (мкВ/м) Параметр Prad = 32 – 2 + 17 -103 Необходимая мощность полезного сигнала с вероятностью 50 % Расчетные формулы сигнала по распределения местоположению 0,68 с вероятностью 75% (75%), раз Pws(75%) Необходимая мощность полезного сигнала на границе зоны обслуживания с вероятностью 75% PWS (75%) -100,6 = Pws(50%) + η(75%) ∙ σ Pws(75%) = -107,4 + 0,68 ∙ 10 , дБм Необходимая напряженность поля полезного сигнала на границе зоны обслуживания с вероятностью 75% Допустимые EWS (75%) основные вероятностью 50% Lt 50% Ews(75%) 43,8 передачи Ews(50%) + η(75%) ∙ σ Ews(75%) = 37 + 0,68 ∙ 10 , дБ (мкВ/м) потери = с , дБ при нахождении 154,4 Lt(50%) = Prad – Pws(50%) Lt(50%) = 47– (-107,4) АС на улице Допустимые основные вероятностью 75% Lt 75% потери передачи с , дБ при нахождении 147,6 Lt(75%) = Lt(50%) – η(75%) ∙ σ Lt(75%) = 154,4 – 0,68 ∙ 10 АС на улице Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.123.ПЗВКР Лист 43

Окончание таблицы 4.6 Максимальная дальность связи с вероятностью 75% на границе зоны обслуживания R0 , км 0,58 R  f (F , L, H BS , H MS ) L  Lt 75% Рисунок 4.7 - Зависимости потерь от расстояния при передаче вниз. При расчете были учтены изменения мощности передатчика базовой станции и чувствительности приемника мобильной станции в зависимости от применяемой схемы модуляции. Использование модуляции 64-КАМ снабжает более высокую скорость передачи, но требует обеспечения большей величины отношения сигнал/шум. Поэтому такой способ целесообразно применять для пользователей, находящихся вблизи базовой станции. На краях сот самым подходящим является применение модуляции 4-ФМ. Расчет, приведенный выше, доказывает верность этого утверждения. Рисунок 4.8 - Расчётные данные зон покрытия. Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.123.ПЗВКР Лист 44

4.2 Установка и соединение сети WiMAX Из расчетов зон покрытия можно сделать вывод сколько понадобится базовых станция и где их устанавливать. Т.к радиус одной базовой станции равен примерно 2 километрам, для покрытия трассы понадобится 250 базовых станций которые будут находится на расстоянии примерно 2.5км друг от друга. Большинство базовых станций проектируется оборудовать двумя секторными антеннами что бы покрывать только территорию трассы и не расходовать ресурсы в пустую, хотя будет 5 базовых станций с тремя антеннами, они будут установлены в населенных пунктах. Это сделано для того, чтобы в случае если пассажиров довозят до дома в населенном пункте не была потеряна связь (пример на рисунке 4.9) Рисунок 4.9 - Пример зоны покрытия трассы и населенного пункта Ягодное. Так как ландшафт местности неоднороден и изобилует перепадами, соединение всех базовых станций по средствам радиорелейных линий не представляется возможным. Поэтому для соединения базовых станций было Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.123.ПЗВКР Лист 45

принято решение провести волоконно-оптический кабель по высоковольтным линиям, которые располагаются вдоль трассы (рисунок 4.10) Рисунок 4.10 - Карта линий высокого напряжения. Для прокладки был выбран специализированный подвесной кабель ОПЦ-8А-4 который по своим параметрам подходит для условий дальнего востока, так как кабель предназначен для эксплуатации в диапазоне температур от минус 60 °С до 70 °С. Кроме прямой прокладки кабеля по линиям электропередач кабели соединяют базовые станции WiMAX. Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.123.ПЗВКР Лист 46

5 ТЕХНИЧЕСКОЕ ВИДЕОНАБЛЮДЕНИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ 5.1 Выбор аппаратуры 1. Камера AXIS M1011- способна формировать несколько индивидуально настраиваемых потоков в форматах H.264, Motion JPEG и MPEG-4 Part 2. Полные частота кадров и разрешение гарантированы при любом сжатии. Сжатие H.264 позволяет оптимизировать использование полосы пропускания и памяти благодаря значительному сокращению скорости передачи данных. Рисунок 5.1 - Камера AXIS M1011. 2. Оборудование для онлайн видео вещания AirHD- помещается в небольшом рюкзаке и позволяет передавать потоковое видео высокого разрешения по сетям (3G/4G LTE, WiMAX), используя мультимодемную технологию. Особенности системы: • Разработана с учетом специфики операторов связи России и стран СНГ • Может работать одновременно с разным и сотовыми сетями (MultiMobile) •Технология беспрерывного вещания, и изменения битрейта видео (Adaptive Bitrate) •Замена аккумуляторов “на ходу”, без остановки вещания (Hot-Swap) •GPS/Глонасс трекинг местонахождения видео- оператора (OpLocator) Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.123.ПЗВКР Лист 47

Характеристики системы AirHD представлены в таблице 5.1 Таблица 5.1 – Характеристики системы AirHD Комплектация Системный блок, антенный блок, аккумуляторы, 4х USB модема, сенсорный планшет, рюкзак для переноски Видео 1080i 50/60, 720p 50/60, 720p 25/30, D1, Half D1, разрешение CIF Видео кодек H.264 AVC high profile Аудио кодек AAC. Интерфейсы HDMI, USB (*композитный, компонентный, SVideo, др.) Передача видео На CDN, стрим-каналы (ustream, youtube), сервер ,запись на SSD Модули связи 4х USB модема 3G/4G LTE/ WiMax, 1 модуль WiFi, 1 модуль Ethernet Стандарты связи 3G UMTS, CDMA, 4G LTE, HSPA+, HSUPA, HSDPA, EVDO, WiMax, Wi-Fi 802.11 Антенны Внешний антенный блок, повышенного качества приема Электропитание 2x аккумулятора, до 6 часов передачи видео Дополнительные Работа одновременно с разными сотовыми технологии сетями, для выбора лучшего сигнала (Multi-Mobile) Технология беспрерывного вещания, и изменения битрейта, в зависимости от качества сигнала (Adaptive Bitrate) Система автоматической коррекции ошибок видео (Clear Stream) Замена аккумуляторов "на ходу" (Hot-Swap) Настройка времени задержки потокового видео (On Time) GPS/Глонасс трекинг местонахождения видео-оператора на карте (OpLocator) Использование в качестве Wi-Fi точки доступа "Аппаратное и программное шифрование Системный блок с 1 аккумулятором: 22 x 14 x 7 см.; Антенный блок: 25 x 25 x 15 см.; Общий вес с рюкзаком: 3,5 кг. Габариты Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.123.ПЗВКР Лист 48

Рисунок 5.2 - AirHD 110 Pro. Данное оборудование позволяет создать систему видеонаблюдения, которая позволит получить достоверную картину событий на дороге, сделать видеозапись при срабатывании автомобильной сигнализации, проанализировать маршрут движения, используя возможности Глонасс и увидеть обстоятельства происшествий в салоне рейсового транспорта. Выбранное оборудование имеет полную совместимость и для работы требуется подключить камеру видеонаблюдения через USB-кабель к AirHD 110 Pro, после чего настроить оборудование. AirHd 110 Pro имеет фиксированные возможные значения разрешения передаваемого видео. Наиболее практичным выбором из возможных разрешений, (характеристики представлены в таблице 5.1) является передача видео в разрешении 720р с частотой кадров 25 кадров в секунду. Данный выбор обоснован тем что данное разрешение позволяет достаточно четко видеть дорогу и салон с достаточной частотой кадров для фиксации каких либо нарушений. Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.123.ПЗВКР Лист 49

5.2 Рекомендации по установке оборудования в рейсовом транспорте При выборе мест размещения видеокамер следует прогнозировать влияние возможных препятствий. Следует исключить попадание в поле зрения видеокамеры источников света (прямые солнечные лучи, огни рекламы, осветительные фонари, фары автомобилей), а также отражений от создающих блики поверхностей (вода, стекла и пр.). При этом должен обеспечиваться необходимый для нормальной работы видеокамеры уровень освещенности. Идеальным вариантом установки камеры для наблюдения за пассажирами будет в передней части транспортного средства, над проходом к месту водителя (как показано на рисунке 5.3). Для крепления камеры которая будет фиксировать дорогу подойдет место правее камеры снимающей пассажиров. (рисунок 5.3) Рисунок 5.3 - Места крепления камер и их углы обзора. Рисунок 5.4 - Схема подключения видеокамеры для передачи изображения в сеть. Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.123.ПЗВКР Лист 50

Система кодирования и передачи видеоизображения AirHD следует устанавливать в скрытое от пассажиров место, лучше всего для этого подойдет место для небольшого багажа над местом водителя. В большинстве случаев это место используется самим водителем, либо вообще не используется. Антенный блок устанавливается на торпеду транспортного средства для наиболее благоприятного приема сигнала базовых станций. Все силовые линии должны быть скрыты во избежание диверсии. Монтаж (установка) видеонаблюдения как и монтаж любых слаботочных систем, предполагает точное соблюдение основных руководящих и нормативных документов, с учетом специфики, связанной с техническими особенностями систем видеонаблюдения - высокой зависимостью от влияния различных помех, сложной настройкой оборудования, зависимости от погодных условий. Особенно много "подводных камней" при монтаже (установке) и настройке уличных систем видеонаблюдения. Основные технические особенности, характеристики объекта влияющие на процесс подготовки к монтажным работам должны быть учтены на этапе обследования объекта и использованы при подготовке технического предложения по монтажу системы видеонаблюдения. Камера AXIS M1011 обеспечивает полное разрешение 1280х720 при частоте смены кадров 25 кадр/с, от нее по USB кабелю видео передается в устройство передачи данных AirHD которое по технологии WiMax передает изображение в сеть. Для сжатия видео используется видео кодек H.264 , благодаря которому требуемая скорость потока примерно равна 3 Мбит/с, но в случае ухудшения сигнала система Air HD может принудительно понизить количество кадров в секунду для продолжения передачи видео. Пропускная способность одной ретрансляторной станции до 8 Мбит/с на прием, а максимальное количество одновременно задействованного транспорта на одну станцию 2, из этого следует что станции ретрансляции максимально будут загружены на 75%, так как в каждом рейсовом транспорте установлено по 2 камеры видеонаблюдения. Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.123.ПЗВКР Лист 51

Для установки Системы видеонаблюдения в рейсовом транспорте потребуется оборудование крепления и монтажа камер, а также прокладка дополнительных кабелей в салоне транспорта. Во время поездки видео будет постоянно передаваться на сервер сайта Магаданского Автовокзала. Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.123.ПЗВКР Лист 52

6 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТА 6.1 Оценка капитальных вложений в проект К капитальным вложениям на реализацию сети видеонаблюдения на рейсовом транспорте относятся все затраты, вносимые на первоначальном этапе строительства сети и системы видеонаблюдения, и имеющие единовременный характер. Инвестиции в оборудование по проекту и на ввод оборудования в эксплуатацию будут включать следующие составляющие: 1. стоимость оборудования сети WiMax; 2. стоимость оборудования сети видеонаблюдения 3. затраты на установку и монтаж оборудования; 4. стоимость кабеля для соединения базовых станций; 5. транспортные расходы (тара и упаковка, таможенные расходы); 6. прочие затраты (техническая документация, обучение специалистов, страховка); 7. прочие непредвиденные расходы. Общие капитальные вложения на приобретение оборудования сети широкополосного доступа в пгт. Шушенское рассчитываются по формуле: N Коб   Кi , руб i 1 (6.1) где Коб – суммарный объем затрат на приобретение оборудования, руб; Кi – общая стоимость одной позиции (типа оборудования); N – количество позиций. Оценка инвестиций на приобретение оборудования и строительство сети зависит от стратегии правительства Магаданской области. В Магаданской области правительство поддерживает проекты связанные с улучшением качества Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.123.ПЗВКР Лист 53

жизни в регионе, при небольшом количестве абонентов и высокой стоимости современного высокотехнологичного оборудования ожидаемая рентабельность будет невысокой. Тем не менее, Оператор которого поддерживает правительство обеспечит себе конкурентные преимущества и сможет наращивать монтируемую ёмкость сети в дальнейшем, подключая соседние населенные пункты, получая стабильную прибыль и улучшая качество жизни в регионе. В то же время видеонаблюдение на рейсовом транспорте обеспечит дополнительную фактор безопастности на трассе Сусуман-Магадан. Стоимость оборудования приведена ориентировочно, цены зависят от многих факторов: условий, объемов и сроков поставки оборудования, его комплектации, а также наличия долгосрочных договоров. В Магаданской области ПАО «Ростелеком» уже применяет оборудование компании Huawei Technologies, ядро сети расположено в г.Магадан, кроме того, в проекте будут использоваться существующие антенно-мачтовые сооружения, поэтому в смету затрат войдут только расходы на базовые станции, коммутаторы, маршрутизатор и оптические кабели для организации связи и видеонаблюдения. Смета затрат на приобретение оборудования представлена в таблице6.1. Таблица 6.1 – Смета затрат на приобретение оборудования сети радиодоступа WiMAX. № п\п 1 1 1. 1 1. 2 1.3 2 3 Изм. Лист Наименование 2 Сеть радиодоступа стандарта WiMAX Базовая станция WiMAX Base Station Air4Gs Антенно–фидерные устройства: Секторная антенна для базовой станции INT-SEC-17/5X-H Вспомогательное оборудование: Монтажный материал Оборудование транспортной сети ASN шлюз AN1 WIMAX ASN-GW Линейно-кабельные сооружения Кабель оптический ОПЦ-8А-4, км № докум. Подпись Дата Кол –во 3 Цена за шт. 4 Цена (руб.) 5 5086150 250 7000 1750000 510 6540 3335400 250 3000 1 580000 700 231,5 750 000 580000 580000 232050 232050 11070006.11.03.02.123.ПЗВКР Лист 54

Продолжение таблицы 6.1 ИТОГО 5898200 Тара и упаковка Транспортные расходы Заготовительно-складские расходы Установка и настройка 0,5% 4% 1% 15% ИТОГО 2950 235928 58982 884730 В стоимость базовой сети не включены оборудование доступа в сети TCP/IP (NAU) и пограничный шлюз (BG) в состав которых входят DNS и DHCP сервер, LAN Switch, Firewall и т.д. Данные элементы являются дополнительными, и они уже установлены в г.Магадан. Кроме того, не учтены затраты на лицензии на использование частот. Как показывает смета затрат, ориентировочная стоимость необходимого оборудования для сети стандарта WiMAX составит 7080790 рублей. Ориентировочная стоимость монтажных работ составит 884730 рублей. При приобретении оборудования учитываются расходы: К пр – Затраты на приобретение оборудования; Ктр – транспортные расходы в т.ч. таможенные расходы (4% от Кпр); Ксмр – строительно-монтажные расходы (15% от Кпр); Кт/у – расходы на тару и упаковку (0,5% от Кпр); Кзср – заготовительно-складские расходы (1% от Кпр); Кпнр – прочие непредвиденные расходы (3% от Кпр). Затраты на строительство линейно-кабельных сооружений будут включать стоимость волоконно-оптического кабеля, прокладываемого между базовыми станциями, и монтажные работы. В среднем, стоимость прокладки 1 км волоконно-оптического кабеля связи по воздуху с креплением на столбы обходится от 50 до 70 тыс. рублей, в зависимости от состояния кабельных каналов. [19] Общие затраты на прокладку кабеля составят: Kкаб=L×Y, Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.123.ПЗВКР (6.2) Лист 55

где L – длина трассы прокладки кабеля; Y – стоимость 1 км прокладки кабеля. Kкаб=700*60000=42000000 руб. Таким образом, общие капитальные вложения рассчитываются как: КВ = (Кпр+Ктр+Ксмр+Кт/у+Кзср+Кпнр) +Ккаб, руб (6.3) КВLTE = (5898200 +5898200 *(0,04+0,2+0,005+0,012+0,03))+42000000 = = 49080790 руб. Для расчета требуемых инвестиций в проект нужно учесть текущий курс валют, возможность скидки и т.п., поэтому стоимость оборудования и линейнокабельных сооружений взята ориентировочно, по сведениям из указанных Интернет-ресурсов. Таблица 6.2 – Смета затрат на приобретение оборудования сети видеонаблюдения для рейсового транспорта. № п\п 1 1 1. 1 1.2 2 3 Наименование 2 Сеть видеонаблюдения Видеокамера AXIS M1011 Вспомогательное оборудование: Монтажный материал Оборудование для кодирования и передачи видео AirHD 110 Pro Кабели и переферия Питание от прикуривателя Кабель Belsis USB2.0 AM/microB 5P 1.8 метра ИТОГО Цена за шт. 4 Цена (руб.) 28 8729 5 300160 244160 28 2000 56000 4872000 14 348000 14 1500 4872000 27720 21000 28 240 6720 5199880 Тара и упаковка Транспортные расходы Заготовительно-складские расходы Установка и настройка Изм. Лист Кол –во 3 № докум. Подпись Дата 0,5% 4% 1% 15% ИТОГО 25999,4 207995,2 51998,8 779982 6265855,4 11070006.11.03.02.123.ПЗВКР Лист 56

6.2 Калькуляция эксплуатационных расходов Для расчета годового фонда заработной платы необходимо определить численность штата производственного непрерывной работы сети персонала. необходимое количество Для обеспечения специалистов и обслуживающего персонала составляет два человека (ведущий инженер, инженер, ), т.к. проектируемая сеть является достаточно автономной. В случае неисправностей недостающий персонал будет нанят по лизингу. Таблица 6.2 - Численность штата Количество, Сумма з/п, чел. руб. 45 000 1 35 000 35 000 1 25 000 Наименование должности Оклад Ведущий инженер Инженер Годовой фонд оплаты труда составит: K ФОТ = (T * Pi * I i ) *12, руб. (6.4) i1 где Ii – количество работников каждой категории; Pi – заработная плата работника каждой категории, руб; 12 – количество месяцев: Т – коэффициент премии (если премии не предусмотрены, то Т=1). ФОТ=((45000)×12)+( (35000)×12) = 960000 руб. Расчет сделан без учета повышающей ставки для лиц, работающих в районах, приравненных к Крайнему Северу, т.к. эта ставка индивидуальна и зависит от трудового стажа. Каждое предприятие обязано выплачивать страховые взносы за Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.123.ПЗВКР Лист 57

сотрудников. На сегодняшний день (2016 год) этот показатель составляет порядка 30% от заработной платы. СВ =0,3 × ФОТ (6.5) СВ =0,3 ×420000 = 288000 руб. Под амортизацией понимается процесс постепенного возмещения стоимости основных фондов, переносимой на вновь созданную продукцию (услугу), в целях накопления средств, для реконструкции и приобретения основных средств. Рассчитаем амортизационные отчисления на полное восстановление производственных фондов: AO=T/F, (6.6) где T – стоимость оборудования, F – срок службы оборудования. Срок службы оборудования, согласно действующего до сих пор постановления Совмина СССР «О единых нормах амортизационных отчислений на полное восстановление основных фондов народного хозяйства СССР», для коммутационного оборудования связи составляет 5,6 лет. Следовательно, амортизационные отчисления равны: АО=11098080/5,6 = 1981800 руб. Затраты на оплату электроэнергии определяются в зависимости от ставки (тарифа), принятого в Магаданской области для юридических лиц , а также с учетом мощности оборудования базовых станций: ЗЭН = Т×24×365×Р (6.7) где Т = 6,51 руб./кВт. час – тариф на электроэнергию в Магаданской области [20]. Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.123.ПЗВКР Лист 58

Р - мощность БС. Мощность БС равна 1,26 кВт, тогда Р=2,52 кВт. Тогда, затраты на электроэнергию составят: ЗЭН =6,51×24×365×2,52 = 143709,55 руб. г) затраты на материалы и запасные части составляют 3,5% от основных производственных фондов: ЗМЗ=КВ*0,035, (6.8) где КВ - это капитальные вложения. В итоге материальные затраты составляют: ЗМЗ = 13346645,4 × 0,035 = 467132,59 руб. Таким образом, общие материальные затраты равны ЗОБЩ = ЗЭН +ЗМЗ=143709,55+467132,59 =610842,14 руб. Прочие расходы состоят из общих производственных (Зпр.) и эксплуатационно-хозяйственных затрат (Зэк.): Зпр = 0,15 *ФОТ (6.9) Зэк = 0,25 *ФОТ (6.10) Подставив значения, получаем: Зпр = 0,15×960000 = 144000 руб. Зэк = 0,25×960000= 240000 руб. Таким образом, прочие расходы составят: Зпрочие= 384000 руб. Результаты расчета годовых эксплуатационных расходов приведены в таблице 5.3. Таблица 6.3 – Годовые эксплуатационные расходы Наименование затрат 1. ФОТ 2. Страховые взносы 3. Амортизационные отчисления 4. Материальные затраты 5. Прочие расходы ИТОГО Изм. Лист № докум. Подпись Дата Сумма затрат, руб. 960000 288000 1981800 610842,14 384000 4224642,14 Удельный вес статей, % 22,72 6,81 46,94 14,45 9,08 100 11070006.11.03.02.123.ПЗВКР Лист 59

6.3 Калькуляция доходов Главным направлением проекта является установка видеонаблюдения на трассе Магадан Сусуман, и доходность с этого пункта не является основной частью окупаемости настолько мала что ей можно пренебречь. Главным пунктом окупаемости проекта является сдача в аренду части ресурсов проложенной оптоволоконной линии которой соединены WiMAX БС до города Сусуман. Исходя из этого можно рассчитать прибыль данного проекта. Таблица 6.5 – Тарифы для абонентов (согласно действующим тарифным планам ПАО «Ростелеком») [21] Наименование предоставляемых услуг Стоимость, руб. Доступ к сети Интернет Юридические лица 42000 Тарифные планы: для юридических лиц – «Стартап Безлимит VI 10 Сити». Годовой доход за предоставление абонентам доступа к различным услугам рассчитывается как: J Д год   Ni * Bi *12 , (6.11) i 1 где N – размер абонентской платы за конкретный вид услуги в месяц; В – количество абонентов, пользующихся конкретной услугой. Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.123.ПЗВКР Лист 60

Таблица 6.6 – Доходы предоставления услуг по годам Год Количество абонентов Доход, руб. Юридические лица 1 20 10 080 000 2 40 20 160 000 3 60 30 240 000 4 80 40 320 000 5 100 50 400 000 6.4 Определение оценочных показателей проекта Расчет чистого денежного дохода (NPV) основан на сопоставлении величины исходных инвестиций (IC) с общей суммой дисконтированных чистых денежных поступлений (PV) за весь расчетный период. Иными словами этот показатель представляет собой разность дисконтированных показателей доходов и инвестиций, рассчитывается по формуле: NPV = PV – IC (6.12) где PV – денежный доход, рассчитываемый по формуле (6.13); IC– отток денежных средств в начале n-го периода, рассчитываемый по формуле (6.14). Pn n n1(1 i) T PV   (6.13) где Рn – доход, полученный в n-ом году; i – норма дисконта 12%; Т – количество лет, для которых производится расчет. Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.123.ПЗВКР Лист 61

In n -1 n 1 (1 i) m IC   (6.14) где In – инвестиции в n-ом году; i – норма дисконта 12%; m – количество лет, в которых производятся выплаты. Ежегодные затраты будут складываться из ежегодной платы за использование радиочастотного спектра для работы сети в размере 3500000 руб и годовых эксплуатационных расходов 4224642,14 руб, т.е. 7724642,14 руб. Результаты расчетов приведены в таблице 6.7. Таблица 6.7 – Оценка экономических показателей проекта с учетом дисконта Год 0 1 2 Р, тыс. руб. PV, тыс. руб. I, тыс. руб. IC, тыс. руб. NPV, тыс. руб. 0,00 0,00 12164,055 12164,055 -12164,055 10080 9000 4224,642 15936 -6936.055 20160 25071,5 4224,642 19303.905 6397,595 Как видно из приведенных в таблице 6.7 рассчитанных значений, проект окупится на втором году эксплуатации. Точный срок окупаемости можно рассчитать по формуле: PP  T  NPVn 1 /(| NPVn 1 | NPVn ) (6.15) где Т – значение периода, когда чистый денежный доход меняет знак с "-" на "+", NPVn – положительный чистый денежный доход в n году, NPVn-1 – отрицательный чистый денежный доход по модулю в n-1 году. Срок окупаемости составит: PP= 2+ 6936.055/( 6936.055+ 6397,595) = 2,52= 2 года и 6 месяцев Индекс рентабельности представляет собой относительный показатель, Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.123.ПЗВКР Лист 62

характеризующий отношение приведенных доходов приведенным на ту же дату инвестиционным расходам и рассчитывается по формуле: m Pn In /  n n -1 n 1 (1 i) n 1 (1 i) T PI   (6.16) где PV – денежный доход, рассчитываемый по формуле (6.13), IC – поток инвестиций, рассчитываемый по формуле (6.14). На срок расчетного периода – 1 год, индекс рентабельности будет равен: PI = 25071,5/ 19303.905 = 1,29=29% Так как полученный PI>1 и равен 1,29 то проект является рентабельным. Внутренняя норма доходности (IRR) – норма прибыли, порожденная инвестицией. Это та норма прибыли, при которой чистая текущая стоимость инвестиции равна нулю, или это та ставка дисконта, при которой дисконтированные доходы от проекта равны инвестиционным затратам. Экономический смысл показателя IRR заключается в том, что предприятие может принимать любые решения инвестиционного характера, уровень рентабельности которых не ниже цены капитала. Чем выше IRR, тем больше возможностей у предприятия в выборе источника финансирования. Иными словами, что он показывает ожидаемую норму доходности (рентабельность инвестиций) или максимально допустимый уровень инвестиционных затрат в оцениваемый проект. IRR должен быть выше средневзвешенной цены инвестиционных ресурсов: IRR i (6.17) где i – ставка дисконтирования Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.123.ПЗВКР Лист 63

Расчет показателя IRR осуществляется путем последовательных итераций. В этом случае выбираются такие значения нормы дисконта i1 и i2, чтобы в их интервале функция NPV меняла свое значение с «+» на «–», или наоборот. Далее по формуле делается расчет внутренней нормы доходности: IRR  i1  NPV1 (i  i ) NPV1  NPV2 2 1 где i1 – значение табулированного коэффициента дисконтирования, при котором NPV>0; i2 – значение табулированного коэффициента дисконтирования, при котором NPV<0. I1=12; NPV1= 6397,595 I2=24; NPV2= -7441,994 IRR  12  6397,595 (24  12) = 17,54% 6397,595 (7441,994) Таким образом, внутренняя норма доходности проекта составляет 17,54%, что больше цены капитала, которая рассматривается в качестве 12%, что означает, что проект выгоден в реализации и функционировании. Основные технико-экономические показатели приведены в таблице 6.8. Таблица 6.8 – Технико-экономические показатели Наименование показателей Значение 1 2 1. Количество абонентов 100 2. Капитальные вложения, руб. 610842,14 3. Численность персонала, человек 4. Годовые эксплуатационные расходы, руб.: 4.1 Фонд оплаты труда, руб. 4.2 Страховые взносы, руб. Изм. Лист № докум. Подпись Дата 2 5 523 773 960000 288000 11070006.11.03.02.123.ПЗВКР Лист 64

Продолжение таблицы 6.8 4.3 Амортизационные отчисления, руб. 4.4 Материальные затраты, руб. 4.5 Прочие расходы, руб. 1981800 610842,14 384000 4.6 Ежегодные отчисления на оплату лицензии на частоты 3500000 6. Внутренняя норма доходности (IRR) 7. Индекс рентабельности (PI) 17,54 29% 8. Срок окупаемости 2 год и 6 месяцев Сеть, разработанная в проекте, начнет приносить прибыль оператору связи на втором году эксплуатации. Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.123.ПЗВКР Лист 65

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Было проведено техническое проектирование системы видеонаблюдения для рейсового транспорта на маршруте Сусуман-Магадан. Для передачи видео была выбрана технология беспроводного радиодоступа WiMAX с базовой станцией Air4Gs которая подходит для работы в суровых условиях дальнего востока. Для соединения базовых станций была использована волоконная оптика, которая была проложена на высоковольтных проводах, и которая в последствии дала наибольший доход для данного предприятия. Были выполнены следующие задачи: 1) Была проведена экспликация объекта проектирования которая показала какие технологии можно применять на данной местности 2) Разработаны требования для проектируемой системы видеонаблюдения отталкиваясь от которых были сделаны остальные этапы проектирования 3) Проанализированы имеющиеся технологии построения сетей видеонаблюдения и выбраны подходящие для данной работы 4) Было проведено техническое проектирование системы видеонаблюдения, на основе технологии WiMAX, которая позволяет передавать видео в режиме реального времени в интернет и отслеживать местоположение транспорта за счет технологии ГЛОНАСС. 5) Проведена оценка экономической состовляющей проекта. Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.123.ПЗВКР Лист 66

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 1. Дамьяновски В. CCTV. Библия видеонаблюдения. Цифровые и сетевые технологии/Пер, с англ. - М.: ООО «Ай-Эс-Эс Пресс», 2006, — 480 с: ил.) 2. AIR HD-ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ОНЛАЙН ВИДЕО-ВЕЩАНИЯ ПО СЕТЯМ 3G/4G LTE. — [Электронный ресурс] — URL: http://airhd.tv/wpcontent/uploads/2014/01/AirHD_110_Specs_rus.pdf (Дата обращения: 08.05.2016.) 3. Обзор существующих решений по показу on-line видео в сети Интернет— [Электронный ресурс]— URL: http://itmicro.ru/ip-web-camera.html 4. Чистяков В.И. CРАВНЕНИЕ АНАЛОГОВОГО И IP- ВИДЕОНАБЛЮДЕНИЯ // Международный студенческий научный вестник. – 2015. – № 4-3. – С. 378-379; (Дата обращения: 09.05.2016.) 5. Сравнение аналогового и IP видеонаблюдения— [Электронный ресурс]— URL: http://www.eduherald.ru/ru/article/view?id=13130 (дата обращения: 15.05.2016). 6. Вишневский В.М., Портной С.Л., Шахнович И.В. Энциклопедия WiMAX Путь к 4G. – М., 2009г. 7. Весоловский Кшиштоф. Системы подвижной радиосвязи /Пер. с польского И.Д. Рудинского; под ред. А.И. Ледовского. – М.: Горячая линия – Телеком, 2006. 8. IEEE Std 802.16e-2005 and IEEE Std 802.16-2004/Cor 1-2005 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, 28 February 2006. 9. IEEE Std 802.16-2004. IEEE Standard for Local and metropolitan area networks. Part 16: Air Interface foe Fixed Broadband Wireless Access Systems. - IEEE, October 2004. Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11070006.11.03.02.123.ПЗВКР Лист 67

Рецензии:

Авторизуйтесь, чтобы добавить рецензию

- у работы пока нет рецензий -

Отзывы:

Авторизуйтесь, чтобы оставить отзыв