· Расчет для R=6 км:

, дБ;

, дБ;

;

РПСдоп= kтр

РПСдоп= 1,6458,3= 13,65;

,

РПСтр = -141+13,65 = -127,35 дБм;

;

РПС РПСмин + РПСдоп ,

LДОП1 = 52,6+127,35 -3-8 = 168,95 дБм;

LДОП2 = 52,6+127,35 -3-15 = 161,85 дБм.

-122,1 дБм ? -127,35 дБм - условие выполняется

-129,1 дБм ? -127,35 дБм - условие не выполняется => максимальный радиус действия для здания R=4 км.

· Расчет для R=8 км:

, дБ;

, дБ;

;

РПСдоп= kтр

РПСдоп= 1,6458,9= 14,6;

РПСтр = -141+14,6= -125,4 дБм;

;

РПС РПСмин + РПСдоп ,

LДОП1 = 52,6+125,4 -3-8 = 167 дБм;

LДОП2 = 52,6+125,4 -3-15 = 160 дБм.

-125,4 дБм ? -125,4 дБм - условие выполняется, следовательно максимальная дальность связи для автомобиля R=8 км.

-132,4 дБм ? -125,4 дБм

Сведем получившиеся данные в таблице 2.3.2.



Табл. 2.3.2 Изменение величины затухания от дальности связи для автомобиля

R (км)	2	4	6	8
L (R)	146,6	156,8	163,7	167,3

На рисунках 2.3.1 и 2.3.2 графически отображены расчеты максимального радиуса действия для автомобиля и для здания.

Рисунок 2.3.1 - Расчет максимального радиуса действия для автомобиля

Максимальный радиус действия для автомобиля .

Рисунок 2.3.2 - Расчет максимального радиуса действия для здания



Максимальный радиус действия для здания .

2.4 Сравнение оборудования WiMAX от различных производителей

В настоящее время в WiMAX-форуме участвуют практически все производители систем фиксированного беспроводного доступа, в том числе ряд ведущих коммуникационных компаний, многие из которых (Airspan Networks, Alvarion Ltd, Aperto Networks, Redline Communications, Proxim Corporation, Wi-LAN Inc) выпускают WiMAX-системы собственной разработки.

Необходимо отметить, что российские компании InfiNet Wireless и Nateks одними из первых начали производство WiMAX-подобных систем на чипсетах собственной разработки. Другие ведущие производители оборудования, в том числе Airspan, Alvarion, Aperto Networks, Axxcelera Broadband Wireless, Gemtek, Huawei, Proxim Corporation, Redline Communications, Siemens Mobile, SR Telecom и ZTE, объявили о выпуске собственной продукции на базе микросхемы с поддержкой широкополосного беспроводного доступа PRO/Wireless 5116 разработки концерна Intel, основанной на стандарте IEEE 802.16 - 2004.

В таблице 2.4.1 представлена спецификация оборудования отечественных и зарубежных производителей систем ШБД.

Таблица 2.4.1 - Спецификация оборудования производителей систем ШБД

Параметр	Стандарт IEEE 802.16а 802.16 - 2004	Оборудование
		Naterks-Multilink 3 (НТЦ Натекс, Россия)	SkyMAN Access (Infinet Wireless, Россия)	PacketWave (Aperto Networks, США)	VectaStar 3500 (Cambridge Broadband, Англия)	Symmetry (SR Telecom, Канада)
Начало выпуска	2003 - 802.16а 2004 - 802.16	2004	2004	2004	2004	2005
Соответствие стандарту IEEE		802.16	802.16	802.16	802.16	802.16e
Радиотехнология передачи	OFDM 256, OFDMA 2048	OFDM 256	DSSS, OFDM 64	OFDM	OFDM	OFDM
Метод доступа к среде передачи	TDMA, DAMA			TDMA	TDMA, Polling +PVC	TDMA
Вид модуляции	QPSK, 16 QAM, 64 QAM	QPSK, 16 QAM, 64 QAM	BPSK, QPSK, 16 QAM, 64 QAM	QPSK, 16 QAM	QPSK, 16 QAM, 64 QAM	QPSK, 8 QAM, 16 QAM, 64 QAM
Метод дуплексирования	TDD/FDD	TDD, HD-FDD	-	TDD	FDD	FDD
Рабочие частоты, ГГц	2-11	3,4-3,8	2,4-2,492 5,1-6,0	2,5-2,689 3,3-3,8 5,15-5,35 5,72-5,92	3,4-3,8	2,3 2,4 3,5
Продолжение таблицы 2.4.1
Ширина полосы частот, МГц	1,25-20	3,5 7 14	20	1,75-6,0	1,75 3,5 7 14	1,75 3,5
Агрегатная скорость передачи на сектор, Мбит/с	1-75	До 70 адаптивная	До 54	20	До 60	11 (66 на БС)
Радиус покрытия, км	4-6	4-6	До 12	15	До 20	6
Макс дальность, км	До 50	До 33	До 50	До 40	До 90	32
Сервисы, качество обслуживания QoS	Классы UGS, rtPS, nrtPS, BE	Классы UGS, HPS, nrtPS, BE 5 комбинаций CIRhPIR	VoIP, VPN Классы обслу-живаия МОЯ, BER	CBR, CIR и BE	Протокол ATM (CBR, VBR) DiffServ, VLAN, UBR/VBR, CIR	CIR, MIR
Уровень безопасности	Протокол РКМ, Сертификат Х.509	Протокол РКМ, Данные о ключах DES/3DES, Сертификат Х.509	Проверка МАС-и IP-адресов, Встроен, алгоритмы шифрования	Шифрование: DES 56/112/168 бит
Интерфейсы	-	10/100BaseT, 4-8Е1	10/100/BaseT	KVlOOBaseT	10/100BaseT El/Tl ATM	10/100BaseT El v.5.1
Максимальное количество AT в секторе		До 250	150	1022

2.5 Выбор базовой станции

Основные критерии выбора WiMAX оборудования для города Читы:

– обеспечение покрытия одного из районов города;

– возможность дальнейшего масштабирования системы ШБД;

– обеспечение высокой надежности сети;

– наличие сервисов управления и мониторинга сети;

– возможность подключения к существующим проводным магистралям;

– соответствие стандарту IEEE 802.16-2004, IEEE 802.16е;

– поддержка IP-сервисов.

– Хорошая пропускная способность;

Рассмотрим более подробно оборудование линейки Aperto PacketMAX производителя Aperto Networks (США) и систему SkyMAN компании InfiNet Wireless (Россия). В главах 2.5.1 и 2.5.2 приведены более полные характеристики оборудования от двух производителей. Из этих глав становится видно, что оборудование SkyMAN не сможет обеспечить достаточную скорость передачи данных для проектируемого района, т.к. максимальная скорость этой системы всего 288 Мбит/с на базовую станцию, что очень мало. Поэтому выберем базовую станцию Aperto PacketMAX 5000 из линейки Aperto PacketMAX компании Aperto Networks. Эта базовая станция удовлетворяет всем критериям и как нельзя лучше подходит по всем техническим параметрам. Ее максимальная суммарная пропускная способность составляет 2,56 Гбит/с, что вполне достаточно для проектируемой сети. Среди прочих достоинств стоит отметить, что к ней возможно подключение до 6000 абонентов одновременно.

2.5.1 Система широкополосного беспроводного доступа SkyMAN компании InfiNet Wireless

Российская компания InfiNet Wireless более 10 лет занимается разработкой и производством оборудования широкополосного беспроводного доступа на базе разработанной специалистами компании Архитектуры SkyMAN/CA™. Реализованные на базе указанной архитектуры системы широкополосного беспроводного доступа и магистральные радиоканалы нашли широкое распространение в России и за ее пределами.

Особенности и преимущества:

– скорость передачи шестисекторной базовой станции до 288 Мбит/с (48 Мбит/с на сектор);

– максимальная скорость передачи односекторной базовой станции (БС) в канале по схеме "точка-точка" - 54 Мбит/с;

– диапазоны частот 2,4 - 2,492 ГГц (DSSS технология) и 5,1 - 6,0 ГГц (OFDM технология);

– максимальная длина пролета - 50 км;

– встроенный в каждое устройство маршрутизатор, IР-роуминг;

– мощные возможности QoS и приоритезация трафика, поддержка VoIP;

– встроенные средства поддержки офисной VoIP-телефонии;

– поддержка средств обеспечения безопасности, услуг VPN и брандмауэр;

– мощные и гибкие инструменты управления сетью и интегрированные средства диагностики;

– топология "точка-многоточка", и "точка-точка" с возможностью ретрансляции.

В рамках поколения WiMAX оборудование InfiNet Wireless использует различные протоколы физического уровня в зависимости от частотного диапазона.

В диапазоне 2,4 ГГц используется технология расширения спектра прямой последовательностью (DACS) и модуляция BPSK, QPSK, ССК на скоростях 1, 2, 5,5 и 11 Мбит/с соответственно.

В диапазоне 5 ГГц используется технология OFDM (ортогональное частотное мультиплексирование) с 52 поднесущими частотами и модуляция BPSK, QPSK, 16 QAM, 64 QAM на скоростях 6 и 9, 12 и 18, 24 и 36, 48 и 54 Мбит/с соответственно.

Беспроводная сеть SkyMAN может включать одну или несколько базовых станций (БС), объединенных беспроводными магистралями SkyMAN или другими каналами связи. Каждая БС содержит от одного до шести секторов и обеспечивает в диапазоне 5 ГГц суммарную скорость обмена с абонентскими станциями AC (SS) от 6 до 288 Мбит/с на дальностях до 12 км. В диапазоне 2,4 ГГц обеспечивается максимальная скорость передачи 11 Мбит/с на сектор БС.

В состав сети могут быть включены ретрансляторы (Ртр), обеспечивающие увеличение дальности в пределах 12 км и позволяющие обходить крупные препятствия, закрывающие БС от отдельных АС.

АС подключаются по радио к БС или к ретрансляторам (Ртр). Абонентская станция, находящаяся в зоне радиовидимости более чем одной БС, может быть зарегистрирована на каждой из них (Приложение Б).

БС построена по модульному принципу и может включать от одного до 6 модулей в зависимости от требований к пропускной способности, дальности передачи, используемого частотного диапазона и наличия свободных частот. Каждый из модулей (или радиоинтерфейсов в двухмодульных моделях) обеспечивает обслуживание одного пространственного сектора шириной, равной ширине диаграммы направленности используемой антенны. Типичные значения зоны охвата каждого сектора 360° (один сектор), 120° (три сектора) и 60° (шесть секторов). Оборудование БС не накладывает определенных требований к ширине сектора, которая в конкретных случаях может быть произвольной, определяемой топологией сети, наличием частотного ресурса и размещением абонентов.

Односекторные БС могут строиться на устройствах с любой предельной скоростью передачи вплоть до 54 Мбит/с. Многосекторные БС могут базироваться на устройствах со скоростью передачи от 6 до 48 Мбит/с.

АС предназначена для беспроводного подключения абонентов к БС или Ртр, а также для создания магистрального канала "точка-точка" с другой АС или Ртр.

Состав оборудования АС:

– абонентский беспроводный маршрутизатор с интегрированной антенной или разъемом для подключения внешней антенны;

– направленная антенна и антенный кабель для моделей без интегрированной антенны.

Сервисы:

– передача разнородного трафика в единой сети за счет приоритезации потоков и установки максимальной скорости передачи от каждой АС;

– управление полосой пропускания для каждой АС по каждому IP-сервису и назначение приоритетов абонентам;

– предоставление услуг абонентам разными провайдерами и поддержка услуги VPN.

Сеть:

– поддержка работы с интенсивным потоком пакетов разной длины на основе алгоритмов адаптивной буферизации;

– снижение накладных затрат при передаче мелких пакетов за счет механизма склеивания пакетов;

– автоматический выбор АС наилучшей БС с автоконфигурацией АС при подключении;

– резервирование БС за счет возможности автоматического переключения АС между БС.

Оборудование и программное обеспечение. Система SkyMAN построена на базе беспроводных маршрутизаторов производства InfiNet Wireless серии R5000. Помимо активного оборудования в состав систем входят антенно-фидерные устройства, внешние усилители (для диапазона 2,4 ГГц) и программное обеспечение для мониторинга и конфигурирования беспроводных сетей и магистральных каналов, а также аксессуары, обеспечивающие дополнительный сервис при монтаже и эксплуатации систем.

2.5.2 Оборудование Aperto Networks

PacketMAX - серия оборудования класса WiMax производства компании Aperto Networks. Система PacketMAX предназначена для построения мультисервисных сетей широкополосного доступа с высоким качеством услуг.

Aperto PacketMAX 5000 - самая «мощная» из серии базовая станция с наиболее высоким уровнем сервиса и максимальной суммарной пропускной способностью в 2,56 Гбит/с, обеспечиваемой неблокируемой матрицей коммутации. Станция состоит из модульного шасси высотой 5 RU с базовыми блоками внутреннего исполнения и внешних радиочастотных модулей, подключаемых при помощи коаксиального кабеля. Каждый 4-слотовый беспроводной контроллер служит для установки 4-х беспроводных плат контроллеров секторов. PacketMAX 5000 может быть связана с магистральным каналом через медный или оптический интерфейс GigabitEthernet. В PacketMAX 5000 реализованы надежная схема резервирования и передовая система управления сетью. Станция обладает встроенной системой управления и контроля. Предусмотрена работа внешних радиочастотных блоков в диапазоне температур от -450 до +60 0С. Станция может работать в диапазонах 3,3-3,6; 3,6-3,8; 2,5-2,7; 5,425-5,725 и 5,725-5,925 ГГц.

Благодаря механизмам IEEE 802.16, PacketMAX обеспечивает сквозную (end-to-end) поддержку QoS на физическом (PHI) и канальном (MAC) уровнях с гарантией информационной безопасности на основе мощных L2/L3-фильтров и системы паролей доступа. Сетевые опции системы включают в себя маршрутизацию (OSPF, RIP), бриджинг, поддержку NAT, VLAN (IEEE 802.1Q), PPPoE.

Для управления системой можно использовать SNMP MIB, встроенный агент WaveCenter, а также фирменную систему Aperto WaveMAX Element Management System.

Базовая станция Aperto PacketMAX 3000

Оборудование PacketMAX 3000 является базовой станцией среднего класса и предназначена для реализации стратегии обеспечения максимального покрытия, но при этом также достигается достаточно высокие значения плотности потока данных, необходимые для обслуживания значительного количества абонентов и/или для поддержки мультимедийных сервисов.

Устройство PacketMAX 3000 является одноканальной БС, состоит из внешнего outdoor и внутреннего indoor блока и поддерживает только одну секторную или всенаправленную антенну. При организации БС с несколькими секторами внутренние блоки PacketMAX 3000 могут устанавливаться на шасси. Базовая станция PacketMAX 3000 способна обслуживать до 512 абонентов. Внутренние блоки PacketMAX 3000 при построении много секторной БС могут быть синхронизированы для возможности повторного использования частоты. Внешний блок PM3000 идентичен внешнему блоку PM5000, Данное оборудование успешно применяется в городах и пригородах с высокой плотностью населения с низким уровнем развитием проводной инфраструктуры при отсутствии высокой конкуренции с системами DSL.

Базовая станция Redline RedMAX AN-100U

RedMAX AN-100U - базовая станция системы широкополосного беспроводного радиодоступа, производства компании Redline Communications. AN-100U может монтироваться в стандартный телекоммуникационный шкаф и имеет высоту 1 RU. Базовая станция RedMAX может быть развернута с использованием шести секторов по 600 каждый для обеспечения кругового покрытия территории. Система поддерживает до 4 тыс. уникальных потоков пользовательских данных. Возможность GPS-синхронизации, управляющей временным дуплексным разносом (TDD) радиосекторов, которые находятся в непосредственной близости, гарантирует эффективное использование доступного спектра частот и каналов. В данных станции указано, что она может работать в диапазоне 3,3-3,6 ГГц.

Индивидуальные параметры QoS для пользователей могут быть установлены динамически, согласно назначенному уровню обслуживания (SLA). В самих станциях предусмотрена поддержка протокола IPv6. Сетевые опции системы включают в себя бриджинг, VLAN (IEEE 802.1Q), приоритезацию 802.1Q, DHCP. Предусмотрена работа внешних радиочастотных блоков в диапазоне температур от -40 до +65 0C. Сама станция может работать до 5 часов при температуре +55 0C.

2.6 Расчет количества оборудования

В связи с особенностями покрытия района сетью мобильного ШПД, расчет оборудования будет производиться как по количеству абонентов, так и по занимаемой площади. Покрытие будет осуществлено на всю полезную площадь проектируемого района. В полезную площадь входит площадь самих домов, дворов, автомобильные стоянки, участков при домах и т.д. Не входят туда места, где использование сети будет проблематичным. В нашем случае таких мест неиспользуемой площади нет.

Карта района приведена в приложении А.

Произведем расчет территории:

Для простоты расчета возьмем участок прямоуголяным, со сторонами 1,8 и 2 километра.

Площадь всего микрорайона составляет:

S=1,8*2=3,6 км2

Где: 1.8 км - длина района вдоль улиц Шилкинская и Геодезическая.

2 км - вдоль улицы Красной Звезды.

Количество абонетов, планируемых к подключению - 884, расчет произведен в главе 2.2. Исходя из возможностей базовой станции скорость соединения составляет до 37 Мбит/с на канал. Скоростью 8 Мбит/с одна базовая станция сможет обеспечить одновременно до 327 абонентов.

Далее рассчитаем необходимое количество точек доступа.

Одна точка доступа охватывает площадь уверенного приема радиусом до 5 км (по дальности базовые станции WiMAX сравнимы с базовыми станциями обычной сотовой связи GSM), притом ей не обязательно наличие прямой видимости, и обладает максимальной суммарной пропускной способностью в 2,56 Гбит/с. Поэтому, исходя из данных, делаем вывод, что трех базовых станций более чем достаточно для покрытия всей площади.

2.7 Выбор оптического кабеля для построения сети доступа

При выборе оптического кабеля следует руководствоваться следующими критериями:

· Тип оптического волокна в кабеле - одномодовый, с длиной волны нулевой дисперсии ~1310 нм.

· Количество оптических волокон не более 14.

· Наличие выносного силового элемента для возможности подвески кабеля на столбах и между зданиями.

· Нижний предел рабочего диапазона температур -50 или ниже.

В производстве оптического кабеля как правило используют оптическое волокно ведущих зарубежных производителей, поэтому параметры передачи оптических волокон в кабелях от различных поставщиков не отличаются, или отличаются незначительно.

Однако практически каждый производитель оптических кабелей выпускает их в соответствии с собственными техническими условиями, которые предусматривают свою систему маркировки и некоторое различие в параметрах. Все перечисленные в таблице 2.4.1 производители оптического кабеля используют, в том числе, одномодовое оптическое волокно, минимизированное по затуханию (рекомендация МСЭ-Т G.652В).

Произведем сравнение механических параметров подвесного кабеля с выносным силовым элементом от нескольких производителей.

Таблица 2.7.1 - сравнительный анализ некоторых параметров подвесного оптического кабеля от различных производителей

Производитель /вебсайт	Допустимое растягивающее усилие, кН	Рабочий диапазон температур, °C	Низшая температура монтажа, °C	Масса кабеля, кг/км
ЗАО «Электропровод»	3,5 - 15	от -60 до +70	-10	120-250
ООО «Эликс-Кабель»	3,5 - 15	от -60 до +50	-10	160-180
ЗАО «ОКС 01»	7,5; 9,5, 12	от -60 до +50	-10	85-190
ЗАО «Севкабель»	3,5 - 12	от -60 до +70	-15	115-250
ООО «Оптен»	3,5 - 15	от -60 до +70	-30	120-201
ЗАО «Трансвок»	3,5 - 15	от -40 до +70	-10	114 - 488
ООО «Сарансккабель-оптика»	7; 9	от -40 до +60	-10	от 160

В условиях ветреной погоды необходимо использовать силовой элемент с достаточно высоким пределом натяжения с одной стороны, с другой - кабель не должен быть слишком тяжелым для уменьшения механической нагрузки. Поскольку масса кабеля растет с увеличением прочности силового элемента, наиболее оптимальным будет использование кабеля с допустимым растягивающим усилием 6-9,5 кН.

По критерию рабочего диапазона температур невозможно использование кабеля от ЗАО «Трансвок» и ООО «Сарансккабель-оптика».

Наиболее легким является кабель от ЗАО «ОКС 01». При допустимом растягивающем усилии 7,5кН, его масса составляет 90 кг/км.

Для проекта в первом приближении выбран кабель марки ДПК-010Р5-4-7,5/0,4.

Оптический кабель марки ДПК предназначен для применения на единой сети электросвязи России для подвески на опорах линий связи, между зданиями и сооружениями, прокладки внутри зданий, в тоннелях, в том числе тоннелях метрополитена, в качестве временных кабельных вставок.

Кабель содержит до 32 одномодовых волокон, минимизированных по затуханию (рекомендация МСЭ-Т G.652В), в четырех модулях. Для организации нашего участка хватит двух волокон, для организации передачи по интерфейсу STM-16, или 8 волокон, для передачи по интерфейсу STM -4. Свободные волокна кабеля будут использованы для формирования резерва.

Другие параметры кабеля:

· Количество оптических волокон в кабеле - до 32.

· Стойкость к статическим растягивающим усилиям - 7,5 кН.

· Стойкость к раздавливающим усилиям - 0,4 кН/см.

· Стойкость к ударным воздействиям - 20 Дж.

· Допустимый радиус изгиба - 280 мм.

· Строительная длина кабеля на барабане - до 25 км.

· Диаметр оболочки по силовому элементу - 4,2 мм.

· Диаметр оболочки по оптическому сердечнику - 6,6 мм.

· Максимальный габаритный размер - 11,8 мм.

1) Центральный элемент - стеклопластиковый диэлектрический стержень.

2) Оптический модуль со свободно уложенными волокнами в оболочке из ПБТ и заполненный гидрофобным наполнителем.

3) Межмодульный гидрофобный заполнитель.

4) Защитный шланг из полимерного материала

5) Присоединенный силовой элемент - канат, выполненный из повива стальных высокопрочных проволок, с пределом по стойкости к временному сопротивлению разрыва 1670 Мпа.



Таблица 2.7.2 - Основные характеристики одномодового оптического волокна, минимизированного по затуханию (рекомендация МСЭ-Т G.652В)

Рабочие длины волн, нм	1310; 1550; 1625
Диаметр оболочки, мкм	125±1
Некруглость облочки, %, не более	1
Диаметр защитного покрытия, мкм	250±15
Продолжение таблицы 2.7.2
Коэффициент затухания дБ/км: на длине волны 1310 нм, не более на длине волны 1550 нм, не более на длине волны 1625 нм, не более	0,35 0,2 0,21
Поляризационная модовая дисперсия (ПМД), пс/км, не более	0,2
Длина волны нулевой дисперсии, нм	1310±10
Длина волны отсечки, нм, не более	1260
Абсолютный показатель преломления сердцевины/оболочки на длине волны 1310 нм	1,483/1,479

2.8 Выбор оптического мультиплексора

Мультиплексор будем выбирать из серии OptiXТМ Metro, компании Huawei technologies. Поскольку многие операторы связи отдают предпочтение именно этой компании, ввиду хорошего качества и низкой стоимости оборудования.

Cеpия OptiXTM Metro pазpаботана для решения задачи построения оптической транспортной сети, ориентированной на дальнейшее развитие, предоставляя интегpиpованную платфоpму пеpедачи pечи, данных, IP, ATM и дpугиx услуг надежным и экономически выгодным способом. Cеpия OptiXTM Metro 1100/1000/500 является мультисеpвисной тpанспоpтной платфоpмой, поддеpживающей стандаpт SONET/SDH. Компактный pазмеp, доступная цена, констpукция с учетом тpебований заказчика - все это делает сеpию OptiXTM Metro самым подходящим выбоpом для наиболее полного использования часто ограниченных pесуpсов сети доступа, таких как кабели, кабелепpоводы, место под обоpудование. Cеpия OptiXTM Metro наpяду с дpугим обоpудованием оптической пеpедачи компании Huawei упpавляется единой системой OptiX™ iManager T2000/T2100/ ONS, котоpая обеспечивает сквозной pежим обслуживания в любых узлах в любое вpемя.

Основные характеристики и преимущества

· Компактный pазмеp, доступная цена, большие функциональные возможности

OptiX™ Metro 1100/1000/500 - это компактное исполнение, основанное на СИС 0.18 мкм собственной pазpаботки, что позволяет уменьшить не только pазмеpы, но и снизить стоимость обоpудования. Высотой в 2U, обоpудование для 155Mбит/с и 622Мбит/с имеет емкость коммутации 16x16 VC-4.

Обоpудование уpовня STM-16 высотой в 3U имеет емкость коммутации 88x88 VC-4 и 1764x1764 VC- 12. Это позволяет опеpатоpу стpоить сложную сеть без дополнительных затpат на громоздкое обоpудование.

· Дизайн на основе пожеланий заказчика

При работе на городских сетях (MAN) уровня доступа возможны различные варианты установки оборудования: настенный, настольный и в стойке (19" или 23"). Опции электропитания: -48/60В DC или 110B/220B AC. Низкое энергопотребление и хороший теплоотвод позволяет оператору устанавливать или модернизировать оборудование без увеличения стоимости на дополнительное оборудование питания и охлаждения.

· Единая мультисервисная транспортная платформа (MSTP)

ОрtiХ™ Metro 1100/1000/500 отвечает требованиям уровня мультисервисного доступа и уровня распределения для городских сетей (MAN) и предлагает транспортную платформу для передачи таких услуг как TDM, SDH, ATM/IP.

MSTP кольцо на серии ОрtiХ™ Metro



Рисунок 2.8 - MSTP кольцо на серии ОрtiХ™ Metro

· Pазные уровни резервирования

ОрtiХ™ Metro 1100/1000/500 поддерживает PP, MSP, SNCP, ATM VP-RING и IP-RING типы сетевого резервирования, а также запатентованный режим защиты, называемый «виртуальная защита пути с совместным использованием волокна» (Fiber-Shared Virtual Path Protection)

· Гибкая архитектура

ОрtiХ™ Metro 1100/1000/500, имея модульную структуру, поддерживает мультисервисность и различные виды топологий, что позволяет оператору строить свою сеть эффективно и гибко.

В таблице 2.8.1 приведены характеристики данных мультиплексоров. Исходя из этих данных выбираем ОрtiХ™ Metro 1100. Он удовлетворяет всем требованиям проектируемой сети.

Таблица 2.8.1 - Спецификация мультиплексоров Cеpии OptiXTM Metro

	ОрtiХ™ Metro 500	ОрtiХ™ Metro 1000	ОрtiХ™ Metro 1100
Описание	MSTP уровня 155Mбит/с	MSTP уровня 622Mбит/с	MSTP уровня 2,5Гбит/с
Eмкость системы	Эквивалентно 3 x STM-1	Эквивалентно 16 x STM-1	Эквивалентно 88 x STM-1
Eмкость кросскоммутации	6 x 6 VC-4	16 x 16 VC-4 1008 x 1008 VC-12	88 x 88 VC-4 1764 x 1764 VC-12
Типы резервирования	SNCP, MSP, MS SPRing	MSP, SNCP, DNI, MS, SPRing ATM VP-ring, IP-ring ATM Виртуальная защита пути с совместным использованием волокна	Aппаpатная защита MSP, SNCP, DNI, MS, SPRing ATM VP-ring, IP-ring ATM Виртуальная защита пути с совместным использованием волокна
Топология	точка-точка, линия, кольцо	точка-точка, линия, кольцо, звезда, ячеистая сеть	точка-точка, линия, кольцо, звезда, ячеистая сеть
Интерфейсы	32 x 2Mбит/с(G.703) 2 x 10/100 Ethernet 3 x 34Mбит/с(G.703) 3 x 45Mбит/с(G.703) 4 x G.SHDSL 2 x V.35/X.21 + 4 x E1	80 x E1 64 x DS-1 6 x E3/DS-3 6 x STM-1 3 x STM-4 4 x 155M ATM 8 x 10M/100M Ethernet	224 x E1 6 x STM-4/1 3 x STM-16 12 x 10M/100M Ethernet 12 x GE
Полка (В x Г x Ш)	436 x 293 x 42	436 x 293 x 86	436 x 297 x 130
Рабочий диапазон температур	32o F~113o F (0o C ~ 45o C)	32o F~113o F (0o C ~ 45o C)	32o F~113o F (0o C ~ 45o C)
Рабочий диапазон влажности	10% ~ 90%	10% ~ 90%	10% ~ 90%
Электропитание	-48V/-60V±20%(DC) +24V±20%(DC) 220V± 20% (AC) 110V± 20% (AC)	-48V/-60V±20%(DC) +24V± 20%(DC) 220V± 20% (AC) 110V± 20% (AC)	-48V/-60V±20%(DC) +24V± 20%(DC)
Электромагнитная совместимость	ETSI EN 300 386V1.2.1 (2000)	ETSI EN 300 386V1.2.1 (2000)	ETSI EN 300 386V1.2.1 (2000)



3. Расчет параметров участка транспортной оптической сети

Участок транспортной оптической сети соединяет базовую станцию по адресу ул. Аргунская 44 с оптическим транспортным кольцом по адресу Красной Звезды 7 (Цирк). Схема организации связи транспортной ВОЛС показана в приложении Б.

Транспортный трафик будет передаваться по интерфейсу STM-16, который обеспечит необходимую скорость передачи.

Общая схема построения сети показана в приложении В.

Кабель на данном участке транспортной оптической сети подвешивается на столбах уличного освещения.

Длина кабельной линии - 680м. Расстояние между столбами 20м и 30м. Всего на участке 26 столбов уличного освещения.

Предполагается использовать подвесной кабель с выносным силовым элементом.

Таким образом, на основании расчетов данной главы, пунктов 3.1, 3.3 для участка транспортной сети выбран кабель ДПК-010Р5-4-7,5/0,4 от ЗАО «ОКС 01».

3.1 Расчет механической нагрузки на кабель

Уравнения для расчета механической нагрузки на подвешенный кабель без учета климатических условий:

[кг], (3.1.1)

[м], (3.1.2)

где H - составляющая напряжения, направленная по касательной к линии кабеля;

W - суммарный линейный вес кабеля, троса и скрепляющей конструкции;

l - расстояние между опорами;

S - стрела провеса (м);

Lc - фактическая длина подвешенного кабеля.

В реальных условиях на напряжение троса будут влиять колебания температуры, ветер и нарастание льда. Кабель монтируется при исходной температуре , исходный линейный вес кабеля составляет.

Реальное натяжение оказывается равным:

[кг], (3.1.3)

где - суммарная нагрузка на трос (кг/см);

- стрела провеса в реальных условиях.

СниП 3.05.06-85 регулирует максимально допустимую стрелу провеса для кабеля на стальном канате: «Стрела провеса каната в пролетах между креплениями должна быть в пределах 1/40 - 1/60 длины пролета».

Суммарная нагрузка на трос:

[кг/м], (3.1.4)

где - сумма горизонтальных сил (давление ветра);

- сумма вертикальных сил (вес троса, кабеля и намерзающего льда).

Давление ветра на кабель с гололедом:



[кг/см], (3.1.5)

где - коэффициент аэродинамической силы, направленной по скорости ветра, при поперечном обтекании круглого стержня, согласно ГОСТ 1451 - 77.

- скорость ветра, см/с;

- диаметр кабеля, принимается поперечный размер кабеля перпендикулярно направлению скорости ветра;

a - толщина стенок льда;

Погонный вес кабеля с намерзшим льдом определяется по формуле:

[кг/см], (3.1.6)

где - погонный вес кабеля;

- удельный вес льда, кг/см3 ().

Таким образом, подставив (3.1.6) и (3.1.5) в (3.1.4), а затем в (3.1.3), получим выражение для расчета натяжения троса:

(3.1.7)

Таблица 3.1.1 - Длина подвешенного кабеля на кабельных участках

Участок	Длина подвешенного кабеля, м	Участок	Длина подвешенного кабеля, м
1	40	15	30
2	20	16	20
3	30	17	20
4	30	18	20
5	30	19	30
6	30	20	30
7	30	21	20
8	30	22	20
9	30	23	20
10	30	24	30
11	30	25	20
12	30	26	20
13	20
14	20

Таблица 3.1.2 - Характеристики кабеля, необходимые для расчета механической нагрузки

Погонный вес кабеля, кг/км	90
Максимальный диаметр кабеля, мм	11,8

Рассчитаем нагрузку на кабель на типовых по длине участках при следующих погодных условиях:

1) Нормальные условия. Скорость ветра 3 м/с, толщина стенок льда 5мм.

2) Плохие условия. Скорость ветра 15 м/с, толщина стенок льда 8 мм.

3) Критические условия. Скорость ветра 30 м/с, толщина стенок льда 12 мм.

Данные условия обозначаются в выражениях индексами «1», «2» и «3» соответственно.

, (3.1.8)

, (3.1.9)

, (3.1.10)

(3.1.11)

, (3.1.12)

, (3.1.13)

, (3.1.14)

, (3.1.15)

. (3.1.16)

В выражении (3.1.7) обозначим левую часть как . Тогда (3.1.7) можно представить как:

[кг], (3.1.17)

[кг/см]. (3.1.18)

Рассчитаем коэффициент для различных погодных условий:

, (3.1.19)

, (3.1.20)

. (3.1.21)

Сила натяжения окажется равной:

[Н], (3.1.22)

где - ускорение свободного падения.

Рассчитаем натяжение кабеля для типовых участков из таблицы 3.1.1.

10 метров:

, (3.1.23)

, (3.1.24)

. (3.1.25)

20 метров:

, (3.1.26)

, (3.1.27)

. (3.1.28)

30 метров:

, (3.1.29)

, (3.1.30)

. (3.1.31)

40 метров:

, (3.1.32)

, (3.1.33)

. (3.1.34).

50 метров:

, (3.1.35)

, (3.1.36)

. (3.1.37)

Таблица 3.1.3 - Результаты расчета механической нагрузки на кабель на типовых кабельных участках

Длина, м
10	14,5	142,1	29,1	285,2	94,7	928
20	29,0	284,2	58,2	570,4	189,4	1856
30	43,5	426,3	87,3	855,6	284,1	2784
40	58,0	568,4	116,4	1140	378,8	3712
50	72,5	710,5	145,5	1426	473,5	4640



Из расчета видно, что максимально возможная нагрузка на кабель - 4,6кН, тогда как производитель гарантирует, что кабель выдержит нагрузку 7,5кН. Таким образом, силовой элемент кабеля выбран верно.

3.2 Расчет оптических параметров волокна

Оптическое волокно одномодового типа известно под стандартом G.652, разработанным для диапазона длин волн 1,31 мкм.

Диаметр сердцевины данного волокна определяется выражением:

[м], (3.2.1)

где - длина волны, распространяющейся по волокну;

- нормированная частота;

- показатели преломления сердцевины и оболочки соответственно.

Рассчитаем диаметр сердцевины волокна при (граничное условие одномодового режима):

(м), (3.2.2)

Существует критический угол падения - внутренний угол падения на границу раздела двух сред, при котором угол преломления .

Исходя из закона преломления света:

, (3.2.3)



где - угол падения;

- угол преломления.

Рисунок 3.2.1 - Ход лучей в оптическом волокне

Поскольку , то

, (3.2.4)

(3.2.5)

Важным параметром, характеризующим оптическое волокно, является числовая апертура . Она связана с максимальным углом вводимого в волокно излучения из свободного пространства, при котором свет испытывает полное внутреннее отражение и распространяется по волокну.

, (3.2.6)

, (3.2.7)

, (3.2.8)

. (3.2.9)



Нормированная частота, характеризующая волокно и распространяющуюся по нему волну, определяется как:

, (3.2.10)

где - диаметр сердцевины волокна;

- длина волны, распространяющейся по волокну.

Волокно G.652 разработано для диапазона длин волн 1310 нм, рассчитаем нормированную частоту при нм и мкм.

. (3.2.11)

Минимальная длина волны, при которой волокно поддерживает только одну распространяемую моду, называется длиной волны отсечки.

Волоконная длина волны отсечки:

[м], (3.2.12)

(м). (3.2.13)

3.3 Расчет параметров передачи оптического волокна

Затухание сигнала в волокне зависит от длины волны. В области коротких волн потери возникают вследствие рэлеевского рассеяния, с увеличением длины волны возрастает роль инфракрасного поглощения.



Рисунок 3.3.1 - Собственные потери в одномодовом оптическом волокне

Рассчитаем затухание, дисперсию и ширину полосы пропускания для длин волн 1310 и 1550 нм и построим диаграммы уровней для каждого кольца.

Таблица 3.3.1 - данные для расчета параметров передачи ОВ

Коэффициент затухания при
Коэффициент затухания при
Длина волны нулевой дисперсии
Удельная хроматическая дисперсия при
Коэффициент удельной поляризационной модовой дисперсии
Ширина оптического спектра лазера	(нм)
Затухание на неразъемном соединении	(дБ)
Затухание на разъемном соединении	(дБ)

Затухание определяется выражением:

[дБ], (3.3.1)



где - километрический коэффициент затухания;

- длина оптоволоконной линии связи;

- затухание на сварном соединении;

- количество сварных соединений;

- затухание на разъемном соединении;

- количество разъемных соединений.

Материальная дисперсия на длине волны 1550 нм (1310 нм - длина волны нулевой дисперсии):

[пс]. (3.3.2)

Поляризационная модовая дисперсия:

[пс]. (3.3.3)

Результирующая величина дисперсии при :

[пс]. (3.3.4)

Результирующая величина дисперсии при :

[пс]. (3.3.5)

Скорость передачи между коммутаторами доступа (Мбит/c). Битовый интервал (пс). Максимально допустимая величина уширения импульсов определяется из условия, что при скорости передачи (Мбит/c), допустимая длительность импульса (пс). Начальная длительность импульса (пс).

Конечная длительность импульса определяется через его начальную длительность и результирующую величину дисперсии:

[пс]. (3.3.6)

Конечная длительность импульса должна быть меньше или равна допустимой длительности, т.е. удовлетворять условию:

. (3.3.7)

Полоса пропускания - это максимальная частота (частота модуляции) передаваемого сигнала при длине линии 1 км.

[]. (3.3.8)

Рисунок 3.3.2 - Дисперсия и пропускная способность оптического волокна различной длины

Рассчитаем параметры передачи ОВ, при .

(дБ), (3.3.9)

(пс), (3.3.10)

(пс), (3.3.11)

, (3.3.12)

. (3.3.13)

1310 нм:

(дБ), (3.3.14)

(пс), (3.3.15)

(пс), (3.3.16)

, (3.3.17)

. (3.3.18)

Расчет показывает, что передача на скорости 5 Гбит/с на обеих длинах волн осуществима.

Таблица 3.3.2 - Результаты расчета параметров передачи волокна при

Участок	Длина, м
Красной Звезды 7 - Аргунская 44	680	1,34	24,48	56,57	0,018

Таблица 3.3.3 - Результаты расчета параметров передачи волокна при

Участок	Длина, м
Красной Звезды 7 - Аргунская 44	680	1,44	0,08	51	5,5

В приложении Г приведены диаграммы уровней сигналов для длины волны и .



3.4 Расчет показателей надежности транспортного участка сети

Среднее число (плотность) отказов ОК за счет внешних повреждений на 100км кабеля в год составляет 0,34. Тогда интенсивность отказов ОК за 1 час на длине трассы ВОЛП (L) определяется по формуле:

, (3.4.1)

где L - длина линии (L=0,68км);

- среднее число отказов на 100км трассы (=0,34);

8760 - количество часов в году.

. (3.4.2)

При существующей на эксплуатации сети стратегии восстановления, начинающегося с момента обнаружения отказа (аварии), коэффициент простоя (неготовности) определяется по формуле:

, (3.4.3)

где - время восстановления (Тв.).

. (3.4.4)

Для кольцевой структуры:



, (3.4.5)

. (3.4.6)

Коэффициент готовности сети определяется выражением:

, (3.4.7)

. (3.4.8)



4. Технико - экономическое обоснование проектирования сети доступа

В данной главе представлен расчет показателей экономической эффективности проекта строительства сети широкополосного доступа по технологии WiMAX в проектируемом районе.

Для выяснения экономической эффективности строительства данной сети составлен финансовый план, который включает в себя расчет капитальных удельных затрат, доходов, эксплуатационных расходов, прибыли, рентабельности и срока окупаемости.

4.1 Анализ рынка телекоммуникаций

В настоящее время на рынке телекоммуникаций города Читы действует множество предприятий связи - ОАО «Ростелеком», ООО «МТС», ЗАО «Транстелеком-Чита» и др., а также мобильные операторы связи. Данные предприятия предоставляют услуги подключения к сети Интернет и ко внутренним ресурсам посредством проводного и беспроводного подключений.

В условиях подобной конкуренции тарифы на услуги связи у данных предприятий отличаются незначительно, поэтому упор делается на предоставление новых услуг и повышение качества связи.

4.2 Предоставляемые услуги

Проектируемая сеть даст возможность подключать абонентов к сети Интернет и внутренним ресурсам ЗАО «Сибинтертелеком» по тарифам, установленным предприятием.

Сеть предполагает дальнейшую возможность расширения с введением новых услуг - IP телефонии, цифрового телевидения и др.

4.3 Расчет стоимости капитальных затрат

Таблица 4.3.1 - сметная стоимость оборудования и материалов

Оборудование	количество	цена	всего
WiMAX базовая станция	3	380000	1140000
WiMAX точка доступа абонентская	884	2400/2	1060800
Мультиплексор оптический	3	45000	135000
Сумма			2335800
Кабель оптический 64 ОВ	0,7 км	50	35000
Общая сумма затрат на оборудование			2360800

Также потребуется обеспечить абонентов абонентскими модулями WiMAX. Розничная цена одного абонентского модуля составляет 2400 рублей, что несколько накладно и может стать решающим фактором при выборе абонентом поставщика услуг. Поэтому было решено продавать их абонентам за половину стоимости, с условием того, что абонент оплачивает предоставляемые ему услуги за месяц вперед, что окупает затраты на абонентское оборудование в первый же месяц. В смете будет указана половинная стоимость абонентского модуля.

Таблица 4.3.2 - Сводная смета капитальных затрат на реализацию сети

Наименование затрат	сумма	Структура капитальных затрат в %
На оборудование	2335800	65
На монтажные работы (30% от сметы)	700740,00	20
Затраты на проектные работы (10% от сметы)	233580,00	6
Затраты на транспорт (13% от сметы)	305989,80	9
Итого, для оборудования	3576109,8	100
На кабель	35000	65
На монтажные работы (30% от сметы)	10500	20
Затраты на проектные работы (10% от сметы)	3500	6
Затраты на транспорт (13% от сметы)	4550	9
Итого, для кабеля	53550	100
Итого, для оборудования и кабеля	3629659,8



4.4 Расчет эксплуатационных затрат

Расчет годовых эксплуатационных затрат производится по выражению:

, (4.4.1)

где ФОТ - фонд оплаты труда;

ОС - отчисления, страховые взносы;

М - материальные затраты и запасные части;

Э - электроэнергия для производственных нужд;

А - амортизационные отчисления;

К - кредиты, (в нашем случае кредиты не используются);

Н - накладные расходы.

1) Годовой фонд оплаты труда (ФОТ) работников, обслуживающих проектируемую сеть, рассчитывается по выражению:

, (4.4.2)

где - численность работников;

- средняя месячная заработная плата, сложившаяся в эксплуатационных предприятиях аналогичного типа;

- территориальный коэффициент.

Для обслуживания проектируемой сети (по данным реальных аналогичных сетей) достаточно двух сотрудников. Таким образом Ч=2.



Таблица 4.4.1 - Штат работников для обслуживания сети

Должность	Образование	Выполняемые функции	Количество штатных единиц	Оклад, руб.
Инженер	Высшее	Руководство и координация работников	1	25000
Электромеханик	Сред/специальное	Выполнение монтажных и ремонтных работ	1	15000

Для Забайкальского края территориальный коэффициент составляет 30%, то есть

(руб.). (4.4.3)

2) В соответствии с требованиями законодательства РФ, страховые взносы составляют Нсв = 30% от ФОТ, в том числе:

- В пенсионный фонд РФ 26% от ФОТ;

- На обязательное социальное и медицинское страхование 8% от ФОТ.

Отчисления на социальные нужды рассчитываются в соответствии с требованиями законодательства РФ.

, (4.4.4)

где Нсв - процент, учитываемый при расчёте отчислений на социальные нужды.

(руб.), (4.4.5)

3) Затраты на материалы и запасные части принимаются в размере 5% от капитальных затрат на оборудование:



(руб.). (4.4.6)

4) Амортизационные отчисления определяются на основе капитальных вложений и норм амортизационных отчислений.

, (4.4.7)

где На,i - норма амортизационных отчислений от среднегодовой стоимости основных производственных фондов, для сети составляет 10%;

(руб.), (4.4.8)

5) Затраты на электроэнергию:

Максимальная потребляемая мощность коммутатора агрегации от 30 до 300Вт, в зависимости от нагрузки - посчитаем по максимуму.

Таким образом, годовое потребление электроэнергии:

(кВт). (4.4.9)

Тариф на электроэнергию (руб/кВт).

Затраты на электроэнергию:

(руб.). (4.4.10)

6) Накладные расходы, включающие производственные, административно-управленческие и эксплуатационно-хозяйственные расходы - расходы на транспорт, обучение персонала, организация служебной связи и др. Определяются в размере 70% от ФОТ.



(руб.). (4.4.11)

По (Х) рассчитаем годовые эксплуатационные затраты:

(руб) (4.4.12)

Таблица 4.4.2 - Калькуляция эксплуатационных затрат

Эксплуатационные затраты
	в год	в месяц
ФОТ	624000	52000,00
Ос	187200	15600,00
М	181482,99	15123,58
Амортизационные отчисления	359752,98	29979,42
Затраты на эл. энергию	31544	2628,67
Накладные расходы	436800	36400,00
Сумма	1820779,97	151731,66

4.5 Расчёт доходов

Тарифные доходы - это доходы предприятия, получаемые от реализации своих услуг по установленным тарифам.

, (4.5.1)

где N -- количество абонентов;

Т -- стоимость услуги (абонетская плата или подключения).

Средне доходная такса по абонентской плате на тарифе безлимитный для физических лиц составляет 1000 рублей, подключение для абонента будет стоить 1200 рублей, так как абоненту передается оборудование (WiMAX модем) который нужно окупить сразу же, чтобы не потерпеть убытки, вследствие отказа абонента от услуг.

При подключении абонента предприятие тратит 2400 рублей на закупку 1 абонентского модема, половина этой суммы взимается с абонента при подключении, такую же сумму составляет ежемесячная абонентская плата. Таким образом в первый месяц окупается лишь модем.

В данном проекте сеть содержит 3 узла доступа.

4.6 Расчет показателей эффективности проекта. Реалистичный сценарий

Через год после ввода в строй сети задействуется порядка 20% емкости сети, на последующие три года - суммарно 25% емкости. На пятый и шестой год п...