CC BY
40
A study of static characteristics is presented and the study of the spatial dynamics of a thermal imaging observation system is given.
Key words: static dependencies, Cauchy method, optical signal, photoelectric converter, lens, spatial dynamics.
Akimenko Tatiana Alekseevna, candidate of technical sciences, docent, tantan 72@mail. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Filippova Ekaterina Vyacheslavovna, laboratory assistant, kisskin@,bk.ru, Russia, Tula, Tula State University.
УДК 621.396.67
АНАЛИЗ СФЕР ПРИМЕНЕНИЯ СРЕДСТВ БЕСПРОВОДНОГО ДОСТУПА В СИСТЕМЕ МУНИЦИПАЛЬНОГО КОММУНАЛЬНОГО ХОЗЯЙСТВА
Н.Л. Алымов, А.А.Горшков, В. А. Кочетков, И.В. Солдатиков
Анализируются сферы применения средств беспроводного доступа в системе ЖКХ. Осуществляется обоснование необходимости совершенствования системы технического диагностирования средств беспроводного доступа с антенными решетками.
Ключевые слова: ИТ-технологии, широкополосный беспроводный доступ, ЖКХ, "интернет вещей", "умный город", средства беспроводной связи.
Введение
Одним из основных факторов влияния научно-технического прогресса на все сферы деятельности человека является широкое использование новых информационных технологий (ИТ). Среди наиболее важных и массовых сфер, в которых информационные технологии играют решающую роль, особое место занимает сфера жилищно-коммунального хозяйства (ЖКХ). Направлениями развития ЖКХ является рост уровня технической оснащенности инженерных объектов и использование современных информационных технологий для контроля их работы. Прежде всего, это объекты энергоресурсообеспечения - котельные и центральные тепловые пункты, насосные станции, и объекты энергоресурсопотребления - производственные, жилые и административные здания, транспорт.
Автоматизация процессов управления элементами коммунального хозяйства, совершенствование ИТ-инфраструктуры ЖКХ, реализация технологий "умный дом" и "умный город" определяются нормативно-правовыми актами и технико-экономическими факторами [1]:
500
- постановлениями Правительства РФ (для управления ТСЖ -постановление Правительства РФ от 23.09.2010 г. № 731 "Об утверждении стандарта раскрытия информации организациями, осуществляющими деятельность в сфере управления многоквартирными домами");
- международными стандартами в области развития проводных и беспроводных сетевых технологий в различных отраслях экономики;
- мировыми трендами в развитии инфокоммуникационных систем;
- тенденциями развития рынка телекоммуникационных услуг для управления жилищно-коммунальным хозяйством, как в России, так и за рубежом.
В российских городах интенсивно создаются информационные системы для автоматизации отдельных сфер жизни: безопасности городской среды, транспорта, энергетики и ЖКХ, здравоохранения, образования, государственного и муниципального управления и др. Элементы системы сейчас имеют очаговый характер, но очевидно, что принципы и ИТ технологии позволяют создать полносвязное интегрированное решение, необходимое для функционирования городской среды и доступное всем жителям города, сотрудникам городских служб, чиновникам и управленцам разных уровней.
Качественный анализ областей ЖКХ, используемых информационные технологии на основе систем связи беспроводного доступа
Ряд примеров интеллектуальных (smart) систем, где технология "интернет вещей" в сочетании со средствами широкополосного беспроводного доступа уже сегодня способна изменить концептуальные, информационные и технологические процессы управления городским и коммунальным хозяйством.
"Умные измерения" (Smart Metering). Технология интеллектуальных измерений расхода энергоресурсов (электричество, газ, вода, тепло) кроме установки умных приборов учета предполагает создание информационных сетей для передачи данных. Это решение представляет разновидность межмашинных коммуникаций и вписывается в концепцию ИТ технологий.
Эффект от внедрения умных счетчиков и сетей сбора данных от них, по оценкам экспертов, позволит на 20% снизить требуемый объем новых энергомощностей. За счет интеллектуализации эксплуатационных и технологических операций можно подключить к уже имеющимся мощностям больше потребителей, снизить потери от хищений энергии на 90-95%, а технические потери - на 50%, уменьшить задолженность потребителей на 50-70%. Каждый из этих параметров критически важен для российского рынка энергоснабжения.
"Умные энергосети" (Smart Grid) - типичный пример того, как новые информационно-телекоммуникационные технологии могли бы решить многие проблемы городского хозяйства, в данном случае проблемы транспортировки и потребления энергоресурсов. Интеллектуальная энергосистема Smart Grid в реальном времени ведет мониторинг и управляет энер-
501
госетями, а также реализует коммуникации между потребителями и поставщиками энергоресурсов. И речь не только об интеллектуальных счетчиках и сетевых устройствах - "интернет вещей" соединит со Smart Grid электроавтомобили, домашние аккумуляторы, солнечные панели, термостаты и приборы бытовой электроники, такие как телевизоры и кондиционеры. Постоянный мониторинг энергопотребления в режиме online позволит при необходимости направить поток энергии в обратном направлении, от потребителя в электросеть, и учесть его в расчетах с потребителем. Это помогает планировать подачу и потребление энергии и упрощает процесс обслуживания потребителей. В перспективе принципы Smart Grid могут быть распространены на сети тепло-, газо- и водоснабжения, водоотведе-ния и канализации в городском коммунальном хозяйстве.
"Умный город" (Smart City).Потребности горожан растут: когда-то достаточно было еды, крыши над головой и относительной безопасности, но сейчас для того, чтобы город был привлекательным и комфортным для жизни, он должен удовлетворять куда более серьезным, комплексным требованиям. Фокус в управлении городским хозяйством смещается на эффективную транспортную и коммунальную инфраструктуру, нормальную экологическую обстановку, грамотную эксплуатацию объектов и т. д. "Интернет вещей" позволяет улучшить качество жизни. Так, ИТ-технологии обеспечат экономичное и экологичное использование городских систем жизнедеятельности и коммунальной инфраструктуры (водоснабжение, отопление, электроснабжение, лифтовое хозяйство, связь и т. д.) за счет объединения городских служб и организаций в интеллектуальную распределенную инфокоммуникационную сеть (рис. 1).
Счета потребителям Анализ потребления Анализ состояния
Рис. 1. Архитектура информационной системы для управления коммунальным хозяйством на базе ИТ-технологий
Тенденция сегодняшнего дня - отказ от устройств локального регулирования с заранее заданной логикой работы и оснащение объектов универсальными программируемыми контроллерами. Универсальность обеспечивается поддержкой широкого набора стандартных типов сигналов и интерфейсов для подключения оборудования - исполнительных механизмов и измерительных датчиков.
Устройства автоматики должны объединяться между собой линиями передачи цифровых данных, что создает единое информационное пространство для системы автоматизации и диспетчеризации, в котором находятся подсистемы жизнеобеспечения, имеющие различную природу и назначение.
Автоматизация и диспетчеризация объектов жилищно-коммунального хозяйства актуальна с точки зрения безопасности, энергосбережения и эффективного управления объектами.
Система слежения за автомобилем - это современный инструмент, позволяющий оптимизировать работу любого предприятия и бизнеса, использующего в работе автопарк (рис. 2.).
ГЛОНАСС/ОР8 мониторинг с каждым годом все прочнее входят в нашу жизнь. И это связано не только с полезностью удобством использование (что, безусловно, крайне важно, достаточно вспомнить навигатор, который теперь имеется почти в каждой первой машине), но так же и со стоимостью подобного оборудования, которая постоянно снижается.
На сегодняшний день контроль транспорта осуществляется при помощи специального оборудования, что предоставляет ряд преимуществ, в частности контроль:
- перемещения, осуществляемый при помощи установки ОР8/ГЛОНАСС трекеров;
- скоростных режимов при помощи автотрекера;
- режимов работы и отдыха при помощи тахографа^
- расхода топлива;
- безопасности водителя и груза - тревожная кнопка;
- обеспечение связи с водителем;
Это далеко не полный перечень возможностей, предоставляемых мониторингом транспорта. Многие руководители отмечают, что им удается сократить расходы на содержание автопарка, поскольку исключается слив топлива, а также использование автомобиля в личных целях (отклонение от маршрута).
Для удаленного управления и контроля работы промышленных систем используются системы диспетчеризации (рис. 3). Под этим термином принято понимать совокупность специальных аппаратных и программных компонентов, основу которых составляют станции управления и набор программируемых контроллеров удаленной телеметрии. Круг решаемых подобными системами задач и функций определяется при составлении технического задания, после чего на его основе разрабатывается состав конкретной станции диспетчеризации и ее конструктивная реализация.
503
Вариант «On-line»
Рис. 2. Системы диспетчеризации транспорта
Вентиляция и кондиционирование I
т
ф
Насосная Лифтовое Системы Системы
станция хозяйство дымоудаления пожаротушения
Контроль и управление доступом
Центр управления
Диспетчер
Рис. 3. Системы диспетчеризации промышленных систем
Основные задачи, решаемые системой диспетчеризации:
- непрерывный удаленный контроль параметров технологического процесса на всех объектах, входящих в промышленную систему;
- дистанционное управление основными параметрами технологического процесса;
- автоматическая регистрация изменений в работе объектов в специальных журналах;
- оперативное оповещение в случае возникновения внештатных ситуаций;
- обеспечение согласованной работы модулей и агрегатов, входящих в состав объекта;
- создание комфортных условий для работы обслуживающего персонала.
Функционально задачи диспетчеризации могут быть разделены на несколько пространственных и иерархических уровней, на которых непосредственное их решение может быть возложено на системы диспетчеризации различных типов - в зависимости от характеристик и особенностей функционирования управляемого оборудования.
504
В частности, системы локальной диспетчеризации обеспечивают мониторинг и управление непосредственно на том же участке, где расположено обслуживаемое оборудование. Системы централизованной или удаленной диспетчеризации, как правило, расположены на значительном удалении от управляемого оборудования, и подразумевают создание единого центра управления сразу многими элементами технологического процесса.
Уже сегодня технологии ИТ могут помочь с успехом решать эти задачи на пути реформирования городского хозяйства: ЖКХ, транспорта, производства и проч. В последние годы активно формируется нормативно-правовая база, определяющая правила ведения бизнеса в области сбыта и потребления энергоресурсов ЖКХ на основе их фактического потребления. Пример - реализация приоритетной национальной программы повышения энергоэффективности и энергосбережения.
Однако традиционные игроки на рынке жилищных и коммунальных услуг (управляющие компании, ТСЖ, расчетно-сервисные центры, поставщики энергоресурсов и др.) зачастую не в состоянии обеспечить комплексное решение задачи массового автоматического дистанционного сбора и передачи информации от многочисленных индивидуальных и общедомовых приборов учета. В результате в сфере ЖКХ появляются новые игроки - сервис-провайдеры, операторы информационных сетей и систем, - которые предоставляют необходимую инфраструктурную поддержку с использованием технологий "интернета вещей" на основе сетей беспроводного доступа. Функции сетевого провайдера или провайдера платформ могут выполнять и существующие операторы сетей связи, используя свои инфраструктурные и сетевые возможности (дата-центры, колл-центры, каналы и линии связи, сети доступа и др.).
Такой подход предъявляет качественно новые требования к автоматизированным и информационно-телекоммуникационным системам в городском хозяйстве. Сам по себе датчик или сенсор является, по сути, только регистратором определенных изменений с возможностью передачи собранной информации. Проблема в том, что эти данные необходимо безошибочно и оперативно передать, а также содержательно интерпретировать. Поэтому массовое внедрение умных приборов учета инициирует появление новых инфокоммуникационных систем с расширенными возможностями сбора, передачи, обработки информации, обеспечения информационной безопасности, биллинга и аналитики собираемых данных. В результате в отрасли ЖКХ появляются крупные интегральные системы, которые обеспечивают полный жизненный цикл информации - от первоначальной регистрации изменения определенного параметра до его содержательной интерпретации и принятия решения по управлению прибором, объектом или отраслью ЖКХ в целом.
505
За сбор, обработку и хранение информации, полученной от приборов учета, отвечает подсистема "умных измерений". Она позволяет организовать управление элементами коммунальных сетей в целях регулирования потребления энергоресурсов и организации диспетчерских служб. Подсистема персональных услуг включает набор приложений, совместно с подсистемой умных измерений реализующих ряд услуг, которые обеспечивают комфортное и безопасное проживание (система контроля задымления, протечек, несанкционированного доступа в жилище и т. п.).
Подсистема биллинга обеспечивает выполнение полного цикла операций по расчетам за жилищные и коммунальные услуги, включая учет потребителей, обработку данных о потреблении энергоресурсов, выставление счетов за услуги, контроль поступления платежей, работу с дебиторами и др. Расчет энергетических балансов для управляющих организаций, исполнителей, энергоснабжающих организаций, ресурсоснабжающих организаций выполняет подсистема расчета балансов, обеспечивающая контроль за несанкционированным использованием энергоресурсов, учет потерь на различных участках коммунальных сетей. Подсистема мониторинга и управления взаимодействует с системами SCADA/АСУТП ресурсос-набжающих организаций.
Подсистема учета граждан служит для регистрации граждан, постоянно или временно проживающих на территории муниципального образования. Подсистема работы с потребителями CRM выполняет функции информационно-справочного обслуживания, регистрации и обработки заявлений потребителей жилищных и коммунальных услуг. Подсистема аналитики позволяет провести многомерный анализ данных, связанных с населением, жилым фондом и потреблением энергоресурсов, и представить эти данные в удобном графическом виде для статистических и аналитических отчетов.
Информационный портал обеспечивает доступ потребителей через личный кабинет к нормативно-справочной и расчетной информации и к статистике потребления энергоресурсов, получение счетов-квитанций, экспертных рекомендаций по энергосбережению, подачу запросов, жалоб и претензий, другие информационные сервисы, связанные с ЖКХ. Выход на интернет-портал имеют и другие субъекты сферы ЖКХ для предоставления информации через интернет согласно действующим стандартам и правилам.
"Интернет вещей" еще не проник глубоко в элементы городской инфраструктуры и хозяйства, но уже сформировал сферу влияния, в рамках которой играет практически революционную роль. Это в первую очередь транспорт, энергетика и коммунальные услуги, экология, контроль преступности, информационное обеспечение жителей города и интерактивное управление домохозяйством. Интеллектуальные мобильные устройства и высокоскоростные территориально распределенные сети для
506
доступа к ним, сенсоры, встраиваемые в городскую среду - все это обеспечивает основу для создания всеобъемлющих городов (ubiquitous city), или u-городов, в которых объекты инфраструктуры и жители тесно связаны. Правительства нескольких стран уже приняли масштабные программы создания интеллектуальных городов U-City. Один из таких проектов - First International OpenUbiquitous CityChallenge в финском городе Оулу, обеспечивающий в нем повсеместный компьютинг.
Наиболее эффективные U-системы, связанные на основе "интернета вещей" и сетей беспроводного доступа - это коммунальная, транспортная, парковочная службы, а также служба борьбы с уличной и бытовой преступностью. Это, по сути, ключевые проблемы городской жизни, которые можно решить на основе единой системы мониторинга и видеоконтроля. Так, в южнокорейском городе Eunpyeong New Town эффективно работает U-система в сфере торговли в виде портала с информацией о магазинах, кафе и т. д., а также система контроля местоположения детей, предназначенная для родителей. В Барселоне создан "комплект разумного горожанина" - Smart Citizen Kit, благодаря которому "интернет вещей" становится доступен жителям города. В первую очередь исследуются метео- и экологические условия городской среды. С помощью личного устройства (га-джета), оборудованного различными сенсорами, можно передавать данные в режиме реального времени в специальные социальные и городские сети, обмениваться информацией.
Особенности функционирования элементов сетей беспроводного доступа в сфере ЖКХ
Управление элементами технологической платформы наряду с сетевыми подключениями возможно на основе реализации сетевого доступа, который реализуется на базе технологий беспроводного доступа - Wi-Fi, WiMAX и сотовой связи стандартов GSM (3G, 4G, LTE).
Необходимо подчеркнуть, что основным элементом рассмотренных ИТ технологий, применяемых для решения различных задач обмена информацией, управления элементами, взаимодействия различных диспетчерских служб, являются телекоммуникационные сети. Сравнение особенностей функционирования проводных и беспроводных сетей в сфере ЖКХ современных городов представлено в таблице.
Особенности функционирования проводных и беспроводных сетей
в сфере ЖКХ
№ п/п Проводные сети Беспроводные сети
1 Монтаж и пуск требуют много времени Монтаж и пуск осуществляются быстро
2 Потери потенциальных доходов Доходы начинают поступать раньше
Окончание таблицы
№ п/п Проводные сети Беспроводные сети
3 Текущие сведения о размещении будущих абонентов критически важны и должны быть заранее известны Точные сведения о размещении абонентов не имеют критического значения (важно знать плотность распределения абонентов на территории)
4 В некоторых местах организация проводных сетей затруднительна, легкость повреждения направляющих элементов сети Радиосети идеально подходят для местности со сложным рельефом
5 Повышенные затраты на обслуживание Пониженные затраты на обслуживание
Строительство и эксплуатация рассмотренных интеллектуальных систем в сфере ЖКХ на основе ИТ технологий, таких, как "безопасный и умный город", как правило, сопровождаются созданием подсистемы городского видеонаблюдения. Прокладка оптоволоконных или кабельных линий связи в городах сильно затруднена и очень дорога. Системы беспроводного широкополосного доступа становятся единственно возможной альтернативой для развертывания транспортных сетей интеллектуальных систем в сфере жилищно-коммунального хозяйства города. В таких ситуациях системы широкополосного беспроводного доступа (ШБД) должны решать две основных задачи: обеспечить стабильную работу элементов системы ЖКХ в условиях плотной городской застройки и передачу большого потока разнородной информации от видео, речи до IP телефонии. Оборудование средств ШБД наилучшим образом подходит для решения подобных задач, поскольку обеспечивает:
- большую пропускную способность, достаточную для передачи информации от видеокамер высокого качества в режиме реального времени;
- дальность действия не менее 7.. .10 км с сохранением пропускной способности, что вполне достаточно для охвата небольшого города и/или целого района большого города;
- стабильную работу в условиях городской застройки (ситуации частичного закрытия трассы связи или полного закрытия трасы связи);
- минимизацию затрат времени на строительство базовой инфраструктуры (одна базовая станция в состоянии обеспечить охват больших территорий);
- значительную экономию муниципального бюджета на строительство транспортной сети (потребность в базовых станциях минимальная).
508
Компании разработчики средств ШБД сегодня предоставляют своим пользователям комплексный, законченный и согласованный портфель продуктов для создания сетей беспроводного широкополосного доступа разного назначения. Оборудование средств беспроводного доступа предназначено для строительства высокоскоростных, надежных, защищенных сетей беспроводного широкополосного доступа решающих сложные задачи по передаче значительных объемов информации на большие расстояния. Наиболее оптимальным применением таких средств является строительство систем передачи информации в интересах пользователей, предъявляющих самые высокие требования к производительности, стабильности и качеству работы системы.
Ключевыми преимуществами оборудования ШБД являются:
- организация каналов передачи информации при наличии препятствий на трассе связи между объектами. Пользователи получают возможность успешно создавать радиосети передачи информации в условиях городской застройки, и/или при наличии плохого рельефа: пересеченная местность, реки, озера;
- стабильность канала передачи информации. Возможность оборудования адаптироваться к изменениям погодных условий позволяет сохранить сеть передачи информации работоспособной во время сильного ухудшения погоды;
- низкая временная задержка, около 3-4 миллисекунд. Низкая величина задержки позволяет передавать аудио и видеоинформацию, а также обеспечивать работу программных продуктов и прочего оборудования, критичных ко времени задержки передаваемой информации;
- наличие портов Е1 в оборудовании для построения линий связи "точка-точка". Совмещение портов Е1 и Ethernet в одном устройстве позволяет комплексно решать задачи телефонизации и объединения вычислительных сетей удаленных объектов;
- высокая скорость и дальность передачи информации. Для соединений "точка-точка" предельная дальность передачи информации может составлять до 200 км, а максимально возможная скорость передачи информации - 300 Мбит/с.
Оборудование систем беспроводного широкополосного доступа состоит из следующих основных компонентов:
- точки доступа;
- модули абонента;
- модули транзитных соединений;
- модули управления кластером;
- секторные антенные решетки (патч антенны);
- программное обеспечение менеджмента сети.
509
Конфигурация сети передачи информации, построенной на оборудовании ШБД, может быть двух основных типов: "точка-точка" и "точка-многоточка". При необходимости пользователь может конфигурировать сети комбинированной архитектуры, совмещая данные два типа.
Модуль транзитных соединений является элементом для организации соединения "точка-точка". Примером такого соединения может быть радио-мост между двумя компьютерными сетями в офисных и/или производственных зданиях объектов ЖКХ.
Модули транзитных соединений выпускаются нескольких вариантов, и работают в разных диапазонах частот. Это обеспечивает гибкость при строительстве сетей передачи информации и помогает оптимизировать бюджет.
Наибольший интерес для пользователей в РФ представляют транзитные модули:
- частотный диапазон 5,4 ГГц, максимальная скорость до 21 Мбит/сек;
- частотный диапазон 5,4/5,8 ГГц, максимальная скорость до 50 Мбит/сек;
- частотный диапазон 5,4/5,8 ГГц, максимальная скорость до 105 Мбит/сек;
- частотный диапазон 2,5/4,9/5,4/5,8/5,9 ГГц, максимальная скорость передачи до 300 Мбит/сек.
Серии транзитных модулей кроме передачи данных по портам Ethernet могут передавать трафик по портам Е1/Т1. Интеграция портов Ethernet и Е1 в одном устройстве позволяет быстро и легко подключать удаленные здания и помещения к информационным и телефонным сетям предприятий и организаций.
Наиболее производительные серии транзитных модулей в частотном диапазоне 2,5/4,9/5,4/5,8/5,9 ГГц, максимальная скорость передачи до 300 Мбит/сек, могут синхронизировать работу приемопередатчиков по сигналам навигационной системы GPS. Данная синхронизация позволяет до 3-х раз повторно использовать одну частоту в пределах одной базовой станции, соответственно упросить строительство сетей в условиях нехватки частотного ресурса, и минимизировать финансовые затраты.
Для развертывания базовой инфраструктуры сетей "точка-многоточка" применяются два основных элемента: точка доступа и модуль управления кластером. Классическими примерами таких сетей являются сети сбора информации с топливозаправочных станций, метеорологических станций, систем уличного и промышленного видеонаблюдения, сети автоматизированного управления технологическими процессами.
Модуль управления кластером позволяет устанавливать в одном месте несколько точек доступа, тем самым увеличивать пропускную способность системы и зону действия. Модуль управления кластером обеспечивает интеграцию точек доступа в законченное решение, обеспечивает их
510
синхронизацию и подключение радиосети к внешним сетям передачи данных. Этот модуль включает в себя приемник GPS и управляемый Ethernet коммутатор для создания сети из нескольких точек доступа. Кластер точек доступа включает в себя от 1 до 4 приемопередатчиков точек доступа, охватывающий круговой сектор в 360 градусов с поддержкой сервиса до 800 абонентов. Максимальная пропускная способность системы с круговым охватом может достигать 160 Мбит/с.
Клиентским устройством сетей "точка-многоточка" является модуль абонента, состоящий из одного приемопередатчика с интерфейсом Ethernet. Синхронизация, управление работой и контроль осуществляется со стороны точки доступа через радиоканал.
Кроме того, уже в недалеком будущем, нас ожидает бурный переход на технологию и пятого поколением сотовой связи (5G), которая пока находится на стадии разработки и тестирования. Многочисленные тесты проводились, в основном, за рубежом.
Главной особенностью связи пятого поколения является революционно высокая скорость передачи данных. Она превышает 1 Гбит/с и может доходить до 15...20 Гбит/с. Это создает широкие возможности для развития коммуникаций во всех сферах, в том числе и самых высокотехнологичных. Крайне низкая задержка сигнала позволяет использовать сети 5G для высокоточного управления беспилотными устройствами, роботами.
К предоставляемым услугам в 5G сетях будут относится: сверхширокополосная мобильная связь (Extreme Mobile Broadband, xMBB) - реализация ультраширокополосной связи с целью передачи "тяжелого" контента; массовая межмашинная связь (Massive Machine-TypeCommunications, mMTC) - поддержка Интернета вещей (ультраузкополосная связь); сверхнадежная межмашинная связь (Ultrareliable MTC, uMTC) - обеспечение особого класса услуг с очень низкими задержками.
Условия, определяющие необходимость поддержания в работоспособном состоянии средств беспроводной связи как элементов технологической системы ЖКХ
В мире вопросами разработки сетей нового поколения занимаются ведущие исследовательские институты, сотовые и IT компании, производители телекоммуникационного оборудования. Стандарты связи пока находятся в разработке, как и сама технология - больше в состоянии концепции. Первые коммерческие внедрения сетей анонсированы на 20182020 годы.
В настоящее время в среде разработчиков и исследователей достигнут консенсус, что будущие сети 5G уйдут (впрочем, только частично) диапазоны частот СВЧ (3-30 ГГц, 10-1 см) и возможно даже КВЧ (30-300 ГГц, 10-1 мм), [2]. Использование таких экзотических для мобильной радиосвязи диапазонов частот требует пересмотра принципов радиодоступа как на физическом так и на MAC уровнях.
511
При различных условиях дальность связи на частоте, скажем 28 ГГц, измеряется сотнями метров, хотя при использовании антенных систем с высоким коэффициентом усиления и при условии прямой видимости дальность может существенно вырасти [3].
Миллиметровые волны характеризуются заметным затуханием в атмосфере. Особое место занимают затухания в препятствиях. Таким образом, надежная связь в миллиметровом диапазоне требует применения узконаправленных лучей при условии прямой видимости. Или, как минимум, использования лучей, отраженных от объектов в непосредственной от передатчика близости [4].
Очевидно, что это, в свою очередь, влечет широкое применение "сверхплотных" архитектурных решений (ultra-dense network solutions): фемто-пикосот (для снижения требуемой дальности) вкупе с остронаправленными антеннами как на передатчике, так и на приемнике, если последнее возможно (для повышения достижимой дальности и даже перекрытия требования по этому параметру в малых сотах).
Ввиду малых длин волн в миллиметровом диапазоне, в системах 5G могут быть использованы меньшие по размерам антенные системы частности, особый интерес и усилия на сегодня прикованы к технологиям многоэлементных MIMO антенн (Massive-MIMO). Применение таких антенных технологий позволяет эффективно решать проблемы полнонаправленной радиосвязи и интерференции. С другой стороны, необходимость работы в таких высоких диапазонах влечет удорожание и усложнение конкретных схемотехнических решений. Был представлен первый опытный образец многоэлементной MIMO системы с числом элементов более 100 (по видимому, простых патч-антенн).
Однако полнонаправленная радиосвязь имеет и два существенных ограничения:
1. Перекрытие канала прямой видимости (Blockage) из-за разного рода препятствий на трассе. Для преодоления этой неприятной ситуации должны быть найдены альтернативные пути передачи сигнала как используя техники формирования ДН в антенных системах (beamforming techniques) для работы на отраженном луче, так и применяя новые подходы к хендоверу и сопровождению абонента, находящегося в движении. Например, сеть может обмениваться данными с мобильной станцией (MS) посредством нескольких базовых станций (BS) одновременно.
2. "Глухота"(Deafness). Узкие главные лепестки ДН антенн на MS и BS должны быть направлены точно друг на друга, в противном случае попросту "не услышат" друг друга. Решение такой проблемы выглядит сложнее т.к. требует новых подходов для процедур установления соединения. К примеру, в современных сетях формирование узкого луча ДН происходит только после синхронизации с использованием всенаправленного канала управления в УКВ диапазоне. Однако в сетях 5G такая стратегия приведет к проблемам из-за различной дальности связи и разных условий распространения сигнала в двух разных диапазонах УКВ и СВЧ.
512
Несмотря на то, что Россия - это крупнейший мировой рынок с огромным числом потребителей мобильных устройств, технологии мобильной связи развиваются с опозданием. Пока работы ведутся на уровне тестирования, самые массовые из которых планируется запустить во время Чемпионата мира по футболу в 2018 году. Коммерческое использование, по мнению операторов, будет возможно в 2020-2022 годах. Проблему в развитии сетей создает высокая стоимость ее внедрения. Требуется гораздо больше трансляционных вышек и высокая плотность их расположения, требуется широкий диапазон частот, иначе не будут реализованы все потенциальные возможности технологии. В связи с этим готовится внедрение промежуточного варианта сетей, переходного от 4G. Одним из приоритетных направлений является такая сфера, как интернет вещей, предполагающая создание интеллектуальной сети множества устройств.
Всовременных РЭС СВЧ диапазона в качестве антенных систем широко применяются антенные решетки (АР). В ходе эксплуатации радиотехнических средств с АР могут возникать неисправности трактов распределительной и излучающей систем. Так, СВЧ тракт может быть поврежден в результате воздействия ударов, ветровых нагрузок и вибраций, могут сказаться дефекты материалов, используемых при изготовлении элементов тракта. Вопросам диагностирования антенно-фидерного тракта на сегодняшний момент уделяется не достаточное значение, несмотря на то, что его параметры существенно оказывают влияние на качество работы системы в целом. Поэтому представляют практический интерес дальнейшие исследования в направлении определения различных зависимостей, например, отказов узлов АР на ее излучающие характеристики, с последующим использованием накопленной базы знаний при разработке алгоритма диагностирования, используемых в ходе эксплуатации технологических компонентов различных систем сбора данных, обобщения и анализа в сфере жилищно-коммунального хозяйства российских регионов и городов.
Заключение.
На современном этапе реформирования системы муниципального жилищно-коммунального хозяйства, одним из путей совершенствования информационно-коммуникационной системы сбора, учета, передачи и обработки информации между элементами ЖКХ, может быть внедрение современной системы измерений, обработки и передачи данных потребления коммунальных ресурсов на основе "интеллектуальных" электронных приборов измерений и систем беспроводной передачи данных от этих приборов на беспроводные концентраторы, передающие, в свою очередь, информацию через встроенный модем GSM или элементы Wi-Fi (WiMAX) сети на интернет-адрес оператора коммерческого учета услуг ЖКХ.
Необходимость анализа эксплуатационных параметров средств беспроводного доступа и их составных частей выходит на первый план в определении и обеспечении показателей надежности в процессе функционирования таких систем в сфере муниципального ЖКХ. В большинстве случаев аппаратура и оборудование таких телекоммуникационных систем имеет элементы резервирования и самодиагностики. Слабым звеном в си-
стеме являются элементы антенно-фидерного тракта. Разработка и совершенствование диагностического аппарата антенно-фидерных трактов приведет к повышению надежности инфо-телекоммуникационной оставляющей и системы сбора, обработки и передачи данных в целом.
Список литературы
1. Постановление Правительства РФ "Об утверждении стандарта раскрытия информации организациями, осуществляющими деятельность в сфере управления многоквартирными домами" [Электронный ресурс]. URL: http://pravo.gov.ru/proxy/ips/?docbody=&nd=102141549 (дата обращения 05.09.2018).
2. METIS Deliverable D 2.4. Proposed solutions for new radio access, 28 February 2015.
3. Millimeter Wave Mobile Communications for 5G Cellular: It Will Work! / T.S. Rappaport [et al.] // IEEE Access. Vol. 1. 2013. P. 335-49.
4. Millimeter Wave Cellular Networks: A MAC Layer Perspective / H. Shokri-Ghadikolaei, C. Fischione [et al.] // Submitted in lEEE Transactions on Communications on 3 March 2015.
Горшков Алексей Анатольевич, канд. техн. наук, n.alymovamail.ru Россия, Орёл, в/ч 93872,
Алымов Николай Леонидович, сотрудник, n.alymova mail.ru, Россия, Орел, в/ч
93872,
Кочетков Вячеслав Анатольевич, канд. техн. наук, доцент, buhtinsamail.ru, Россия, Орёл, в/ч 93872,
Солдатиков Игорь Викторович, _сотрудник, putnicorela mail. ru, Россия, Орёл, в/ч 93872
ANALYSIS OF APPLICATIONS OF WIRELESS ACCESS IN THE SYSTEM OF MUNICIPAL UTILITIES
A.A. Gorshkov, N.L. Alymov, V.A. Kochetkov, I. V. Soldatikov
In the article the spheres of application of wireless access in the housing and communal services are analyzed. The rationale is to substantiate the need to improve the technical diagnosis of wireless access devices with antenna arrays.
Key words: IT technologies, broadband wireless access, housing and utilities, "Internet of things", "smart city", wireless communications.
Gorshkov Alexey Anatolevich, candidate of technical sciences, n.alymova mail.ru, Russia, Orel, M/d 93872,
Alymov Nikolay Leonidovich, employee, n.alymovamail.ru, Russia, Orel, M/d
93872,
Kochetkov Vyacheslav Anatolevich, candidate of technical sciences, docent, buhtinsamail.ru, Russia, Orel, M/d93872,
Soldatikov Igor Viktorovich, employee, putnicorela mail. ru, Russia, Orel, M/d 93872
