CC BY
7Устранение цифрового неравенства в поселке Верблюжий Астраханской области c использованием технологии Wi-Fi
А.В. Осовский\ Д.В. Кутузов1, А.Ю.Безруков1 1 Астраханский государственный технический университет, Астрахань, Россия
Аннотация: В работе рассмотрен проект устранение цифрового неравенства (УЦН) в поселке Верблюжий Астраханской области. УЦН - это обеспечение доступа к услугам связи жителей небольших населенных пунктов с числом жителей от 100 до 500 человек. В таких населенных пунктах услуги связи либо не оказываются, или оказываются с ненадлежащим качеством доступа к телекоммуникационным сервисам и услугами коллективного доступа к сети Интернет.
Ключевые слова: Wi-Fi, устранение цифрового неравенства, точка доступа, промышленный коммутатор.
Введение
Интернет технологи уже два десятилетия как вошли в нашу жизнь, сегодня они касаются абсолютно всех сфер жизни общества. Однако качественным и высокоскоростным интернетом покрыта не вся территория страны, что приводит к информационному неравенству среди городского и сельского населения [1]. Для решения данного вопроса Министерством цифрового развития, связи и массовых коммуникаций Российской Федерации была запущена программа «Устранения цифрового неравенства. По конечным результатам голосования на информационном портале «ГосУслуги», в перечень населенных пунктов Астраханской области, избранных для реализации этого проекта, вошел - поселок Верблюжий Ахтубинского района.
Поскольку ПАО «Ростелеком» является единственным оператором предоставления услуг связи, именно эта государственная компания занимается оснащением услугами связи по проекту «Устранения цифрового неравенства». ПАО «Ростелеком» -крупнейший в России интегрированный поставщик цифровых услуг и решений, присутствующий во всех сегментах рынка и обслуживающий миллионы домохозяйств, органы государственной власти и частные организации [2]. Основной сферой деятельности компании является оказание полного спектра телекоммуникационных услуг, в том числе - местной телефонной связи и межзоновой передачи данных (ШПД), мобильной связи, предоставление платного телевидения с подключением канала на базе облачных технологий. Компания занимает лидирующие позиции на рынке высокоскоростного доступа в Интернет и услуг платного телевидения. В настоящее время около 11 миллионов клиентов пользуются услугами доступа в Интернет по оптической технологии и 11 миллионов клиентов платного телевидения "Ростелекома", из которых более 6,4 миллиона пользуются IPTV
ПАО «Ростелеком» реализует проект устранение цифрового неравенства УЦН-2. 0, который ориентирован для обеспечения доступности услуг связи для жителей сельской местности, с числом
жителей от 100 до 500 человек, где услуги сотовой связи не оказываются, или оказываются не с надлежащим качеством доступа к телекоммуникационными сервисами и услугами коллективного доступа к сети интернет. Целью данной работы является организация доступа к сети интернет в поселке Верблюжий.
Для решения поставленной цели требуется выполнить следующие задачи:
• произвести исследование местности и телекоммуникационной инфраструктуры поселка;
• произвести и обосновать выбор оборудования;
• разработать архитектуру сети Wi-Fi с учетом максимального покрытия территории поселка качественным интернетом.
Исследование необходимо произвести в соответствии с требованиями Технической политики проектирования и строительства узлов доступа в рамках проекта «Устранение цифрового неравенства» в ПАО «Ростелеком» [3].
1. Анализ телекоммуникационной инфраструктуры ПОСЕЛКА ВЕРБЛЮЖИЙ
Рассматриваемый населенный пункт находится в северной части Астраханской области, на территории сельского поселения Удаченский сельсовет. Согласно «Переписи населения России» численность поселка в 2022 году составляет 269 человек, что соответствует требованиям проекта Устранение цифрового неравенства. В связи с этим есть необходимость повысить качество предоставляемых услуг связи в исследуемом районе для получения абонентом требуемого перечня современных телекоммуникационных сервисов.
Поселок находиться в степной области, многоэтажные постройки отсутствуют,
преобладающее число жилых построек частные
дома, которые не имеют подключения к общей сети широкополосного доступа. Поселок находится на региональной трассе «12Р-001» Волгоград -Астрахань, вдоль которой проходит линия связи магистральной цифрового уровня компании Ростелесеть. Кроме того, в поселке расположена железнодорожная станция Верблюжья, находящаяся на расстоянии в 85 км от районного центра города Ахтубинска. Расстояние от поселка Верблюжий до Астрахани - 200 км.
Рис. 1. Поселок Верблюжий
Станция Верблюжья возникла в период строительства Приволжской железной дороги (ранее Рязано-Уральской). Название своё получила от степного кустарника верблюжья колючка, обилие и буйство которого поразило землеустроителей - железнодорожных инженеров
[4].
После выхода высочайшего повеления 10 июня 1902 года о строительстве ширококолейной линии до Астрахани, во второй половине 1903 года Общество Рязано-Уральской железной дороги приступило к сооружению линии. В 1904-1907 годах была проложена ширококолейная линия, построены деревянные станционные здания и кирпичная водонапорная башня для заправки водой паровозов, а к ней водопровод и водонасосная на реке Ахтуба вблизи села Михайловка. В 1907 году, после открытия движения от станции Красный Кут до станции Бузан-Пристань, через станцию Верблюжья прошли первые поезда.
До начала 1990-х годов ст. Верблюжья была важным транспортным узлом и играла важную роль в хозяйственной жизни местного региона, особенно в 50 - середине 80-х годов. Через Верблюжью шли пассажирские перевозки населения и снабжение горюче-смазочными материалами, удобрениями, кормами,
промышленными и народно-хозяйственными грузами колхозов близлежащих сёл. На станции в это время действовали такие организации, как: межрайонная заготовительная база зерна -«Заготзерно», заготовительная база сена -«Заготсено», плодоовощная база. Рядом со станцией развернулась нефтебаза и узел связи по обслуживанию нефтепровода «Саратов - Грозный». В конце 1980-х открылся винный завод.
Рис. 2. Станция Верблюжья
С годами престижность поселка Верблюжий существенно снизилась: постепенно закрылись заготовительные базы, сократились, а потом совсем ликвидировались нефтебаза и узел связи, открывшийся винный завод тоже долго не просуществовал, упал поток пассажиров и грузоперевозок, снижалась роль ж/д станции. Большая часть населения поселка Верблюжий уехала в другие населённые пункты.
На данный момент в поселке Верблюжий эксплуатируется базовая станция сотовой связи, которая разрешает использовать услуги операторов Мегафон и Билайн с качеством соединения 3G, 4G. Так как сигнал беспроводной связи зачастую оставляет желать лучшего, не всегда есть возможность обеспечить максимальную скорость передачи данных для использования интернет ресурсов.
Существующая сеть связи в поселке Верблюжий характеризуется:
• нехваткой оборудования для широкополосного доступа;
• нехваткой пропускной способности на цифровых линиях связи;
• высокой степенью износа основного телекоммуникационного оборудования.
2. Проект сети wi-fi для уцн
Решение проблемы цифрового неравенства в районах с невысокой плотностью застройки и обеспечение сельских жителей высокоскоростным интернетом возможно с помощью строительства сетей по технологии WiFi. В целях достижения «Устранения цифрового неравенства», при строительстве узлов доступа, применяется единая схема постройки сетевых соединений и используется однотипное оборудование в рамках проекта [3]. Типовой проект «Узел устранения цифрового неравенства» изображен на рис. 3.
Рис. 3. Типовой проект «Узел устранения цифрового неравенства»
• узел устранения цифрового неравенства (УУЦН) - базовый узел транспортной сети, обеспечивающий, подключение к транспортной пакетной сети, площадку для размещения оборудования и резервированное питание оборудования WiFi.
• шкаф энергетиков (ШЭ) - базовый узел оптической сети, обеспечивающий подключение к магистральной ВОЛС и подключение электропитания 220В. В ШЭ располагается оптический кросс, автоматы и счетчики потребления электроэнергии.
• точка доступа (ТД) WiFi, обеспечивающая доступ к сети WiFi в непосредственной близости от УУЦН любым пользователям, с использованием неспециализированного оборудования доступа (мобильные телефоны, планшетные ПК и т. д.).
В большинстве случаев оборудование размещается на вновь устанавливаемых опорах - столбах УЦН [3].
На рис. 4. приведена структурная схема оборудования узла доступа с указанием основного сетевого оборудования.
Сеть в проекте «Устранение цифрового неравенства» состоит из трех компонентов:
Рис. 4. Структурная схема оборудования узла доступа
На рис. 5. приведена предлагаемая схема расположения точек доступа на местности с учетом средней дальности Wi-Fi сигнала (150 м); соединения точек доступа с узлом доступа осуществляется по волоконно-оптическим ли-
ниям, размещаемым на существующих столбах линии электропередач способом подвеса, и подключением к коммутатору управления, расположенному на узле доступа.
Рис. 5. Структурная схема расположения точек доступа на местности с учетом средней дальности Wi-Fi сигнала
3. Выбор оборудования
Выбор оборудования основывался на принципы технической политики развития ПАО «Ростелеком» по построению узлов доступа в рамках проекта «Устранение цифрового неравенства» [3].
Для каждого случая выбирается самое лучшее решение, основываясь на анализе существующей инфраструктуры и спроса в поселении УЦН, а также соседних поселений. Основополагающими критериями являются:
• при условии наличия и проникновения медной сети в 50% домовладений будет базовой технологий связи доступ VDSL2.
• для возможности подвески кабелей на существующие опоры (ЛЭП низкого напряжения 220-380В, столбы освещения), предпочтительны оптические технологии или ETSH/FTSh;
• число потенциальных абонентов в поселении; при большом числе заявок (до 4х) базовым сценарием будет ETH с подключением к коммутатору УЦН, при большем количестве заявки более 28ти основным вариантом станет FTth.
• около поселка УЦН имеется возможность установки OLT (Optical line terminal) соединенного с ВОЛС, расстояние по оптике от OLT до посёлка не должно превышать 50 км.
основное оборудование для подключения по вновь организованным ВОЛС необходимо в поселениях, где уже был узел УЦН. В соответствии с Технической политикой проектирования строительства узлов доступа [3]:
• базовая станция WiFi с параметрами: 2.4 Ггц, внешнего исполнения;
• промышленный коммутатор должен быть не менее 4 портов GE(SFP)
• коммутатор управления.
• наружный блок антенн;
• используется SFP (Small Form-factor Pluggable) модуль, имеющий дальностью передачи не менее 40 км.
Выбирая оборудование нужно провести анализ рынка компаний производителей, которые занимаются производством оборудования беспроводного доступа. Требуется учесть расстояние от магистрали связи ПАО «Ростелеком» до узла доступа, определить места установки точек общего пользования для покрытия всей территории поселка и провести сравнительный анализ.
В табл. 1 приведено сравнение технических характеристик промышленных коммутаторов. При анализе технических характеристик и особенностей узлов УЦН, наибольшее соответствие требованиям имеет промышленный коммутатор QSW-3750. Он выделяется следующими преимуществами: высокая пропускная способность данных с высокой скоростью передачи; оптимальный объем оперативной памяти (с возмож-
ностью подключения большего количества ин- фейсного оборудования для обеспечения защи-
терфейсов); наличие большого числа интер- ты от внешних факторов окружающей среды.
Таблица 1
Технические характеристики промышленных коммутаторов_
Наименование MES3508P QSW-3750-12T-I-POE-DC ECIS4500-8T2F
Интерфейсы 8 х 10/100/1000BaseT (PoE) 8 х 10/100/1000BaseT 8 х 10/100/1000BaseT (PoE) 4 х 1000Base-X SFP 8 х 10/100/1000BaseT 2 х 1000Base-X SFP
Консольный порт 1 1 1
Пропускная способность 22 Гбит/с 24 Гбит/с 22 Гбит/с
Скорость передачи 17,8 Мпак/с 18 Мпак/с 17,9 Мпак/с
Оперативная память 512 Мбайт 512 Мбайт 128 Мбайт
условиях и не терять работоспособности. Устройства не подвержены негативным воздействиям окружающей среды: механическим, температурным и т.д. Коммутаторы имеют в своем составе 8 гигабитных портов 10/100 / 1000 BASE-T для подключения SFP модулей, 4 оптических порта 2000 BMC XNRS с возможностью установки 1 пары «сухих» контактов. Внешний вид коммутатора QSW-3750-12T, в соответствии с [5], показан на показан на рис. 6
В табл. 2 приведено сравнение технических характеристик коммутаторов управления. По результатам сравнительного анализа технических характеристик можно сделать вывод, что наиболее полно отвечает требованиям к проектируемому узлу УЦН коммутатор управления QSW-3420 с учетом следующих факторов: пропускная способность и скорость передачи данных; оптимальный объем оперативной памяти.
Таблица 2
Технические характеристики коммутаторов управления_
Наименование MES2408P QSW-3420 ECS4100-12T
Интерфейсы 8 х 10/100/1000BaseT (PoE) 2 х 1000Base-X SFP 8 х 10/100/1000BaseT (PoE) 4 х 1000Base-X SFP 8 х 10/100/1000BaseT 2 х 1000Base-X SFP
Консольный порт 1 1 1
Пропускная способность 20 Гбит/с 20 Гбит/с 20 Гбит/с
Скорость передачи 14,88 Мпак/с 15 Мпак/с 14,9 Мпак/с
Влажность до 80% без образования конденсата до 95% без образования конденсата до 90% без образования конденсата
QSW-3420 - это серия многофункциональ- ключать конечных пользователей к сетям круп-
ных высокопроизводительных коммутаторов с ных предприятий, компаний малого и среднего
повышенной безопасностью, рис.7. бизнеса.
Коммутаторы этой серии [6] имеют превосходное исполнение, надежностью и простотой использования. Опорный функционал коммутаторов полностью согласуется с мировыми потребностями в построении надёжных сетей уровня доступа. Коммутаторы позволяют под© Automatics & Software Enginery. 2023, N 2 (44) http://jurnal.nips.ru/en 91
Индустриальный коммутатор QSW-3750-12T (рис. 6) является особо важным устройством для организации мощных, защищенных и отказоустойчивых сетей передачи данных на ответственных объектах.
Рис. 6. Индустриальный ЕШете1;-коммутатор L3 серия QSW-3750
Эта конструкция коммутаторов дает возможность работать в экстремальных погодных
г'т'т'т'т 0~
-I:SI' 1,1.11 JQ QIIJ
Рис. 7. Коммутатор управления QSW-3420
В табл. 3 приведено сравнение технических характеристик внешних точек доступа. По ре-
зультатам сравнительного анализа технических характеристик, можно сделать вывод о том, что наиболее подходит для узла УЦН точка доступа серии QWO-820E. Этому поспособствовали такие факторы как высокая скорость передачи данных и наличие 2 гигабитных сервисные портов, позволяющих обеспечить надежную защиту от внешних факторов окружающей среды.
Таблица 3
Технические характеристики внешних точек доступа
Наименование Nateks Multilink QWO-820E WL8200-T3
Частотные диапазоны 2,3 - 2,7 ГГц 4,9 - 6,0 ГГц 2.40 - 2.48 ГГц 5.15 - 5.85 ГГц 2.40 - 2.48 ГГц 5.15 - 5.25 ГГц
Скорость передачи данных до 310 Мбит/с 2,4 ГГц до 600 Мбит/с 5 ГГц до 1,2 Гбит/с 2,4 ГГц до 300 Мбит/с 5 ГГц до 2,6 Гбит/с
Сервисные порты 1 х 10/100/1000BaseT 1 х 10/100/1000BaseT 2 х 10/100 /1000Base-T
Антенные разъемы 4 разъема N-type 4 разъема N-type 4 разъема N-type
Электропитание PoE - 48 VDC PoE - 48 VDC PoE - 48 VDC
QWO-820E является высокопроизводительной внешней точкой доступа для использования вне помещений стандарта 802.11ax. Точка доступа имеет высокоскоростной чипсет Mediatek с поддержкой 2^2 DL/Ul-MIMO, поддерживающий максимальную скорость 1800 Мбит / c (600 Мбит/c на частоте 2,4 ГГц и 1200 Мбит/c на частоте 5 ГГц) QW0-820E имеет четыре N-type разъема (female), предназначенных для подключения внешних антенн. Устройство выполнено из алюминиевого сплава с степенью защиты IP67. Внешний вид точки доступа QW0-820E, в соответствии с [7], показан на рис. 8
Рис. 8. Внешняя точка доступа QWO-820E
ме того, надёжность защиты от внешних факторов окружающей среды также играет большую роль благодаря тому факту, что к ней больше, чем к какой-либо другой подходят требования по прочности конструкции.
Встроенная всенаправленная антенна Wi-Fi 2,4/5 ГГц QANT-OD245805M (рис.9) предназначена для организации беспроводного доступа в общедоступных местах (офисы и предприятия).
В табл.4 приведено сравнение технических характеристик антенн для внешних точек доступа. Выбор сделан в пользу антенны QANT-0D245805M. Основными ее достоинствами являются: возможность работы в 2х диапазонах и оптимальный радиус покрытия местности. Кро-
Рис. 9. Антенна QANT-OD245805M
Всенаправленная антенна имеет в своем составе стекловолокно, которая подходит для установки вне помещений [8].
При выборе SFP модуля для коммутаторов остановимся на продукции фирмы GIGALINK
[9].
Внешний вид модуля SFP GL-OT-SG07LC2-0850-0850-М приведен на рис. 10, а его технические характеристики приведены в табл. 5
Рис. 10. Модуль SFP оптический GL-OT-SG07LC2-0850-0850-M
Таблица 4
Наименование AirMax Omni 2G-10 ОА]]Т-ОВ245805М А]ЧТ12-50360
Частотный диапазон 2.40 - 2.48 ГГц 2.40 - 2.48 ГГц 5.15 - 5.85 ГГц 5.15 - 5.85 ГГц
Коэффициент усиления антенны 10 дБи 10 дБи 10 дБи
Тип направленности всенаправленная всенаправленная всенаправленная
Радиус беспроводного соединения до 1 км до 1 км до 1 км
Рабочая температура от -30 до +50 °С от -40 до +60 °С от -55 до +70 °С
Влажность до 80% без образования конденсата до 95% без образования конденсата до 90% без образования конденсата
Таблица 5
Технические характеристики модуля SFP GL-OT-SG07LC2-0850-0850-M_
Параметр Значение
Расстояние передачи данных, км 0,55
Тип излучателя VCSEL (полупроводниковый лазер на базе диода)
Оптический бюджет, дБ 7
Скорость передачи данных, Гбит/с 1
Количество используемых волокон 2
Рабочая длина волны, нм 850
Тип разъема 2xLC
Тип волокна 50/125 дт ММР 62.5/125 дт MMF
Диапазон температур, °С Хранение от -40 до +85. Эксплуатация от 0 до +85
Габариты, ШхВхГ, мм 13,4х12,46х56
Допустимая влажность, % 5 - 90 (отсутствие конденсата)
Питание, В 3,3
Упаковка Индивидуальная - полиэтиленовый пакет; транспортная -упаковка 10 шт.
Гарантия 3 года
С помощью сервиса ВОЛС.ЭКСПЕРТ [10] был сделан выбор оптических кабелей. Выбор кабеля осуществлялся по следующим критериям: тип провода, назначение электрического тока; силовой элемент и способ волокна. Выбор кабеля для соединения узла доступа с магистральной линией связи ПАО «Ростелеком» бу-
дет осуществляться между кабелем ТОЛ-П-2,7кН, 0ККЦ-00-1х8 ЕЗ (2,7), ОКК-Т-16А-2,7 кН. Для выбора волоконно-оптического кабеля для прокладки в грунт следует произвести сравнение технических характеристик, которые представлены в табл. 6
Таблица 6
Технические характеристики волоконно-оптических кабелей для прокладки в грунт_
Характеристики Волоконно-оптические кабели
Маркировка ТОЛ-П-2,7 0ККЦ-00-1х8 ОКК-Т-16А-2,7
ЕЗ(2,7)
Изготовитель «Инкаб» ОК-кабель Сарансккабель-оптика
Количество оптических волокон в кабеле 16 до 24-х 16
Допустимое растягивающее усилие, кН 2,7 2,7 2,7
Минимальный радиус изгиба не менее 15 12,5 20
Диаметр кабеля, мм. 7,5 8,3 9,8
Масса кабеля, кг/км 72,7 73,7 71
Раздавливающее усилие, кН/см 0,5 0,3 0,5
Температура эксплуатации, °С от -60 до +70 от -50 до +70 от -40 до +50
Исходя из сравнительного анализа технических характеристик трех кабелей следует, что наиболее соответствует требованиям для проектируемого участка волоконно-оптический кабель ОКК-Т-16А-2,7 (рис. 11) благодаря следующим факторам:
• меньший вес;
• минимальный радиус изгиба ОК;
• допустимое раздавливающее усилие не менее 0,5 кН/см для кабеля с допустимым растягивающим усилием 2,7 кН.
Выбор кабеля для воздушного подвеса по существующим опорам и соединения точек доступа с узлом доступа будет осуществляться между кабелем ДПОм-П-16У(2х8) 6кН, ОККЦ-00-1х8 ЕЗ (2,7), ДПОд-П-16У(2х8) 6кН. В табл. 7 представлены технические характеристики волоконно-оптических кабелей для воздушного подвеса.
Марки кабелей имеют схожие характеристики, но при более внимательном изучении свойств кабеля и его технологии выбор сделан в пользу кабеля ТПОм-П 16У 6кН. (рис.12)
Рис. 11. Конструкция оптического кабеля ОКК-Т-16А-2,7 кН
Оптические кабели типа ОКК-Т-А предназначены для прокладки в грунте 1-3 категории, а также в кабельной канализации, трубах, на мостах и эстакадах. Кабель защищен броней из гофрированной стальной ленты, в плотной внешней оболочке. Защищен от грызунов, отличается устойчивостью к возможным механическим повреждениям.
Маркировка оптического кабеля ОКК-Т-16А-2,7 кН:
О - оптический кабель;
К - для прокладки в канализации;
К - защитный покров состоит из продольно наложенных арамидных нитей и внешней оболочки;
Т - кабель без защитных покровов, несущий элемент расположен продольно оптическому сердечнику;
16 - количество оптических волокон;
А - тип волокна: одномодовое стандартное;
2,7 - допустимая растягивающая нагрузка,
кН.
Технические характеристики волоконно
Рис. 12. Конструкция кабеля ТПОм-П-16У 6кН
Кабель ТПОм-П-16У 6кН содержит один центральный оптический модуль, сверху наложена оболочку одновременно насердечник и выносной силовой элемент. Ограничение по числу волокон: неболее 24.
Преимущество данного кабеля:
• новейшая разработка компании Corning - ультратонкое волокно Ultra;
• твердое отставание сигнала минимум на 10% ниже, чем у обычных волокон;
• 10 раз больше, устойчиво к изгибу стандартного волокна;
• совместимо с другими одномодовыми волокнами на 100%.
Для того, чтобы коммутировать активное оптическое оборудование и обеспечить соединение в распределительных устройствах (оптических кроссах или телекоммуникационных шкафах) используют патч-корд. Cabeus F0P-50-SC-ST-2m (рис.13), шнур оптический duplex SC-ST 50/125 mm, OM3, 2м, LSZH - переходной шнур (патч-корд) SC-ST 50/125 - это отрезок оптического кабеля c двумя волокнами (в буферном покрытии 3 мм) каждое из которых оконцовано с одной стороны оптическим коннектором SC, с другой стороны коннектором ST [11].
Таблица 7
-оптических кабелей для воздушного подвеса_
Характеристики
Волоконно-оптические кабели
Маркировка ДПОм-П-16У(2х8) 6кН ТПОм-П-16У 6кН ДПОд-П-16У(2х8) 6кН
Длина волны, нм 1310/1550 1310/1625 1310/1550
Число одномодовых ОВ 16 16 16
Масса, кг/км 116,7 88,4 116,7
Допустимые раздавливающиеусилия 0,3 0,3 0,3
Допустимые растягивающие усилия, кН 6 6 6
Расстояние между опорами для подвесакабеля 50 50 50
Условия прокладки Применяется для под-весана опорах линий связи, линий электропередач Применяется для подвеса наопорах линий связи, линий электропередач Применяется для подвесана опорах линий связи, линий электропередач
Коэффициент затухания, дБ/км 0,35 0,32 0,35
На патч-кордах имеется маркировка полярности коннекторов, с помощью которой можно определить стороны входа и выхода светового
сигнала. Технические характеристики FOP-50-SC-ST-2m приведены в табл.8
Cabeus
Таблица 8
Технические характеристики Cabeus FOP-5Q-SC-ST-2m
Параметр Значение
Коннектор / полировка SC/UPC - ST/UPC
Исполнение 2 волокна (duplex)
Тип волокна Многомодовое 50/125 (ММ)
Класс волокна ОМ3 / G.651
Материал внешней оболочки LSZH-компаунд
Диаметр внешней оболочки, мм 3 мм
Цвет внешней оболочки aqua (бирюзовый)
Вносимые потери < 0,3 дБ
Возвратные потери > 35 дБ
Наконечник Керамика
Диаметр наконечника 2,5 мм
Рис. 13. Переходной шнур (патч-корд) СаЬеш FOP-50-8С-8Т-2т
С целью подключения оборудования внешних точек доступа, понадобится установка ме-
диаконвертеров. Для того чтобы конвертировать кадры Ethernet 10Base-T и 100 BasesX в оптический сигнал, необходим медиаконвертер GIGALINK. Это даёт возможность увеличить длину участка витой пары до сотен километров. Конвертеры могут устанавливаться как отдельное устройство или в универсальное 14-слотовое шасси GL-MC -CHASSIS для монтажа 19" шкаф (стойку). Медиаконвертеры способны выдерживать «горячую» замену и установку, а также использование в составе шасси [12]. Технические характеристики медиаконвертера GL-MC-UTPF-SC2F-19MM-0850 приведены в табл. 9. Медиаконвертер GL-MC-UTPF-SC2F-19MM-0850: интерфейсы - RJ-45, 2xSC, тип волокна -ММ, количество волокон - 2, скорость передачи данных - 100Мбит/c, рабочая длинна волны -850, дальность до 2 км.
Таблица 9
Технические характеристики медиаконвертера GL-MC-UTPF-SC2F-19MM-0850_
Параметр Значение
Режим работы, Мбит/с 10/100
Встроенная оптика, нм MM, 850
Дальность, км Многомодовое волокно: 2, Витая пара CAT5: 0,1
Интерфейсы Rj45 порт: EIA568A/B, Оптический порт: 2хSC
Режимы конвертирования Store and Forward mode, Cut-Through mode
Буфер памяти, Кб Встроенная RAM память 128
ВЕЯ (к-т битовых ошибок) < 10-9
Время между сбоями, ч 100 000
Питание, В AC90~264/DC100~380 на входе, 5V1A на выходе
Потребляемая мощность, Вт < 2
4. Расчет дальности wi-fi сигнала
Для расчета дальности беспроводного канала связи используется инженерная формула вычисления потерь энергии сигнала в свободном пространстве:
D = 10(_20
FSPL 33 , (^n--Tn-l°gF)
(
1)
FSPL (Free Space Path Loss) - потери в свободном пространстве (дБ);
F- центральная частота канала, на котором работает система связи (МГц);
D - расстояние между двумя точками (км).
Потери в свободном пространстве рассчитываются по формуле:
FSPL = УдБ - SOM
(2)
где:
УдБ - суммарное усиление системы; SOM - (System Operating Margin) - запас в энергетике радиосвязи (дБ).
Суммарное усиление системы, рассчитается следующим образом:
у_р Г _|_ г _ р
/дБ р^,дБмВт + и£,дБи + иг,дБи Ртт,дБмВт
,дБ
,дБ
(3)
где:
Pt,дБмВт - мощность передатчика;
С4 дБи - коэффициент усиления передающей антенны;
&г,дБи - коэффициент усиления приемной антенны;
Ртт,дБмВт - чувствительность приемника на данной скорости;
Lt,^ - потери сигнала в коаксиальном кабеле и разъемах передающего тракта;
Lt,дБ - потери сигнала в коаксиальном кабеле и разъемах приемного тракта.
SOM (System Operating Margin) - запас в энергетике радиосвязи (дБ). Он также учитывает возможные факторы, негативно влияющие на дальность связи, такие как:
• сдвиг температурного значения чувствительности приемника и выходной мощности передатчика;
• всевозможные атмосферные явления: туман, снег, дождь;
• рассогласование антенны, приемника, передатчика с антенно-фидерным трактом.
Используя вышеперечисленные данные, можно рассчитать дальность Wi-Fi сигнала.
Антенны приемника и передатчика находятся в зоне оптической прямой видимости, где отсутствуют препятствия для распространения радиоволн. Для передающего устройства данные получены из технических характеристик выбранной внешней точки доступа и антенны усиления сигнала, для приемного устройства взяты средние показатели характеристик смартфонов.
Потери в ВЧ разъемах обычно составляют не более 0,5-1 дБ на коннектор.
Данные для расчета:
• центральная частота канала, на котором работает система связи - 2442 МГц;
• мощность передатчика внешняя точка доступа QWO-820E - 27 дБи;
• коэффициент усиления передающей антенны QANT-0D245805M - 10 дБи;
• коэффициент усиления приемной антенны смартфона - 2 дБи;
• чувствительность приемника на данной скорости 12 Мбит/с и -85 дБм;
• потери сигнала в кабеле и разъемах передающего тракта - 1 дБи;
• потери сигнала в кабеле и разъемах приемного тракта - 0,5 дБи;.
• запас в энергетике радиосвязи - 20 дБи.
При условии использования оборудования в
открытом пространстве и прямой видимости Wi-Fi сигнал имеет возможность распространения на расстояние 1 км с возможностью обеспечения передачи данных с требуемой скоростью, однако для того чтобы вычислить данные более приближенные к реальным воспользовались калькулятором МСЭ Р 525 [13] c учетом ослабления сигнала на местности.
Принимая во внимание ослабление сигнала для абонентов, принимающих сигнал в помещении, был принят коэффициент городской местности, а также использовали значение применимое к пригороду. В результате дальность связи составила:
• город - 0,21 км (200 м);
• пригород - 0,44 км (400 м).
По результатам проделанных расчетов произвели уточнение структурной схеме расположения точек доступа на местности, результаты показаны на рис. 14.
Рис. 14. Схема подключения точек доступа Wi-Fi в пос. Верблюжий с учетом дальности распространения сигнала
5. Расчет необходимого количества
ОПТИЧЕСКОГО КАБЕЛЯ
Для расчета количества волоконно-оптических кабелей, которые необходимы для проектирования системы связи не обязательно знать расстояние от узла доступа до каждого столба установки точки возврата, учитывая все повороты и подъемы при прокладке кабеля [14].
Существует два метода расчета необходимого количества кабеля:
• метод суммирования;
• эмпирический метод.
Метод суммирования заключается в подсчёте длины каждой кабельной трассы с последующим сложением этих длин, добавив при этом технологический запас кабеля. Преимущество данного метода высокоточная работа и высокая точность результатов.
Сущность эмпирического способа заключается в применении обобщенной математической модели для проведения подсчёта общей длины кабеля, требуемого на проведение конкретного мероприятия по связи. Наиболее важным ограничением является предположение о том, что места установки распределены по эксплуатируемой площади равномерно.
При расчете применяется формула определения средней длины кабеля:
^ср _ (^мин + ^макс)/((^тел + ^рм ) + (4)
© Automatics & Software Enginery. 2023, N 2 (44) http://jurnal.nips.ru/en
где
Ьср - средняя длина кабеля;
Ьмин - длина наиболее короткой кабельной линии;
Ьмакс - длина наиболее длинной кабельной линии;
ктел - технологический запас кабеля в телекоммуникационной;
крм - технологический запас кабеля на месте установки;
х - запас кабеля на разделку (в среднем 0,6 -1,0 метра).
В соответствии с требованиями ГОСТ Р 53246-2008 [15], для того чтобы в будущем иметь возможность изменять конфигурацию кабельной системы, рекомендуется оставлять следующий запас кабеля:
• в телекоммуникационном шкафу: волоконно-оптический кабель - 3 м;
• на месте установки точки доступа: волоконно-оптический кабель - 1 м.
Запас кабеля должен учитываться в общей длине сегментов кабельной системы.
Для того чтобы упростить расчеты на местности, можно использовать карты или планы определенных масштабов. Применительно к исследуемому населенному пункту пос. Верблюжий для дальнейших расчетов использовались следующие исходные данные: Ьмин = 150
м, Ьмякс = 600 м, ктел = 3 м, крм = 1 м, x = 0,5 м.
Вычислим по формуле (4) среднюю длину кабеля:
_ 150 + 600 1ср = (3 + 1 ) + 0,5
= 163,04 м
Расчет количество кабельных пробросов в одной упаковке кабеля определяется по формуле (5):
N =■
К
(
ср
5)
где,
Ькат - количество кабеля в одной упаковке. Оптический кабель ТП0м-П-16У-6,0 -длинна в заводской стандартной упаковке (бухте) - 452 м, тогда согласно формуле (5):
N =■
452 163,04
= 2,77 пробросов
Расчет количества упаковок (бухт) определяется по формуле (6):
Up =:
N,
порт
(
N
6)
где,
^орт - количество планируемых портов.
Для организации сети планируется подключение по одному порту на точку доступа, планируется размещение пяти точек доступа, тогда согласно формуле (6):
Up =
5
2,77
= 1,8
Результат округляется в большую сторону, далее рассчитывается количество упаковок:
Nup = Up • LK
(
7)
Из результатов расчетов видно, что для проектирования кабельной линии сети подвесом до точек доступа требуется оптического кабеля ТП0м-П-16У-6,0, согласно формуле (7):
Мир = 2•452 = 904 м
Для расчета необходимого количества кабеля для закладки в грунт и подключения к магистральной линии связи ПАО «Ростелеком» воспользовались схемой, изображенной на рис. 14. Так как участок прокладки кабеля прямой, то остается добавить технологический запас кабеля.
^грунт ^тр + ^рм + ^тел + ^
(
8)
где,
¿тр - длина кабельной трассы в грунте согласно плану местности.
Lгрунт = 300 + 1 + 3 + 0,5 = 304,5 м
Заключение
Для устранения цифрового неравенства и обеспечения жителей поселка Верблюжий Астраханской области беспроводной связью предложен проект организации доступа к сети интернет по технологии Wi-Fi. В работе произведен выбор оборудования: промышленный коммутатор - QSW-3750; коммутатор управления -QSW-3420; внешняя точка доступа - QWO-820E; всенаправленная WiFi антенна - QANT-OD245805М; волоконно-оптический кабель для прокладки в грунт - ОКК-Т-16А-2,7; волоконно-оптический кабель для воздушного подвеса -ТПОм-П-16У 6кН. Проведены расчеты дальности сигнала Wi-Fi: вне жилых построек дальность 400 м, в жилых постройках 200 м. Максимальная требуемая скорость для организации связи - 12 Мбит/с. Произведен расчет общей длины волоконно-оптического кабеля, затрачиваемого на подключение точек доступа: кабеля марки ТП0м-П-16У-6,0 требуется 904 метра, марки ОКК-Т-16А-2,7 - 305 метров.
ЛИТЕРАТУРА
[1] Пищин, О. Н. Реализация низкоорбитальной сети спутниковой связи для предоставления доступа в интернет / О. Н. Пищин, Н. С. Мальцева, И. В. Викторов // Автоматика и программная инженерия. - 2022. - № 3(41). - С. 11-15.
[2] Справка о компании ПАО «Ростелеком»: [электронный ресурс] https://www.company.rt.ru/about/info/
[3] Техническая политика проектирования и строительства узлов доступа в рамках проекта «Устранение цифрового неравенства» в ОАО «Ростелеком», редакция вторая - Москва - 2015 г. - 21 с.
[4] Поселок Верблюжий. Общие сведения.: [электронный ресурс] https://bankgorodov.ru/place/verblujii (дата обращения 14.06.2023).
[5] Индустриальный коммутатор QSW-3750-12T: [электронный ресурс] https://www.qtech.ru/catalog/switches/industrial/qsw _3750/qsw_3750_12t_i_pe_dc/
[6] Коммутатор управления QSW-3420: [электронный ресурс] https://all-lan.ru/magazin/product/kommutator-qtech-qsw-3420-10t-poe-ac
[7] Внешняя точка доступа QW0-820E: [электронный ресурс]
https://www.qtech.ru/catalog/wireless/outdoor_access _points/qwo_820e_ip67/#properties
[8] Антенна QANT-OD245805M: [электронный ресурс] https://www.qtech.ru/ catalog/wireless/wi-fi_antennas/qant_od245805m/
[9] Модуль SFP оптический GL-0T-SG07LC2-0850-0850-М: [электронный ресурс] https://www.kdds.ru/setevoe-
oborudovanie/gigalink/sfp-moduli-1 sg071c2-0850-0850-m
[10] ВОЛС. Эксперт: все о волоконно-оптических линиях связи https://vols.expert/
[11] Переходной шнур (патч-корд) СаЬеш FOP-50-8С-8Т-2т https://cabeus.ru/product/8098/
[12] Медиаконвертер GL-MC-UTPF-SC2F-19ММ-0850: [электронный ресурс] https://www.kdds.ru/setevoe-oborudovanie/giga1ink/mediakonvertery-100mbit-i-
1 g/mediakonverter-g1-mc-utpf- sc2f-19mm-0850
[13] Онлайн-калькулятор потерь в свободном пространстве. По рекомендациям Международного союза электросвязи ГГО-К Р.525-2. https://r1ban.ru/ca1c/1oss-ca1c.htm
[14] А.Б. Семенов, Проектирование и расчет структурированных кабельных систем и их компонентов - Москва - Академия АйТи; ДМК Пресс. - 2010 - 412+16 с.: ил.
[15] ГОСТ Р 53246-2008 «Информационные технологии. Системы кабельные структурированные. Проектирование основных узлов системы. Общие требования»: утвержден и введен в действие Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 25 декабря 2008 г. №786-ст.
Алексей Викторович Осов-ский - кандидат технических наук, доцент кафедры «Связь» Астраханского государственного технического университета, г. Астрахань, ул. Татищева, 16. Email: a [email protected]
Денис Валерьевич Кутузов
- кандидат технических наук, доцент кафедры «Связь» Астраханского государственного технического университета, г. Астрахань, ул.Татищева, 16. Email: d [email protected]
Альберт Юрьевич Безруков - магистрант 1-го курса обучения специальности «Инфокоммуникационные технологии и системы связи» Астраханского государственного технического университета, г. Астрахань, ул.Татищева, 16.
Email: dj [email protected]
Статья поступила 18.07.2023
Elimination of Digital Discrimination in the Village of Verblyuzhiy, Astrakhan
Region, Using Wi-Fi technology
A.V. Osovskiy1, D.V. Kutuzov1, A.Yu. Bezrukov1 Astrakhan State Technical University, Astrakhan, Russia
Abstract: The paper considers a project to eliminate digital discrimination in the village of Verblyuzhiy, Astrakhan region. The elimination of digital discrimination is achieved by providing access to communication services for residents of small settlements with a population of 100 to 500 people. In such settlements, communication services are either not provided, or are provided with inadequate quality of access to telecommunication services and services of collective access to the Internet.
Keywords: Wi-Fi, digital discrimination elimination, access point, industrial switch.
References
[1] Pishchin, O. N. Realizaciya nizkoorbital'noj seti sput-nikovoj svyazi dlya predostavleniya dostupa v internet / O. N. Pishchin, N. S. Mal'ceva, I. V. Viktorov // Avtomatika i programmnaya inzheneriya. - 2022. - № 3(41). - S. 11-15.
[2] Spravka o kompanii PAO «Rostelekom»: [elektronnyj resurs] https://www.company.rt.ru/about/info/
[3] Tekhnicheskaya politika proektirovaniya i stroitel'stva uzlov dostupa v ramkah proekta «Ustranenie cifrovogo neravenstva» v OAO «Rostelekom», redakciya vtoraya -Moskva - 2015 g. - 21 s.
[4] Poselok Verblyuzhij. Obshchie svedeniya.: [elektronnyj resurs] https://bankgorodov.ru/place/verblujii (data obrashcheniya 14.06.2023).
[5] Industrial'nyj kommutator QSW-3750-12T: [elektronnyj resurs]
https://www.qtech.ru/catalog/switches/industrial/qsw_3750/ qsw_3750_12t_i_pe_dc/
[6] Kommutator upravleniya QSW-3420: [elektronnyj resurs] https://all-lan.ru/magazin/product/kommutator-qtech-qsw-3420-10t-poe-ac
[7] Vneshnyaya tochka dostupa QW0-820E: [elektronnyj resurs]
https://www.qtech.ru/catalog/wireless/outdoor_access_point s/qwo_820e_ip67/#properties
[8] Antenna QANT-0D245805M: [elektronnyj resurs] https://www.qtech.ru/ catalog/wireless/wi-fi_antennas/qant_od245805m/
[9] Modul' SFP opticheskij GL-0T-SG07LC2-0850-0850-M: [elektronnyj resurs] https://www.kdds.ru/setevoe-
oborudovanie/gigalink/sfp-moduli-1g/modul-gl--ot-sg07lc2-0850-0850-m
[10] VOLS. Ekspert: vse o volokonno-opticheskih liniyah svyazi https://vols.expert/
[11] Perekhodnoj shnur (patch-kord) Cabeus F0P-50-SC-ST-2m https://cabeus.ru/product/8098/
[12] Mediakonverter GL-MC-UTPF-SC2F-19MM-0850: [elektronnyj resurs] https://www.kdds.ru/setevoe-oborudovanie/gigalink/mediakonvertery-100mbit-i-
1 g/mediakonverter-gl-mc-utpf-sc2f- 19mm-0850
[13] Onlajn-kal'kulyator poter' v svobodnom prostranstve. Po rekomendaciyam Mezhdunarodnogo soyuza elektrosvyazi ITU-R P.525-2. https://r1ban.ru/calc/loss-calc.htm
[14] A.B. Semenov, Proektirovanie i raschet strukturirovannyh kabel'nyh sistem i ih komponentov -Moskva - Akademiya AjTi; DMK Press. - 2010 - 412+16 s.: il.
[15] GOST R 53246-2008 «Informacionnye tekhnologii. Sistemy kabel'nye strukturirovannye. Proektirovanie osnovnyh uzlov sistemy. Obshchie trebovaniya»: utverzhden i vveden v dejstvie Prikazom Federal'nogo agentstva po tekhnicheskomu regulirovaniyu i metrologii ot 25 dekabrya 2008 g. №786-st.
Alexey V. Osovskiy is
Cand. of Tech. Science, Asst. Prof. Of "Communications" Dept., Astrakhan State Technical University, Astrakhan, 16 Tatisheva Str.
Email: a [email protected]
Denis V. Kutuzov is Cand. of Tech. Science, Asst. Prof. Of "Communications" Dept., Astrakhan State Technical University, Astrakhan, 16 Tatisheva Str. Email: d [email protected]
Albert Yu. Bezrukov is -
Master student of the 1st year of study in the specialty "Infocommunication technologies and communication systems". Astrakhan State Technical University, Astrakhan, 16 Tatisheva Str.
Email: dj [email protected]
The paper has been received on 18/07/2023
