Разработка проекта сети передачи данных г. Егорьевска Егорьевского района Московской области на базе технологии WiMAX

Введение

Темой данного выпускной квалификационной работы является проектирование многоканальной телекоммуникационной сети в г. Егорьевск Егорьевского района Московской области. Для организации вышеуказанной сети, я выбрала технологию, основанную на базе стандарта WiMAX IEEE 802.16.

Беспроводные сети обладают не малыми преимуществами, по сравнению с проводными, традиционными сетями. Такими преимуществами являются:

простота развертывания сети;

гибкость архитектуры;

быстрота проектирования и реализации, что необходимо при жестких требованиях (например, к времени построения сети);

нет необходимости прокладки кабелей.

Актуальность темы исследования состоит в интенсивном развитии беспроводных сетей и ставит задачи увеличения их производительности - и в том числе - разработки алгоритмов функционирования МАС-слоев, обеспечивающих своевременную и надежную передачу информации, уменьшающих время на выделение ресурсов абонентским станциям и позволяющих эффективно управлять их мощностью и распределять пропускную способность сети между ними при соблюдении регламентированного уровня качества обслуживания различных видов трафика.

Механизмы распределения ресурсов в сетях WiMAX становятся критически важными для обеспечения требуемого качества обслуживания и надежности функционирования этих сетей. Сети WiMAX, функционирующие на основе рекомендаций IEEE 802.16, реализуют механизм обеспечения, требуемого для различных видов трафика качества обслуживания путём предоставления определённого ресурса - полосы передачи - в соответствии с запросом абонентской станции. Для реализации механизма запроса полосы стандартом предусмотрен конкретный временной интервал в кадре восходящей связи, который может варьироваться по длительности, и величина которого отражается на общей длительности слотов для передачи пользовательских данных. Поэтому задача поиска эффективных методов управления величиной интервала запроса полосы и разработка алгоритма построения сетей WiMAX представляется актуальной.

Системы беспроводной сети передачи данных существуют уже значительное время. Однако в последние 15-20 лет развиваются чрезвычайно интенсивно, став одним из основных направлений развития телекоммуникационной индустрии. Название «WiMAX» было создано WiMAX Forum - организацией, основанной в июне 2001 года с целью продвижения и развития технологии беспроводного широкополосного доступа.имеет огромные преимущества в организации современной беспроводной сети. Пропускная способность каналов данной сети нисколько не уступает проводным технологиям. Дальность распространения радиоволн в несколько раз превышает, обыденных Wi-Fi сетей, что позволяет организовать крупномасштабные сети в рамках города. Главное преимущество технологии WiMAX является то, что возможно обслуживать не только статичных пользователей услуги, но и тех, кто постоянно находятся в пути.

Объектом исследования является передача информации по радиоканальному доступу современных телекоммуникационных сетей на основе широкополосной беспроводной технологии WiMAX.

Предметом исследования выступает сеть широкополосного доступа в Интернет на базе WIMAX территории Егорьевского района г. Егорьевск.

Целью данного проекта является организация сети широкополосного доступа в Интернет на территории Егорьевского района г. Егорьевск. В ходе проектирования данной сети требуется рассмотреть и проанализировать все факторы, для обеспечения абонентов качественной услугой. Для реализации сети WIMAX в выпускной квалификационной работе решаются следующие задачи:

разработать  схему  организации на основе технологии WiMAX, обеспечивающую услугами передачи данных в Егорьевском районе;

выбрать аппаратуру приемо-передающих станций;

рассчитать зоны покрытия каждой базовой станции, а также произвести расчет пропускной способности сети связи.

1. Развитие сетей WIMAX

.1 История WiMAX

К концу прошлого столетия существовало много закрытых решений в области развертывания глобальных беспроводных сетей. Устройства, ориентированные на каждое из решений, конфликтовали между собой, а построение сети обходилось слишком дорого. Преодолеть эти проблемы можно было, только избавившись от закрытости форматов, что и было сделано в 1999 году.

Крупнейшие производители телекоммуникационного оборудования совместно с ассоциацией IEEE договорились о выработке единого стандарта беспроводной широкополосной связи. Так появился IEEE 802.16, а в 2001 году организации, развивающие его, образовали WiMAX Forum. Тогда же новый стандарт и назвали по имени этого консорциума.

Во-первых, на базе новой технологии создаются магистральные каналы передачи данных, заменяющие собой привычные «выделенки» и DSL-соединения. Wi-Fi же, при всем многообразии вариантов организации локальных беспроводных сетей, - практически всегда лишь посредник между узлом связи провайдера и пользовательским устройством. Поэтому нередки случаи, когда точки доступа Wi-Fi (так называемые хотспоты) и даже целые сети таких хот-спотов объединяются между собой посредством технологии WiMAX.

Во-вторых, из-за достаточно большой дальности действия передатчиков (до 50 км) и очень низкой чувствительности радиосигнала к различного рода препятствиям WiMAX-точки доступа в Интернете можно создавать без привязки к географическому положению (что, собственно, и отражает название WiMAX).

Все эти факторы позволили создателям WiMAX заявить, что их детище пригодно для развертывания вычислительных беспроводных сетей городского масштаба - Wireless Metropolitan Access Network (WMAN).

.2 Технологические особенности WiMAX

(англ. Worldwide Interoperability for Microwave Access) - это технология высокоскоростной беспроводной передачи данных, имеющая в настоящее время широкое распространение в качестве способа предоставления широкополосного абонентского доступа. Основана на стандарте IEEE 802.16, который также называют Wireless MAN (WiMAX следует считать жаргонным названием, так как это не технология, а название форума, на котором Wireless MAN и был согласован).

Название «WiMAX» было создано WiMAX Forum - организацией, основанной в июне 2001 года с целью продвижения и развития технологии беспроводного широкополосного доступа. Форум описывает WiMAX как «основанную на стандарте технологию, которая предоставляет высокоскоростной беспроводной доступ к сети, альтернативный выделенным линиям и DSL». Максимальная скорость - до 1 Гбит/сек на ячейку.

Особенности WiMAX:

) В сетях WiMAX реализован принцип разделения приоритета доступа, так называемый «Quality of Service» (уровень обслуживания - QoS). Не вникая в технологические тонкости, можно сказать, что на практике это выглядит следующим образом: каждый абонент получает канал связи, который закрепляется только за ним. В то же время передача пакетов информации осуществляется с определенной временной задержкой (джиттером). Благодаря такой раздельной схеме работы канал не «забивается» и сохраняется устойчивая связь. Когда же подключенное устройство выходит из зоны действия конкретной базовой станции, его канал связи передается следующей.

) Для обеспечения связи используется технология ортогонального частотного мультиплексирования (OFDM), а также ее варианты множественного доступа абонентов - OFDMA и SOFDMA.

В этом случае ширина канала делится между несколькими поднесущими (до 2048), а широкополосный сигнал передается посредством независимой модуляции узкополосных поднесущих. Главное преимущество OFDM заключается в том, что продолжительность символа в поднесущей значительно больше в сравнении с задержкой распространения, чем в традиционных схемах модуляции. Это делает OFDM гораздо устойчивее к межсимвольной интерференции.

) В сетях WiMAX доступно несколько видов модуляции и значений ширины канала, что позволяет динамически определять пропускную способность.

.3 Этапы развития стандарта WiMAX

Стандарт WiMAX - Worldwide interoperability for Microwave Access, вышел в свет в конце 2001г. В соответствии с иерархией стандартов беспроводного доступа он относится к классу MAN (Metropolitan Area Network). По ряду показателей, таких как пропускная способность, покрытие территории и предоставляемые услуги, WiMAX превосходит стандарт Wi-Fi (IEEE802.11) класса LAN (Local Area Network), позволяя при развитой инфраструктуре строить региональные, национальные и даже глобальные сети.

На физическом уровне в стандарте WiMAX применяют две принципиально разные технологии. Данные можно передавать, модулируя одну несущую частоту (SC - Single Carrier) или множество поднесущих - технология OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing).

В режиме SC к радиоканалам предъявляют те же требования, что и в радиорелейных сетях: использование только прямых лучей и применение узконаправленных антенн, подавление всех отраженных лучей с целью устранения межсимвольной интерференции. В связи с этим технологию SC невозможно использовать в сетях массового пользования с многолучевым распространением радиоволн в каналах связи.

Переход к технологии OFDM произошел в 2003г при появлении нового стандарта WiMAX: 802.16-2003 (802.16a). Данная технология позволяет устранить межсимвольную интерференцию. Логическим продолжением стандартов 802.16 и 802.16a стал стандарт 802.16-2004 (802.16d), который предусматривал возможность реализации фиксированного доступа внутри помещений. 802.16-2004 заменил собой все существовавшие прежде версии.

В следующей версии стандарта 802.16e были существенно изменены параметры OFDM, также появилась возможность реализации хэндоверов. В настоящее время стандарт 802.16е является базовым в действующих сетях WiMAX. Данный стандарт предусматривает кроме фиксированного (стационарного) еще и мобильный доступ. Именно поэтому стандарт IEEE 802.16e-2005 иногда называют Mobile WiMAX, хотя это не совсем верно.

Всего в стандарте IEEE 802.16e-2005 четыре режима работы:

Fixed WiMAX - фиксированный доступ;

Nomadic WiMAX - сеансовый доступ (свободное перемещение клиентского оборудования между сессиями);

Portable WiMAX - доступ в режиме перемещения (возможность автоматического переключения клиента от одной базовой станции WiMAX к другой без потери соединения при передвижении со скоростью до 40 км/ч);

- Mobile WiMAX - мобильный доступ (скорость перемещения клиентского оборудования до 120 км/ч).

Отличительной особенностью стандарта 802.16e является применение масштабируемого OFDM-доступа (SOFDMA), что позволяет выделять определенным базовым и абонентским станциям не полный ресурс, а его часть в соответствующей полосе рабочих частот. Кроме того, число поднесущих зависит от ширины канала, что дает возможность сохранить постоянным разнос частот между поднесущими и активную длину символа

Последние несколько лет 802.16е постоянно совершенствовали. Например, он был дополнен стандартами 802.16i и 802.16j. Последний позволяет расширять существующие сети, применяя ретрансляторы.

В 2011 году был утвержден новый вариант стандарта WiMAX - 802.16m (полноценный 4G). Он предназначен для построения сетей с пропускной способностью выше 100 Мбит/с и для реализации ряда новых перспективных услуг.

Этапы усовершенствования стандарта WiMAX приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 - Этапы развития стандарта WiMAX

Стандарт	Дата	Полосы частот, ГГц	Мобильность		Технологии	Модуляция	Наличие прямой видимости	Ширина канала, МГц
802.16	12.2001	10 - 66	нет		SC (одна несущая)	QPSK, 16QAM, 64QAM	да	25; 28
802.16a	01.2003	2 - 11	нет		SC (одна несущая)	BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM, 256QAM	да	3,5; 7 (license) 10; 20 (no license)
					OFDM (256 несущих)	BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM	нет	1,75; 3; 3,5; 5,5; 7; 10
					OFDMA (2048 несущих)	QPSK, 16QAM, 64QAM	нет	1,25; 3,5; 7; 14; 28 (license) 10; 20 (no license
802.16-2004 (802.16d)	06.2004	Аналогично 802.16a
802.16е	12.2005	10 - 66 2 - 11 (фикс.)2 - 6 (моб.)		есть	SOFDMA (128, 512, 1024, 2048 несущих)	BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM	нет	1,25; 5; 10; 20
802.16k, i, j	2007-2009	Аналогично 802.16е
802.16m	2011	Ниже 3,6	Аналогично 802.16е

.4 Покрытие Московского региона сетью WiMAX

в регионах России представлен двумя крупными компаниями, это Yota, созданная на основе ОАО Мегафон и ООО Скартел, а также компания ОАО «Комстар - Объединённые ТелеСистемы».

По состоянию на 2016 год, международная компания Yota Devices никак не связана с ООО Скартел. В коммерческую эксплуатацию запущены сети 4G в 39 регионах России. Ожидается запуск 4G в других городах. По данным на конец 2014 года, абонентская база Yota составляла 1,2 млн пользователей.

ОАО «Комстар - Объединённые ТелеСистемы», сокращенно именуется в деловом обороте - «Комстар-ОТС».

«Комстар-ОТС» обслуживает более 4 млн абонентов, оказывая услуги голосовой связи, передачи данных, доступа в Интернет (в том числе по технологии WiMAX) и платного телевидения. «Комстару» принадлежала цифровая волоконно-оптическая транспортная сеть общей протяжённостью свыше 6000 км, охватывающая всю территорию Москвы.

Доля компании на рынке широкополосного доступа а Интернет в Москве (1-й квартал 2009) - 30 %.

У компании имеются филиалы и региональные представительства в разных регионах России.

Рисунок 1.1 - Карта покрытия WIMAX Московского региона

На сайте обоих московских WiMAX-операторов вывешено предупреждение о том, что представленное на карте качество сигнала может отличаться от заявленного.

Сети фиксированного WiMAX, рассмотренные в выпускной квалификационной работе не конкурируют с сетями Wi-Fi, предназначенными для построения внутриофисных локальных беспроводных WLAN сетей.

Сегмент рынка индивидуальных пользователей общий как для фиксированного, так для мобильного WiMAX. В данном сегменте рынка сети фиксированного WiMAX в основном конкурируют с сетями DSL. При этом сети фиксированного WiMAX имеют конкурентные преимущества по обеспечиваемой скорости передачи данных по сравнению с сетями DSL при обслуживании индивидуальных абонентов, расположенных на больших (более 5 км) дальностях от операторского оборудования доступа.

В первой главе освещены вопросы развития сетей WiMAX, ее технологические особенности, этапы развития данной технологии и покрытие Московского региона сетью WiMAX.

2. Обзор технологии WiMAX

.1 Фиксированный и мобильный вариант доступа в интернет

Основным недостатком систем мобильной связи второго поколения (2G) является низкая скорость передачи данных: при использовании технологии GPRS - 172 кбит/с, технологии EDGE - 474 кбит/с.

Для удовлетворения возрастающего мирового спроса на высокоскоростные технологии и переходу к мобильным сетям третьего поколения на основе пакетной передачи данных, были сформированы два глобальных партнерских объединения - 3GPP и 3GPP2.

В результате работы первого объединения была сформирована технология WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access), которая легла в основу проекта наземного мобильного сегмента европейской универсальной системы телекоммуникаций UMTS как эволюции сетей GSM. Членами объединения 3GPP2 был предложен эволюционный путь развития стандарта CDMAOne - CDMA 2000, который в настоящее время широко распространен в США.

В соответствии со спецификациями 3GPP для стандарта UMTS с частотным дуплексом выделена основная рабочая полоса частот 1920-1980 МГц для восходящего направления и 2110-2170 МГц для нисходящего направления передачи. UMTS развертывается путем внедрения технологий радиоинтерфейса WCDMA на ядро сети GSM. Система поддерживает скорости передачи данных до 2 Мбит/с для малоподвижных абонентов и до 384 кбит/с для мобильных абонентов. В основе WCDMA лежит кодовое разделение каналов и расширение спектра методом прямой последовательности в полосе 5 МГц, что позволяет передавать сигналы множества пользователей за счет использования ортогональных кодовых последовательностей.

Дальнейшим развитием сетей стандарта UMTS на основе радиоинтерфейса WCDMA стало появление семейства технологий высокоскоростной передачи данных HSPA (High Speed Packet Access), в которую входят HSDPA (высокоскоростная передача в нисходящем канале от базовой станции к абоненту) и HSUPA (высокоскоростная передача в восходящем канале от абонента к базовой станции).

Увеличение скорости достигается за счет использования нового вида модуляции 16QAM. В нисходящем канале (HSDPA) максимальная теоретическая скорость составляет 14,4 Мбит/с, а в восходящем - 5,76 Мбит/с.

Эволюцией HSPA (в частности HSDPA) стало появление технологии HSPA+. В данном случае добавлен новый вид модуляции 64QAM (максимальная теоретическая скорость достигает 21,1 Мбит/с) и технология MIMO (в сочетании с 64QAM максимальная теоретическая скорость 42,2 Мбит/с).

Сети с использованием технологии HSPA/HSPA+ называют сетями «3,75G» и рассматривают как переходный этап к сетям четвертого поколения 4G.

Сети LTE и WiMAX 802.16e относят к промежуточному этапу между сетями 3,75G и полноценными сетями 4G.

Четвертое поколение мобильной связи 4G - это наиболее перспективное направление, которое развивается по линии частотного уплотнения.. К четвёртому поколению принято относить технологии, позволяющие осуществлять передачу данных со скоростью, превышающей 100 Мбит/с - подвижным (с высокой мобильностью) и 1 Гбит/с - стационарным абонентам (с низкой мобильностью). Технологии LTE Advance (LTE-A) и WiMAX (WMAN-Advanced, IEEE 802.16m) были официально признаны беспроводными стандартами связи четвёртого поколения 4G Международным союзом электросвязи на конференции в Женеве в 2012 году.

Технология WiMAX подходит для решения следующих задач:

беспроводное соединение точек доступа Wi-Fi друг с другом и другими элементами Интернета;

обеспечение беспроводного широкополосного доступа в Интернет как альтернатива выделенным линиям и линиям DSL;

предоставление высокоскоростных сервисов передачи данных и телекоммуникационных услуг;

создание точек доступа, не привязанных к географическому положению;

создание систем удалённого мониторинга (мониторинг системы), как это имеет место в системе SCADA.позволяет осуществлять доступ в Интернет на высоких скоростях, с гораздо большим покрытием, чем у современных Wi-Fi сетей. Это позволяет использовать технологию в качестве «магистральных каналов», продолжением которых выступают традиционные DSL- и выделенные линии, а также локальные сети. В результате подобный подход позволяет создавать масштабируемые высокоскоростные сети в рамках населенных пунктов (город, село, поселок).

При построении сетевой инфраструктуры мобильного и фиксированного доступа применяются две принципиально различные стратегии.

Для эффективного предоставления фиксированного доступа применяется стратегия размещения базовых станции WiMAX, обеспечивающая покрытие услугой максимальных по площади территорий с обеспечением требуемой плотности потока данных, оцениваемую пропускной способностью (скоростью передачи данных), приходящуюся на единицу площади обслуживаемой территории. Обычно для каждого сектора WiMAX станции фиксированного доступа потребная плотность потока данных необходима для обслуживания относительно небольшого количества корпоративных и домашних пользователей. В большинстве практических случаев один сектор (60-120 град) WiMAX базовой станции фиксированного доступа с производительностью примерно 30 Mbps в канале шириной 10 МГц обеспечивает достаточную для обслуживания до нескольких десятков корпоративных абонентов и домашних пользователей. В случае увеличения потребной плотности потока данных (при увеличении количества обслуживаемых абонентов, либо повышения их потребностей в скорости передачи данных) определенные направления могут обслуживаться двумя и более секторами базовой станции.

Для эффективного предоставления широкополосного мобильного доступа WiMAX применяется стратегия максимизации плотности потока данных, обеспечивающая конкурентные преимущества по сравнению с системами 3G и проводными системами широкополосного проводного DSL доступа. Высокая плотность потока данных обеспечивается повышением плотности размещения базовых станций и увеличением количества частотных каналов (секторов), обслуживающих единицу площади обслуживаемой территории. При этом увеличение количества частотных каналов требует наличия соответствующего частотного ресурса. Сама по себе высокая пропускная способность оборудования WiMAX (равно как и любого другого оборудования, например, 3G или LTE) не дает каких-либо гарантий, что любой абонент получит высокую скорость передачи данных (производительность своего индивидуального канала связи) при массовом обслуживании абонентов. А вот достижение высокой плотности потока данных, обусловленную наличием достаточного частотного ресурса, позволяет предоставлять высокую скорость передачи данных для каждого из абонентов, обслуживаемых на данной территории.

Технология WiMAX за счет высокой спектральной эффективности при наличии достаточного частотного ресурса в десятки и сотни мегагерц способна обеспечить требуемую (конкурентную) плотность потока данных для оказания массовой услуги передачи данных, голоса и видео. Плотность потока частотного спектра.

Таким образом, мобильные сети WiMAX характеризуются:

высокой мощностью передатчиков базовых станций, что необходимо для обслуживания мобильных индивидуальных абонентов с встроенными маломощными антеннами в условиях плотной городской застройки и отсутствия прямой видимости;

высокой плотностью размещения базовых станций с небольшим радиусом обслуживания (до 2 км) и высоким потреблением частотного ресурса на единицу обслуживаемой территории, что необходимо для предоставления высоких конкурентных скоростей передачи данных для каждого обслуживаемого абонента.

Сети WiMAX фиксированного доступа характеризуются:

относительно невысокой мощностью передатчиков базовых станций, достаточной для обслуживания в условиях прямой видимости стационарных корпоративных и домашних пользователей, оснащенных антеннами с высоким усилением;

невысокой плотностью размещения базовых станций с большим радиусом обслуживания и невысоким потреблением частотного ресурса на единицу обслуживаемой территории в условиях отсутствия конкуренции со стороны проводных систем.

Главным различием двух технологий является то, что фиксированный WiMAX позволяет обслуживать только «статичных» абонентов, а мобильный ориентирован на работу с пользователями, передвигающимися со скоростью до 120 км/ч, что способствует улучшению удобства при использовании услуги Интернет в настоящее время. Мобильность означает наличие функций роуминга и «бесшовного» переключения между базовыми станциями (хэндовер) при передвижении абонента (как происходит в сетях сотовой связи). На рисунке 2.1 представлены различные сегменты рынка широкополосного доступа и обслуживающие их конкурирующие проводные и беспроводные сети.

Рисунок 2.1 - Сегменты рынка широкополосного доступа

В выпускной квалификационной работе будет рассматриваться построение сети WiMAX 802.16 фиксированного доступа в городе Егорьевск Егорьевского района Московской области.

Рассматриваемая сеть не конкурирует с сетями Wi-Fi, предназначенными для построения внутриофисных локальных беспроводных WLAN сетей.

.2 Сравнение WiMAX с другими технологиями

Часто сравнивают такие современные технологии передачи данных, как WiMAX и Wi-Fi. Несмотря на то, что обе технологии имеют созвучные названия и WiMAX технология появилась позже, то можно предположить, что WiMAX это усовершенствованная модель Wi-Fi, но это не так. Эти технологии имеют различные области применения. WiFi является технологией, в основном предназначенной для организации небольших беспроводных сетей внутри помещений и построения беспроводных мостов. Технология WiMAX, в свою очередь, предназначена для организации широкополосной связи вне помещений и для организации крупномасштабных сетей. WiMAX разрабатывался как городская вычислительная сеть (MAN). Рассмотрим некоторые другие различия между этими технологиями. Качество связи у WiMAX несколько лучше, чем у Wi-Fi сети. Например, когда некоторое количество пользователей подключены к одной точке доступа Wi- Fi, они буквально «дерутся» за доступ к каналу связи. В свою очередь, технология WiMAX обеспечивает каждому пользователю постоянный доступ. Алгоритм, построенный на технологии WiMAX, устанавливает ограничение на число пользователей для одной точки доступа. Когда базовая станция WiMAX приближается к максимуму своего потенциала, она автоматически перенаправляет «избыточных» пользователей на соседнюю базовую станцию.

Но WiMAX по-прежнему находится в зачаточном состоянии, и потребуются значительные вложения в данную инфраструктуру для получения коммерческой выгоды. Wi-Fi является уже самодостаточной системой и быстрое развертывание сетей Wi-Fi не составляет проблем.

Сравнение LTE и WiMAX представлено в таблице 2.1, из которой видно, что стандарт LTE превосходит по ряду параметров стандарт WiMAX. Это в первую очередь связано с тем, что стандарт LTE был разработан на несколько лет позднее технологии WiMAX, в котором были учтены и исправлены ряд недостатков стандарта WiMAX.

Таблица 2.1 - Сравнение сетей LTE и WiMAX

Характеристика	LTE	WiMAX	Влияние на систему
Многостационарный доступ	OFDMA на DLSC-FDMA на UL	OFDMA на DL и UL	Снижается пик-фактор, упрощается терминал, повышается КПД
Диспетчирезация частотных ресурсов	Селективная	Радиомизированная	Частотная селективная диспетчеризация- дополнительный энергетический выигрыш
Заголовки/служебная информация	Сравнительно малые заголовки	Достаточно большие заголовки	Снижение заголовков повышает спекральную эффективность
Объединение пакетов в HARQ	IncrementalRedundancy	Chase combining	Дополнительный энергитическийвыинрыш при использовании IncrementalRedundancy
Задержка на обработку пакетов	10мс	30 мс	Упрощенная архитектура сети LTE позволяет снизить задержку
Адаптация системы к каналу	Высокая точность (1-2 дБ)	Грубая настройка (2-3 дБ)	Адаптация системы с высокой точностью повышает спектральную эффективность
Управление мощностью	Частичное управление мощностью	Классический алгоритм	Частичное управление мощностью- компромисс между пропускной способностью на краю и в сумме по соте
Переиспользование частот	Коэффициент 1	Коэффициент 3	Меньше коэфф., выше спектр. эффективность

Существует ряд стандартов и технологий, касающихся каждого поколения беспроводных сетей - GSM, cdmaOne, GPRS, EDGE, CDMA2000, UMTS (также называемый 3GSM), HSDPA и другие.

Стоит отметить, что в настоящее время союз ITU (International Telecommunication Union) еще не утвердил набор стандартов для 4G. Однако на его роль уже предлагается парочка конкурирующих технологий - LTE и WiMAX. Многие провайдеры зачастую используют термин 4G для описания предлагаемых сейчас технологий, иногда даже искажая при этом действительность. Однако текущие реализации 4G по большей части относятся к pre-4G, т.к. они не полностью удовлетворяют скоростным требованиям 4G - в 1Гбит/сек для стационарного приема и в 100Мбит/сек для мобильного.

Помимо скоростей, для квалификации сети как 4G она должна удовлетворять и ряду других принципов. Вкратце, сеть должна быть чрезвычайно спектрально эффективной, должна динамически распределять и использовать свои ресурсы для поддержки большего одновременного числа пользователей на ячейку, должна предлагать высокое качество обслуживания для поддержки следующего поколения мультимедиа и должна быть основанной на коммутируемой сети all-IP.

Сегодняшние дебаты по поводу сетей 4G основываются на том, какая технология имеет наиболее выгодное положение. WiMAX доступен уже сейчас, но даже высшие руководители Sprint и Clearwire подтверждают, что LTE может, в конце концов, стать доминирующей мировой технологией 4G. Нельзя сказать, что они бьются в уже проигранной битве. Пока они верят, что WiMAX обладает большим потенциалом, и планируют продвигать технологию, но все-таки ее поддержка является, похоже, лишь вопросом времени. Интересно, но к тому моменту, как LTE придет на рынок, WiMAX будет доступен уже во многих городах.

.3 MAC-уровень

Физический уровень стандарта IEEE 802.16 обеспечивает непосредственную доставку потоков данных между БС и АС. Все задачи, связанные с формированием структур этих данных, а также управлением работой системы решаются на MAC (Medium Access Control) - уровне.

Оборудование стандарта IEEE 802.16 формирует транспортную среду для различных услуг (сервисов).

Первая задача, решаемая в IEEE 802.16, - это механизм поддержки разнообразных сервисов верхнего уровня. Разработчики стандарта стремились создать единый для всех приложений протокол MAC-уровня, независимо от особенностей физического канала (рисунок 2.2). Это существенно упрощает связь терминалов конечных пользователей с городской сетью передачи данных.

Физически среды передачи в разных фрагментах WMAN могут быть различны, но структура данных едина. В одном канале могут работать (не единовременно) сотни различных терминалов большого числа конечных пользователей.

Этим пользователям необходимы самые разные сервисы (приложения): передача голоса и данных с временным разделением, соединения по протоколу IP, пакетная передача речи через IP (VoIP) и т.п. Качество услуг (QoS) каждого отдельного сервиса не должно изменяться при работе через сети IEEE 802.16. Алгоритмы и механизмы доступа МАС-уровня должны решать все эти задачи.

Рисунок 2.2 - Структура МАС-уровня стандарта IEEE 802.16

Структурно МАС-уровень IEEE 802.16 разделен на три подуровня (рисунок 2.2:

подуровень преобразования сервиса CS (Convergence Sublayer);

- основной подуровень CPS (Common Part Sublayer);

- подуровень защиты PS (Privacy Sublayer)

Технологии, используемые в стандарте 802.16, требуют соответствующего управления радиоканалом, особенно управления характеристиками физического уровня передачи в зависимости от индивидуальных особенностей канала конкретного абонента и его потребностей в пропускной способности. Уровень управления радиоканалом RLC (Radio Link Control) обеспечивает как эти возможности, так и традиционные функции управления мощностью излучения.

.4 Частотные диапазоны стандарта IEEE 802.16

В стандарте 802.16 предусмотрена работа в диапазонах 2…11 ГГц и 10-66 ГГц. При этом в диапазоне 10-66 ГГц радиосвязь возможна лишь в случае прямой видимости между фиксированными точками. Характеристики стандарта приведены в таблице 2.2.

Таблица 2.2 - Характеристики стандарта IEEE 802.16

Стандарт	Дата	Полосы частот, ГГц	Наличие прямой видимости
802.16	12.2001	10 - 66	Да
802.16a	01.2003	2 - 11	Нет
802.16-2004 (802.16d)	06.2004	2 - 11	Нет
802.16е	12.2005	10 - 66, 2 - 11 (фикс.) 2 - 6 (моб.)	Нет

Поскольку технология WiMAX относится к беспроводным технологиям, передача информации осуществляется по радиоканалам, образованным между антеннами устройств, являющимися составными частями сети. При передаче излученного антенной радиосигнала за счет влияния среды меняются те или иные параметры сигнала. В результате принятый сигнал всегда отличается от переданного. Земная атмосфера для передачи электромагнитных волн является не самой лучшей средой. Радиоволны способны огибать препятствия (явление дифракции), размеры которых порядка длины волны и меньше. На рабочих частотах систем WiMAX длина волны менее 15 см, поэтому явление дифракции пренебрежимо мало. Представляют интерес два вида распространения сигнала: в условиях прямой видимости (LOS - Line of Sight) и в условиях отсутствия прямой видимости (NLOS - Non Line of Sight). В условиях городской застройки характерно отсутствие прямой видимости.

В стандарте 802.16 используют технологии передачи (таблица 2.3).

В таблице 2.3 введены следующие обозначения:

- AAS - adaptive antenna system; адаптивная антенная система использования более, чем одной антенны на станциях для увеличения емкости сети и улучшения покрытия;

ARQ - automatic repeat request; технология и используемый в ней информационный пакет, обеспечивающие повторную передачу непринятых пакетов;

HARQ - hybrid automatic repeat request; гибридная технология повторной передачи непринятых пакетов;

STC - space/time coding; пространственно-временное кодирование.

Таблица 2.3 - Технологии передачи в стандарте 802.16

Технология передачи	Диапазоны, ГГц	Технология (несущие)	Наличие прямой видимости	Дополнительные технологии	Варианты дуплекса
WirelessMAN-SC	10 - 66	SC (1)	да	-	Временной, частотный
WirelessMAN-SCa	2 - 11	SC (1) точка - многоточка	да	AAS, ARQ, STC, Мобильный	Временной, частотный
WirelessMAN-OFDM	2 - 11	OFDM (256) точка - многоточка	нет	AAS, ARQ, Mesh, STC, Мобильный	Временной, частотный
WirelessMAN-OFDMA	2 - 11	OFDMA (128, 512, 1024, 2048)  точка - многоточка	нет	AAS, ARQ, HARQ, STC, Мобильный	Временной, частотный
WirelessMAN	2 - 11 (no license)	-	нет	AAS, ARQ, Mesh, STC	Временной

2.5 Дифференциация качества обслуживания QoS в сети WiMAX

На сетевом уровне сети WiMAX используют IP протокол передачи данных. Данный протокол повсеместно используется в компьютерных сетях, и в том числе, в сети Интернет. Тем самым, сеть WiMAX по своей сути является компьютерной сетью и предназначена для обмена данными между компьютерами. Использование IP протокола передачи данных на сетевом уровне систем BWA, и в том числе WiMAX, является традиционным и естественным. В то же время для других типов беспроводных сетей, ориентированных не на передачу данных, а, например, на оказание услуг мобильной телефонной связи, использование IP протокола на сетевом уровне является новым технологических решением. При использовании IP протокола любая информация, такая как данные, голос, видео для передачи по сети упаковывается в IP пакеты. Тем самым IP сеть является универсальной транспортной инфраструктурой для передачи всех видов информации- данных, голоса, видео и оказания соответствующих услуг.

Сети BWA фиксированного доступа предыдущего поколения, использующие сетевую IP инфраструктуру, имели ограниченные возможности по обеспечению качества обслуживания, требуемого для различных бизнес приложений, а также для передачи мультимедийного трафика. Что касается мультимедиа, то мало просто перепаковать голосовой или видео трафик в IP пакеты данных. Для оказания, например, голосовых и видео услуг необходимо еще обеспечить требуемые значения параметров канала связи, например, задержки пакетов, jitter, уровень ошибок и др. Cети WiMAX, благодаря реализации новых типов QoS по стандарту IEEE 802.16, впервые способны реально обеспечить необходимые параметры связи в топологии multipoint для всех возможных типов трафика независимо от загрузки каналов связи.

Возможность обеспечения требуемых параметров канала связи для различных категорий пользователей, поддержки работы различных приложений, критичных к качеству канала связи, например, VoIP телефонии, корпоративных программных систем, мультимедийных услуг и др. является одной из основных технических новинок WiMAX как технологии беспроводного доступа.

Сети BWA фиксированного доступа предыдущего поколения, в частности, preWiMAX или сети RadioEthernet не имеют возможности гарантировать параметры качества канала связи, задержку delay и колебания задержки jitter. Как правило, эти системы также реально не могут обеспечить и минимальную гарантированную скорость передачи данных CIR, не говоря уже о Constant Bit Rate (CBR). Устаревшие технологии BWA (preWiMAX, RadioEthernet) для поддержки требуемых параметров канала связи не имеет иных механизмов, кроме простейшей приоритизации пакетов данных на MAC и IP уровне, что принципиально не может гарантировать качество обслуживания QoS.

Для дифференциации сервиса и поддержки качества обслуживания система WiMAX имеет специальный механизм, унаследованный от технологии ATM, называемый подуровнем конвергенции Convergent Sublayer (CS). Подуровень конвергенции WiMAX представляет собой программный интерфейс канального уровня к сетевому уровню сети. Работа подуровня конвергенции основана на фильтрации в общем сетевом трафике по специальным идентификаторам, называемых классификаторами Classifier, так называемых сервисных потоков Service Flow (SF), c предоставлением каждому выделенному SF на канальном MAC уровне сети требуемого качества обслуживания QoS.

Сервисный поток SF является ключевой концепцией MAC уровня технологии WiMAX. Каждый SF описывает однонаправленный нисходящий Downlink или восходящий Uplink трафик, для которого задается и обеспечивается определенный тип класса обслуживания QoS c требуемыми параметрами по скорости передачи данных, задержке, колебанию задержки.

Помимо Service Flow в WiMAX опционально используется понятие класс обслуживания Service Class (CS), представляющее собой описание используемого типа QoS и его параметров (атрибутов), например:

- обеспечиваемая гарантированная (резервируемая) скорость передачи данных Minimum Reserved Traffic Rate ( MRTR);

- максимальная поддерживаемая скорость передачи данных Maximum Sustained Traffic Rate (MSTR);

- maximum Latency, определяющая допустимую задержку delay в канале;

- допустимое значение колебаний задержки Tolerated Jitter и др.

Таким образом, в сети WiMAX, во-первых, весь трафик может быть классифицирован и разделен на множество сервисных потоков SF, во-вторых, для каждого сервисного потока, обслуживающего работу того или иного приложения и/или пользователя задается уровень качества QoS обслуживания с требуемыми параметры канала связи.

Сервисные потоки Service Flow проводят дифференциацию типа трафика, приложений, пользователей и сетевых устройств по:

- MAC адресам источника и получателя пакетов данных Ethernet;

- Типу Ethernet пакетов;

- Идентификаторам виртуальных локальных сетей VLAN по стандарту IEEE 802.11Q- 1998;

- Типу сервиса на IP уровне сети IP Type of Service;

- IP адресам источника и получателя IP пакета данных;

- типу протокола, типу порта источника и получателя данных (TCP, UDP, FTP, mail, HTTP и др).

В сетях WiMAX тип качества обслуживания QoS поддерживается только в UL канале. В поддержке того или иного типа QoS в DL канале нет необходимости, поскольку протокол конкурентного множественного доступа TDMA работает только в UL канале. При этом в некоторых реализациях тип QoS может задаваться в Service Flow UL канала, но реально базовая станция поддерживает только приоритизацию и другие параметры канала связи, а сам тип QoS игнорируется. В таблице 2.4. представлены типы QoS, поддерживаемые в сетях WiMAX.

Таблица 2.4 - Типы качества обслуживания в сетях WiMAX

Тип QoS	Абревиатура	Функциональность	Применение
Unsolicited Grant Service	UGS	Передача пакетов данных фиксированной длины с гарантированной скоростью (Constant Bit Rate CBR ) и гарантированной maх задержкой latency и jitter.	Передача TDM потоков цифровой E1 телефонии
Extended Real-time Polling Service	ertPS	Передача пакетов данных переменной длины с гарантированной минимальной CIR скоростью и ограничением максимальной MIR скорости, гарантированной maх задержкой latency и jitter c приоритизацией трафика	Телефония VoIP
Real-time Polling Service	rtPS	Передача пакетов данных переменной длины с гарантированной минимальной CIR скоростью и ограничением максимальной MIR скорости, гарантированной maх уровнем задержки latency с приоритизацией трафика. Уровень колебания задержки jitter не гарантируется	Передача цифрового MPEG видео
Non-real-time Polling Service	nrtPS	Передача пакетов данных переменной длины с гарантированной минимальной CIR и ограничением максимальной MIR скорости и приоритизацией трафика. Значения задержки latency не гарантируются	Передача FTP с гарантированной минимальной скоростью

При обслуживании индивидуальных пользователей классификаторы трафика и QoS позволяют дифференцировать сервиc c поддержкой качества обслуживания как для различных категорий индивидуальных беспроводных абонентов сети WiMAX (пользователей, оснащенных абонентским терминалом WiMAX), так и для различных категорий пользователей, сетевых устройств и приложений в проводном сегменте сети (ЛВС, подключенной к абонентскому терминалу WiMAX), например, для пользователей домовой сети в многоквартирном доме, подключенном в сеть WiMAX через один абонентский WiMAX терминал.

.6 Архитектура WiMAX

Достаточно бегло рассмотрены основные принципы организации WiMAX-сетей. При этом вне пределов нашего внимания остались столь важные вопросы, как реализация процедур ААА для различных конфигураций WiMAX-сетей, механизмы назначения IP-адресов, процедуры соединения, хендовера и т. п.

Отметим, что многие вопросы пока вообще не отражены в стандартах WiMAX-сети, но это, видимо, - лишь дело времени. Процесс стандартизации WiMAX-сетей отстает от их практической реализации только потому, что сама по себе технология WiMAX чрезвычайно нова, однако весьма востребована рынком. Архитектура сети WiMAX представлена на рисунке 2.3.

Рисунок 2.3 - Архитектура WiMAX:/MS - Subscriber Station/Mobile Station;

BS - Base Station, базовая станция, часть ASN;- физический интерфейс пользователя;- виртуальный (логический) интерфейс пользователя;, R6 - внутренние служебные интерфейсы сети;

ASN - Access Service Network - сеть доступа; GW - ASN Gateway, шлюз, часть ASN;- Connectivity Service Network; - Home Agent, часть CSN;- Policy Function, часть CSN;- Network Access Provider; - Network Service Provider;

Подсистема ASN. Сеть ASN - это набор сетевых элементов, предназначенных для организации доступа абонентов WIMAX в сеть.выполняет следующие основные функции:

доступ абонентов в сеть по радиосоединению;

передача ААА-сообщений между CSN и абонентским оборудованием для обеспечения функций аутентификации, авторизации и аккаутинга соединений (Authentication, Authorization, and Accounting);

установление сигнальных соединений между станцией и абонентским оборудованием;

управление радиоресурсами;

пейджинг, т.е. поиск абонентов в сети при поступлении входящего соединения;

мобильность абонентов (управление хэндоверами);

туннелирование между сетями ASN-CSN.

Для оказания голосовых и видео услуг необходимо обеспечить требуемые значения параметров канала связи, например, задержки пакетов, jitter, уровень ошибок и др. Cети WiMAX, благодаря реализации новых типов QoS по стандарту IEEE 802.16, впервые способны реально обеспечить необходимые параметры связи в топологии multipoint для всех возможных типов трафика независимо от загрузки каналов связи.

Таблица 2.5 - Протоколы канального уровня в сети WiMAX.

QoS	Функциональность	Применение
Unsolicited Grant Service (UGS)	Передача пакетов данных фиксированной длины с гарантированной скоростью (Constant Bit Rate CBR) и гарантированной maх задержкой latency и jitter	Передача TDM потоков поверх IP, передача Real Video, VoIP
Continuous Grant (CG)	Передача пакетов данных фиксированной длины с гарантированной скоростью (Constant Bit Rate CBR) и гарантированной maх задержкой latency и jitter	Передача TDM потоков поверх IP, передача VoIP по протоколу DRAP
Extended Real-time Polling Service (ertPS)	Передача пакетов данных переменной длины с гарантированной минимальной CIR скоростью и ограничением максимальной MIR скорости, гарантированной maх задержкой latency и jitter c приоритизацией трафика. Предполагается возможность запроса дополнительной полосы BW при её доступности.	Стандартная телефония VoIP
Real-time Polling Service (rtPS)	Передача пакетов данных переменной длины с гарантированной минимальной CIR скоростью и ограничением максимальной MIR скорости, гарантированной maх уровнем задержки latency с приоритизацией трафика. Уровень колебания задержки jitter не гарантируется.	Передача цифрового MPEG видео.
Non-real-time Polling Service (nrtPS)	Передача пакетов данных переменной длины с гарантированной минимальной CIR и ограничением ограничением максимальной MIR скорости и приоритизацией трафика. Значения задержки latency не гарантируются.	Передача FTP с гарантированной минимальной скоростью.
Best Effort (BE)	Передача пакетов данных переменной длины с ограничением максимальной MIR скорости передачи данных и приоритизацией трафика.	Сервис HTTP (просмотр web страниц).

Поддержка данных типов QoS позволяет обeспечить требуемое качество обслуживания при предоставлении сервисов IP телефонии (Voice over IP), передачи данных (доступ в Интернет) и сервисов Video over IP, IPTV для индивидуальных мобильных и стационарных домашних пользователей, сервисов VoIP, TDM, передачи данных с гарантированной пропускной способностью и параметрами канала связи для стационарных корпоративных пользователей.

Технология WiMAX для поддержки QoS имеет специальный механизм, называемый подуровнем конвергенции - CONVERGENT SUBLAYER. Подуровень в WiMAX представляет собой программный интерфейс канального уровня c сетевым IP и физическим (радио) уровнями сети. Работа подуровня конвергенции основана на использовании в пакетах данных MAC уровня так называемых классификаторов, идентифицирующих тип трафика (сервисный поток Service Flow). При конфигурировании базовой станциидля каждого типа трафика, которому необходимо обеспечить то или иное качество обслуживания, определяется сервисный поток Service Flow, идентифицируемый тем или иным классификатором, для которого задается соответствующий класс облуживания QoS. Различают классификаторы трафика по IP, Ethernet адресу источника и получателя пакета данных, идентификатору используемой виртуальной локальной сети VLAN ID и др. Таким образом, весь трафик в сетях WiMAX может быть классифицирован по типу предоставляемого сервиса с заданием для каждого из них сервисного потока с определенным классом обслуживания QoS.

идентификаторами VLAN ID корпоративной ЛВС, Ethernet или IP адресами компьютеров этой ЛВС, IP или Ethernet адресами внешних сетей и серверов, с которыми работают корпоративные пользователи, с заданием для каждого из них класса обслуживания с требуемыми параметрами скорости передачи данных и задержки delay и jitter [9].

На базе сотового принципа разрабатываются также пути построения оптимальной сети, огибающей крупные объекты (например, горные массивы), когда серия последовательных станций передает данные по эстафетному принципу (рисунок 2.4).

Рисунок 2.4 - Топология сети WiMAX

3. Описание проекта

.1 Анализ существующей сети связи

В состав Егорьевского района входит один город, двести населенных пунктов, и один дополнительный субъект, названия которых указаны в списках ниже.

Координатами центра Егорьевского района можно считать 55°17' с.ш. и 39°18' в.д.

Егорьевский район является муниципальным образованием и административно-территориальной единицей в составе Московской области России. Административным центром Егорьевского района является город Егорьевск. Район включает в свой состав 5 муниципальных образований, площадь района составляет 1729 кв.км. Район был образован в 1929 году, ранее территория района после реформы Екатерины II входила в состав Коломенского уезда, а после 1778 года - в состав Егорьевского уезда Рязанской губернии.

Район богат своими лесами (более 60% территории), многочисленными озерами, реками и чистейшими родниками. В реках Поля и Гуслица водятся различные сорта рыб, такие как окунь, налим, язь, плотва. В здешних лесах обитают лисицы, кабаны, рыси, куницы, лоси, из птиц тетерева, глухари и рябчики. Также здесь водятся многие звери и птицы, входящие в Красную книгу. Насладиться красотой здешних пейзажей можно посетив зону отдыха «Любляна». Желающие здесь могут заняться охотой и рыбалкой, а также покататься на лошадях.

Среди достопримечательностей Егорьевского района можно отметить собор Александра Невского, построенный и освященный в 1897 году во имя князя Александра Невского. Храм построен в русском стиле, увенчан позолоченными куполами. Строился храм на протяжении 20 лет, чуть позже к нему пристроили колокольню. Храм был закрыт в начале 1939 года, но в 1946 богослужения вновь возобновились.

Среди других достопримечательностей Егорьевского района можно отметить Николо-Родовицкий мужской монастырь, Казанский монастырь, церковь Воскресения и многие другие.

Рисунок 3.1 - Карта г. Егорьевска Егорьевского района

При расположении каждой базовой станции нужно учитывать множество факторов, которые будут влиять на работу БС и уровень сигнала сети, среди которых важнейшими являются условия распространения сигнала (рельеф местности, плотность застройки, антропогенные факторы, зеленые насаждения, наличие радиопомех и т.д.) При планировании также нужно учесть возможное будущее строительство новых базовых станций, чтобы в последующем новые базовые станции не оказывали влияния на старые, учесть воздвигаемые новые здания, которые могут перекрыть сигнал, учесть погодные условия в конкретной местности и многое другое.

Чем сложнее условия распространения радиосигнала и выше плотность населения, тем меньше зона покрытия базовой станции.

В этих случаях устанавливаются БС с более высокой мощностью сигнала, и располагаются они на небольшом расстоянии друг от друга. Например, «закрытие» парков производится установкой БС с нескольких сторон, при этом сектора у БС могут работать не одинаково. Листва деревьев очень сильно экранируют сигнал связи, мешая его прохождению.

По разным данным, от 55 до 60% территории Егорьевского района составляют леса. Все реки на территории района относятся к категории малых (наиболее известны Гуслянка, на которой стоит райцентр, и Цна). Около 6% территории - заболоченные земли. Около 20 кв. км. занимают искусственные водоемы, крупнейший из которых - Шалаховское вдхр. В Егорьевском районе функционирует база отдыха "Березовка". В Егорьевском районе находится 12 природных заказников, самый большой из которых - "Цна" - занимает площадь 51 кв. км.

В Егорьевском районе расположена часть крупнейшего в Московской области месторождения фосфоритов, есть крупные торфяники (совокупная емкость оценивается в 800 млн. кубометров), ведется добыча глины.

Отличным местом для установки БС могут стать существующие высотные сооружения - жилые дома, бизнес центры, трубы, элеваторы и т.д., если, конечно, таковые имеются. Использование полезной площади различных высотных конструкций позволяет ощутимо сэкономить время на строительство мачты.

.2 Целесообразность организации WiMAX в г. Егорьевск Егорьевского района Московской области

Перечень населённых пунктов, их наименование и тип даны в соответствии с Законом Московской области от 25 ноября 2004 года № 152/2004-ОЗ «О статусе и границах Егорьевского муниципального района и вновь образованных в его составе муниципальных образований». Численность населения дана по результатам Всероссийской переписи 2010 года.

На территории городского округа Егорьевск находятся 199 населённых пунктов: 1 город, 4 поселка, 12 сел и 182 деревни. До 7 ноября 2015 года они входили в состав 2 городских и 3 сельских поселений. До 2015 года в состав бывшего Егорьевского района также входил 1 рабочий поселок (посёлок городского типа) Рязановский с населением 1956 , входивший в Городское поселение Рязановский.

Город обладает достаточными возможностями развития экономики - природоресурсным, трудовым, производственным потенциалом.

Связь является неотъемлемой частью жизни района, как хозяйственной, так и социальной инфраструктуры. Системами общедоступного пользования мобильной связью на рассматриваемой территории является сотовая связь компаний: «Билайн», представленная ПАО «Вымпел-Коммуникации», ПАО «МТС», ПАО «Мегафон» и «Теле2» Россия, которая функционирует в РФ, как ООО «Т2 РТК Холдинг». Фиксированную телефонную связь представляет компания ПАО «Ростелеком».

Такие услуги как широкополосный доступ в интернет, кабельное и цифровое телевидение представлена компания ПАО «Ростелеком», ОАО «МГТС» и ЗАО «Кредо Телеком».

Помимо компаний, которые реализуют свою связь традиционным способом, есть компании, которые предоставляют услуги интернета и телевидения через спутниковые системы связи. Спутниковое телевидение предоставляет фирмы: ОАО «Триколор ТВ», ОАО «НТВ Плюс». Спутниковый интернет предоставляет фирмы: ООО «Home Net», ООО «Авиэл» и ООО «Рамтел». Но спутниковые системы связи на сегодняшний день имеют большую стоимость подключения, это связано с покупкой оборудования, а интернет имеет скорость до 20 Мбит/с с ограниченным трафиком пользования и при сравнении с проводным интернетом он существенно дороже. Не следует забывать, что спутниковую связь организуют в труднодоступных районах, например, в отдалённых деревень и селах, где обычную наземную связь прокладывать не эффективно.

В связи с ростом числа конкурирующих предприятий, предлагающих населению услуги в области информационных технологий, появилась необходимость расширять спектр предоставляемых услуг.

На сегодняшний день три основных требования к сетевым соединениям: высокая пропускная способность, надежность и мобильность. Соединить все три основных критерия может только технология WiMAX.

Технология 802.16 (фиксированный доступ), рассматриваемая в выпускной квалификационной работе имеет следующие преимущества предоставления услуг связи:

1) По сравнению с проводными (xDSL, T1), беспроводными или спутниковыми системами сети WiMAX должны позволить операторам и сервис-провайдерам экономически эффективно охватить не только новых потенциальных пользователей, но и расширить спектр информационных и коммуникационных технологий для пользователей, уже имеющих фиксированный (стационарный) доступ.

) Стандарт объединяет в себя технологии уровня оператора связи (для объединения многих подсетей и предоставления им доступа к Интернет), а также технологии «последней мили» (конечного отрезка от точки входа в сеть провайдера до компьютера пользователя), что создает универсальность и, как следствие, повышает надёжность системы.

) Беспроводные технологии более гибки и, как следствие, более просты в развёртывании, так как по мере необходимости могут масштабироваться.

) Простота установки как фактор уменьшения затрат на развертывание сетей в развивающихся странах, малонаселённых или удалённых районах.

) Дальность охвата является существенным показателем системы радиосвязи. WiMAX не требует наличия прямой видимости между объектами сети, благодаря использованию технологии OFDM.

) Технология WiMAX изначально содержит в себе протокол IP, что позволяет легко и прозрачно интегрировать её в локальные сети.

) Технология WiMAX подходит для фиксированных, перемещаемых и подвижных объектов сетей на единой инфраструктуре.

В общем виде WiMAX сети состоят из базовых и абонентских станций, а также оборудования, связывающего базовые станции между собой, с поставщиком сервисов и с внешними сетями.

Для соединения базовой станции с абонентской используется высокочастотный диапазон радиоволн от 1,5 до 11 ГГц. В идеальных условиях скорость обмена данными может достигать 100 Мбит/с, при этом не требуется обеспечения прямой видимости между базовой станцией и приёмником.

Между собой базовые станции WiMAX связываются с помощью транспортной сети провайдера, которая может быть организована на основе волоконно-оптических или радиорелейных линий связи. Для размещения базовых станций WiMAX не обязательно строить антенно-мачтовые сооружения - допускается их установка на крышах домов.

3.3 Распределение населения в рассматриваемом регионе

Для распределения населения в указанном районе необходимо охарактеризовать его по плотности проживающего в нем населения, которые приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1 - Характеристики Егорьевского района

Районы	Площадь, км²	Население
Городской центр	5	35000
Остальной город	3	20000
Пригород	12	8300
Окраины	9	10000
Вся городская территория	29	73300

В качестве потенциальных абонентов рассматривается возрастная группа от 15 до 70 лет, которая, как правило, составляет 70 - 75% от всего населения. Все абоненты разделены на три категории, различающиеся перечнем востребованных услуг и активностью (таблица 3.2):

Профессионалы - пользующиеся всеми предоставляемыми услугами.

Высокоактивные частные пользователи - использующие интернет для просмотра видео, общения и т.п.

Обычные пользователи.

Таблица 3.2 - Параметры расчета плотности трафика

Описание	Комментарии и предположения
Потенциальные абоненты	В возрасте от 15-70, 70-75% от всего населения
Проникновение	9%
Распределение абонентов	15% профессионалы, 35% активные пользователи, 50% обычные пользователи

Плотность населения представлена Федеральной службой государственной статистики.

Рисунок 3.3 - Плотность населения Егорьевского района

При этом плотность застройки города (или квартала) определяют по плану как отношение застроенной части к общей площади (рисунок 3.4).

Рисунок 3.4 - Примеры плотности застройки города

4. Анализ проекта и выбор оборудования

4.1 Выбор оборудования для организации WiMAX сети

В настоящее время существует большой выбор оборудования высокоскоростной передачи информации в области беспроводных технологий. Ряд крупных компаний выпускают WIMAX-системы собственной разработки. Выбор используемого оборудования необходимо осуществлять на основе следующих критериев:

простота монтажа и настройки оборудования;

возможность дальнейшего масштабирования системы БШПД (как увеличение количества оборудования в составе сети, так и увеличение пропускной способности существующих точек доступа);

высокая надежность сети;

способность находиться в рабочем состоянии при сильных ветровых нагрузках и условиях пониженных температур;

удаленный мониторинг оборудования (веб-интерфейс,telnet);

поддержка протокола ip, технологии Ethernet.

В таблице 4.1 приведена сравнительная характеристика производителей оборудования широкополосного доступа.

Таблица 4.1 - Производители оборудования ШПД

Наименование	Breeze ACCESS	SkyMAN Access	Alcatel 9900	OnDemand	Canopy PMP 450	Tsunami MP-8160
Производитель	BreezeCOM	InfinetWireles	Alcatel	Lucent Technologies	Cambium Networks	Proxim Wireless
Диапазон, ГГц	3,4-3,6	3,4-3,8	24,25-29,5	10;26;38	2.4 ГГц, 3,3 ГГц, 3,6 ГГц и 5 ГГц	5.9 - 6.425 ГГц
Радиоинтерфейс	FH-CDMA	TDMA	TDMA	ATM	TDMA	WORP
Дуплекс	FDD	TDD, HD-FDD	FDD	FDD	TDD	FDD
Полоса	2 МГц	3,5;7;14 МГц	180-280 МГц	7,12.5,14 МГц	1,5-20 МГц	5, 10, 20 МГц
Модуляция	GFSK	QPSK, 16QAM, 64QAM	QPSK	4QAM, 16QAM	QPSK, 16QAM, 64QAM, 56QAM	BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM
Скорость передачи	до 3 Мбит/с	до 70 Мбит/с (адаптивная)	до 8 Мбит/с	8,13,16,26 Мбит/с	до 90 Мбит/с	до 130 Мбит/с
Приложения	IP, VoIP	FrameRelay, TDM	ATM, TDM	ATM, TDM	IP, VoIP, VoD, IPTV, TDM.	IP, VoIP, VoD, IPTV
Управление	SNMP, HTTP/HTML	SNMP	SNMP, HP Opeview UNIX	SNMP, Windows NT, Solaris, HTTP/HTML	HTTP, Telnet, FTP, SNMP v2c	Telnet и SSH, Web-интерфейс и SSL, TFTP, SNMPv3
Диапазон рабочих температур внешнего блока	-40° C … 55° C	-40° C … 60° C	-40° C … 40° C	-40° C … 45° C	-40° C … 55° C	-40° C … 60° C

Исходя из анализа технических характеристик производителей ШПД, было выбрано оборудование производителя Proxim Wireless - серии Tsunami MP-8160. Оборудование многих производителей имеет весьма привлекательную пропускную способность канала, но только некоторые компании предлагают решения по организации канала «точка-многоточка». Решающим критерием для выбора оборудования Tsunami MP-8160 стала именно возможность построения схемы «точка-многоточка», а также высокое значение пропускной способности канала.

Решение Tsunami MP-8160 для организации сети WiMAX от компании Proxim Wireless представляет собой пару: базовый блок MP-8160-BSU-WD с внешней антенной и абонентский модуль Tsunami MP-8160-CPE с интегрированной антенной. Базовый блок может работать с несколькими абонентскими модулями в зависимости от требуемой пропускной способности.

Компания Proxim Wireless имеет более чем двадцатилетний опыт производства беспроводных решений и представляет новейшие варианты реализации «точка-многоточка» для сетей различного масштаба. Используя преимущества инновационных технологий OFDM, MIMO и частный протокол WORP от Proxim, система Tsunami MP-8160 превосходит требования, предъявляемые союзом ITU к сетям 4G, наряду с возможностью работы в условиях непрямой видимости и поддержкой наиболее свободного в России частотного диапазона. Вместе с повышенной производительностью, универсальностью частотного диапазона и с поддержкой качества обслуживания (QoS) при предоставлении услуг голосовой связи, передачи видео и данных, МР-8160 удовлетворяет требования операторов связи, госорганизаций и корпоративного сектора по созданию беспроводных сетей. Поддержка скорости до 130 Мбит/с (при ширине полосы 20 МГц) делает Tsunami MP-8160 идеальным решением последней мили для широкополосных беспроводных сетей передачи данных (ШБПД) и видеонаблюдения.

В проектируемой сети базовая станция работает в диапазоне 5.9 - 6.425 ГГц и содержит 6 секторов: 6 комплектов базового блока MP-8160-BSU-WD и внешней антенны с диаграммой направленности 60 градусов.

Каждая базовая станция связывается с внешними сетями через маршрутизатор (в данном случае используем Cisco ASR1001-Х, но ограничений по выбору вендоров для маршрутизатора нет). Маршрутизатор имеет выход на существующую транспортную сеть провайдера, которая может быть реализована как с помощью волоконно-оптических линий связи, так и с помощью радиорелейных линий (в данной работе считаем, что проектируемые базовые станции WiMAX устанавливаются на существующих площадках оператора с использованием существующей транспортной сети на основе ВОЛС).

Абонентская станция должна находиться в зоне покрытия соответствующей базовой станции. Каждый абонент может иметь как свою собственную абонентскую станцию Tsunami MP-8160-CPE, так и делить ее с несколькими абонентами. В этом случае все группируемые на одном абонентском модуле абоненты должны находиться в пределах 100 м от модуля, а распределение каналов между ними будет производиться с помощью стандартного коммутатора.

Топология проектируемой сети WiMAX представлена на рисунке 4.1.

Рисунок 4.1 - Топология сети WiMAX

.2 Технические характеристики используемого оборудования

Базовая станция MP-8160 и внешняя антенна.

Базовая станция включает 6 секторов, то есть 6 комплектов базового блока MP-8160-BSU-WD с внешней антенной RFE 6000/60/20MIMO с диаграммой направленности в горизонтальной плоскости 60 градусов. Внешний вид базового блока MP-8160-BSU-WD и антенны RFE 6000/60/20MIMO изображен на рисунке 4.2. Характеристики базового блока и антенны представлены в таблицах 4.2, 4.3 и 4.4.

Рисунок 4.2 - Базовый блок MP-8160-BSU-WD и антенна RFE 6000/60/20MIMO

Таблица 4.2 - Технические характеристики MP-8160-BSU-WD

Характеристика	Значение
Диапазон частот	5.900 - 6.425 ГГц
Проводной интерфейс	Два порта 10/100/1000Mbps Ethernet с получением питания по PoE
Радиоинтерфейс	Протокол WORP
Поддержка MIMO	MIMO 2x2
Модуляция	OFDM с поддержкой BPSK, QPSK, QAM16, QAM64
Ширина канала	5, 10, 20 МГц с поддержкой шага сетки 1 МГц
Скорость передачи	В зависимости от ширины канала, модуляции и режима MIMO
Локальное управление	Серийный интерфейс RS-232
Дистанционное управление	Telnet и SSH, Web-интерфейс и SSL, TFTP, SNMPv3
SNMP	SNMP v1-v2c-v3, RFC-1213, RFC-1215, RFC-2790, RFC-2571, RFC-3412, RFC-3414, Private MIB
Шифрование	AES-CCM 128 бит
Аутентификация	Списки доступа по МАС, аутентификация через внешний Raduis-сервер с предоставлением конфигурации VLAN и QoS
Характеристика	Значение
Режимы	Bridging, Routing (RIP v2 и IP tunneling)
IP адресация	Поддержка IPv4 и IPv6 одновременно
Основные функции	DHCP клиент/сервер и проброс, трансляция сетевых адресов NAT, PPPoE клиент с DNS-Proxy
Дополнительные функции	- поддержка автоматического контроля выходной мощности;  - динамический выбор частоты (DCS) при обнаружении помех;  - настраиваемые профили радиоинтерфейсов группам абонентских станций.

Таблица 4.3 - Мощность и чувствительность передатчика MP-8160-BSU-WD в зависимости от модуляции

Тип модуляции	Мощность передатчика, дБм	Чувствительность передатчика, дБм (для MIMO 2x2)
		20 МГц	10 МГц	5 МГц
BPSK 1/2	25	-90	-92	-96
QPSK 1/2	25	-87	-90	-93
QPSK 3/4	25	-85	-87	-91
16 QAM 1/2	25	-81	-84	-88
16 QAM 3/4	23	-78	-81	-85
64 QAM 2/3	22	-74	-76	-80
64 QAM 3/4	19	-72	-75	-78
64 QAM 5/6	16	-70	-73	-76

Таблица 4.4 - Технические характеристики антенны RFE 6000/60/20MIMO

Характеристика	Значение
Диапазон частот	5,9 - 6,2 ГГц
Диаграмма направленности в горизонтальной плоскости	60 градусов
Коэффициент усиления	20 дБ
Поддержка MIMO	MIMO 2x2

Базовый блок имеет два порта 10/100/1000 BASE-T Ethernet с настраиваемыми режимами и скоростями передачи: Ethernet 1 (PoE IN and Data) и Ethernet 2 (PoE OUT and Data). Порты соединяются с сетевым оборудованием витой парой, по которой помимо передачи информационных сигналов осуществляется питание устройства (48В) с помощью инжектора Power over Ethernet (PoE).

Длина кабеля между базовым блоком и сетевым устройством не должна превышать 100 метров (включая кабель от сетевого устройства до инжектора PoE и кабель от PoE до базового блока). Максимальная длина кабеля между инжектором PoE и базовым блоком составляет 75 метров.

Порты Antenna Port используются для подключения внешней антенны с разъемами N-типа.

В комплект поставки входит: базовый блок MP-8160-BSU-WD, инжектор PoE 220/48V для питания базового блока по витой паре, грозозащита (Gigabit PoE Surge Arrestor), коннекторы, заземляющие кабели и монтажные материалы.

Ниже для питания базовой станции будет выбрана электропитающая установка с выходным напряжением -48VDC (с обоснованием выбора), поэтому для исключения дополнительного конвертирования напряжения -48VDC/220VAC для питания штатного инжектора, заменим штатный инжектор на инжектор PoE NPE-4818 (input -48VDC, output -48 VDC) - рисунок 4.4.

Для соединения блоков необходимо:

- один конец витой пары подключить к порту Ethernet 1 (PoE IN and Data), а второй - к порту инжектора PoE AP/Bridge;

подключение второй витой пары к порту Ethernet 2 (PoE OUT and Data) необязательно (но при его использовании необходимо учитывать, что на втором порту присутствует напряжение 48В);

один конец витой пары подключить к сетевому устройству (маршрутизатору), а второй - к порту инжектора PoE Network;

производитель рекомендует устанавливать два устройства грозозащиты: один непосредственно вблизи оборудования, а второй - на входе в здание (рисунок 4.3).

Так как в комплекте предусмотрен всего один блок грозозащиты, то при монтажно-строительных работах необходимо запланировать покупку второго блока.

Рисунок 4.3 - Устройство грозозащиты и схема его монтажа

Рисунок 4.4 - Инжектор PoE NPE-4818

Каждый базовый блок через маршрутизатор имеет выход на транспортную сеть. В качестве маршрутизатора используем продукт Cisco ASR1001-Х, который предназначен для агрегации управляемых сервисов и выхода на транспортную сеть провайдера (рисунок 4.5).ASR1001-X при своих компактных размерах в 1U обладает отличной пропускной способностью 10Гб/с транзитного трафика (8 Гб/с шифрованного IPsec) и богатым функционалом - маршрутизация, терминирование абонентов (BRAS), NAT/CG-NAT, Firewall, DPI (NBARv2), Radius, Flexible Netflow (v.5/v.9/ACL) и т.п. Основные технические характеристики маршрутизатора приведены в таблице 4.5.

Рисунок 4.5 - Маршрутизатор Cisco ASR1001-Х

Таблица 4.5 - Технические характеристики Cisco ASR1001-Х

Характеристика	Значение
Полоса пропускания	20Gbit/s
Производительность	19Mpps
Полоса шифрования IPsec	8Gbit/s
Списки доступа (ACL)	4 000 уникальных и 50 000 ACE на устройство
Количество маршрутов IPv4 / IPv6	1 000 000 / 1 000 000
Firewall или NAT сессий	до 2 000 000
Carrier-Grade NAT сессий	2 000 000
Туннелей IPsec	8 000
Layer3 VPN	8 000 VPN
GRE туннели	4 000
Интерфейсы ввода-вывода	2 порта 10G (SFP+) 6 портов 1000Base-Х (SFP) 1 слот для SPA модулей 1 слот для NIM-карт (Т1/E1, Hot-swap SSD) Порты Console (eUSB/RJ45) / Management Ethernet / Aux / USB
Напряжение питания	-48 VDC
Потребляемая мощность	250 Вт

К площадке провайдера, на которой расположена базовая станция, подходит переменное напряжение 220В. Так как маршрутизатор Cisco ASR1001-Х и другое сетевое оборудование провайдера (например, радиорелейное оборудования, базовые станции сотовой связи и т.д.) питаются от постоянного тока -48В, то в работе необходимо предусмотреть электропитающую установку (ЭПУ), преобразующую 220В переменного тока в -48В постоянного - ЭПУ Eltek Minipack Outdoor (рисунок 4.6).

Рисунок 4.6 - ЭПУ Eltek Minipack Outdoor

ЭПУ Eltek Minipack Outdoor - система гарантированного электропитания уличного исполнения, предназначенная для обеспечения энергоснабжения потребителей расположенных вне аппаратных базовых станций, серверных, зданий и сооружений. Помимо основной функции внутри ЭПУ (15U) можно размещать сетевое оборудование. Outdoor исполнение системы позволяет работать при различных климатических условиях, для этого в систему включены вентиляторы охлаждения и нагревательные элементы, которые поддерживают постоянную температуру внутри кабинета.

ЭПУ позволяет размещать до 6 выпрямительных блоков Minipack 48/400W, а также АКБ общей емкостью до 115Ач, что позволяет резервировать энергоснабжение оборудования связи до 8-12 часов. Технические характеристики ЭПУ приведены в таблице 4.6.

Таблица 4.6 - Технические характеристики ЭПУ Eltek Minipack Outdoor

Характеристика	Значение
Входное напряжение	1 фаза 230 VAC
Частота	45-66 Гц
Максимальный входной ток	2,5 А
Выходное напряжение	48 VDC
Максимальная выходная мощность	2,4 кВт (для 6 выпрямителей 400 Вт)
Максимальный выходной ток	50 А
Выпрямители	Minipack 48/400W
АКБ	Delta FTS 12-50 (12В/50Ач)
КПД установки	89%	300 000 часов

В данной работе для каждой базовой станции WiMAX (6 секторов по 10 Вт) вместе с маршрутизатором Cisco ASR1001-Х (250 Вт) будем использовать комплект: ЭПУ Eltek Minipack Outdoor, 2 выпрямительных блока Minipack 48/400W и 1 группа АКБ (4 батареи 12В/50Ач).

Время работы оборудования от АКБ составляет:

В качестве абонентского модуля используется блок Tsunami MP-8160-CPE с интегрированной антенной. Внешний вид абонентского модуля показан на рисунке 4.7. Технические характеристики абонентского модуля Tsunami MP-8160-CPE приведены в таблице 4.7.

Рисунок 4.7 - Абонентский блок Tsunami MP-8160-CPE

Таблица 4.7 - Технические характеристики Tsunami MP-8160-CPE

Характеристика	Значение
Диапазон частот	5.900 - 6.425 ГГц
Антенна	Интегрированная антенна 15 дБ с диаграммой направленности с горизонтальной плоскости 35 градусов
Поддержка MIMO	MIMO 2x2
Проводной интерфейс	Один порт 10/100 Mbps Ethernet с получением питания по PoE
Радиоинтерфейс	Протокол WORP
Модуляция	OFDM с поддержкой BPSK, QPSK, QAM16, QAM64
Ширина канала	5, 10, 20 МГц с поддержкой шага сетки 1 МГц
Производительность	до 100 Мбит/с
Дистанционное управление	Telnet и SSH, Web-интерфейс и SSL, TFTP, SNMPv3
SNMP	SNMP v1-v2c-v3, RFC-1213, RFC-1215, RFC-2790, RFC-2571, RFC-3412, RFC-3414, Private MIB
Шифрование	AES-CCM 128 бит
Аутентификация	Списки доступа по МАС, аутентификация через внешний Raduis-сервер с предоставлением конфигурации VLAN и QoS
Режимы	Bridging, Routing (RIP v2 и IP tunneling)
Основные функции	DHCP Client/Server & relay, NAT with Std ALGs, PPPoE Client
QoS	- асимметричный контроль полосы (контроль Uplink и Downlink CIR «committed information rate» на сервисный поток; контроль Uplink и Downlink MIR «maximum information rate» на сервисный поток);  - классификация пакетов (802.1D/802.1Q/802.1p priority, IPTOS, VLAN ID, IP source/destination address, source/destination port, Ethernet source/destination address, IP protocol и Ethertype);  - типы очередей (Best Effort, Real Time Polling Services).
VLAN	Поддержка 802.1Q: VLAN управления. Режимы - Transparent, Access, Trunk и Mixed. Поддержка Q-in-Q
Потребляемая мощность	5 Вт
Входное напряжение	48 VDC (0,40 А) по PoE на Ethernet Port
Инжектор PoE	Input: 100-250 VAC (47-63 Hz) Output: 48 VDC (0.40 A)
Рабочая температура	-40° C … 60° C
Размеры без упаковки	215 х 121,5 х 65 мм
Вес баз упаковки	0,88 кг
Срок эксплуатации	75000 часов

Мощность и чувствительность передатчика абонентского блока MP-8160-CPE в зависимости от модуляции совпадает с аналогичными параметрами базового блока.

Абонентский блок имеет один порт 10/100 BASE-T Ethernet с настраиваемыми режимами и скоростями передачи (Ethernet (PoE IN and Data)). Порт соединяется с сетевым оборудованием пользователя витой парой, по которой помимо передачи информационных сигналов осуществляется питание устройства (48В) с помощью инжектора Power over Ethernet (PoE).

Длина кабеля между абонентским блоком и сетевым устройством пользователя не должна превышать 100 метров (включая кабель от сетевого устройства до инжектора PoE и кабель от PoE до абонентского блока). Максимальная длина кабеля между инжектором PoE и абонентским блоком составляет 75 метров.

Абонентский блок имеет интегрированную антенную с коэффициентом усиления 15 дБ.

В комплект поставки входит: абонентский блок MP-8160-CPE, инжектор PoE 220/48V для питания базового блока по витой паре, коннекторы, заземляющие кабели и монтажные материалы.

Для соединения блоков необходимо:

- один конец витой пары подключить к порту Ethernet (PoE IN and Data), а второй - к порту инжектора PoE LAN+DC;

один конец витой пары подключить к сетевому устройству пользователя (сетевой карте компьютера), а второй - к порту инжектора PoE LAN;

производитель рекомендует устанавливать два устройства грозозащиты: один непосредственно вблизи оборудования, а второй - на входе в здание (рисунок 4.4). Абонентский блок имеет встроенное устройство грозозащиты, поэтому при монтажно-строительных работ необходимо запланировать покупку второго блока.

Каждый абонент может использовать свой собственный абонентский блок, тогда витая пара от порта инжектора LAN+DC подключается к личному оборудованию пользователя. А питание инжектора производится от сети абонента 220В.

Теоретически несколько абонентов могут объединяться в группы и использовать один абонентский модуль на всех. При этом все абоненты должны располагаться в пределах 100м от абонентского блока. Также необходимо предусмотреть управляемый коммутатор DES-1210-10/ME, который будет являться общим имуществом и располагаться в антивандальном телекоммуникационном шкафу.

В этом случае витая пара от абонентского блока подключается к порту LAN+DC инжектора, витая пара от порта LAN инжектора подключается к коммутатору, от которого уже расходятся кабели к оборудованию пользователей. В антивандальном шкафу размещаются коммутатор и инжектор, также необходимо предусмотреть электрический счетчик для учета электроэнергии и розетку электропитания 220VAC от общедомовой сети. Внешний вид коммутатора показан на рисунке 4.8, технические характеристики приведены в таблице 4.8. Внешний вид антивандального шкафа изображен на рисунке 4.9.

Рисунок 4.8 - Коммутатор DES-1210-10/ME

Коммутатор DES-1210-10/ME имеет функцию управления полосой пропускания, которая позволяет определять пропускную способность для каждого порта с шагом до 64 Кбит/с для исходящего и входящего трафика.

Таблица 4.8 - Основные характеристики DES-1210-10/ME

Характеристика	Значение
Интерфейсы	8 портов 10/100 BASE-TX, 2 комбо-порта 10/100/1000BASE-T/100/1000 SFP
Коммутационная матрица	5,6 Гбит/с
Макс. скорость перенаправления 64-байтных пакетов	4,2 Mpps
Размер таблицы МАС-адресов	8K записей
Срок эксплуатации	617 280 часов
Входное напряжение	100-240 В переменного тока, 50/60 Гц
Макс. потребляемая мощность	9,235 Вт

Рисунок 4.9 - Антивандальный шкаф

.3 Расчет зоны покрытия

Для расчета зоны покрытия базовой станции WiMAX необходимо решить уравнение радиосвязи по отношению к расстоянию между базовой и абонентской станциями, при котором обеспечивается связь с заданным уровнем качества. Это определяется обеспечением на входе приемников уровня мощности сигнала, не ниже заданного уровня минимальной чувствительности .

При уровне мощности принимаемого сигнала на входе приемника равном уровню минимальной чувствительности приемника  соответствующее расстояние  определит радиус зоны покрытия базовой станции: .

Согласно основному уравнению радиосвязи, уровень мощности принимаемого радиосигнала на входе приемника для нисходящего направления от базовой станции к абонентской станции (БС - АС) определяется формулой (4.1):

 (4.1)

где  - уровень мощности передатчика БС;

 - коэффициент усиления антенны базовой станции;

 - коэффициент усиления антенны абонентской станции;

 - потери в фидере;

 - потери на замирание радиосигнала;

 - уровень межканальной интерференции;

 - поправочный коэффициент типа застройки;

 - уровень потерь при распространении сигнала.

Уровень мощности принимаемого радиосигнала на входе приемника для восходящего направления от абонентской станции к базовой станции (АС - БС) определяется формулой (4.2):

 (4.2)

где  - уровень мощности передатчика АС;

- коэффициент усиления антенны базовой станции;

 - коэффициент усиления антенны абонентской станции;

 - потери в фидере;

 - потери на замирание радиосигнала;

 - уровень межканальной интерференции;

 - поправочный коэффициент типа застройки;

 - уровень потерь при распространении сигнала.

Расчет будем производить для полосы частот 20 МГц и модуляции 64QAM5/6, исходные данные представлены в таблице 4.9.

Таблица 4.9 - Исходные данные для расчета покрытия

Чувствительность приемника БС
Чувствительность приемника АС
Уровень мощности передатчика БС
Уровень мощности передатчика АС
Коэффициент усиления антенны БС
Коэффициент усиления антенны АС
Потери в фидере
Потери на замирание
Уровень межканальной интерференции DL
Уровень межканальной интерференции UL
Поправочный коэффициент типа застройки	для городского района

Для расчета оптимального расстояния от базовой станции до абонента необходимо оценить уровень потерь при распространении радиоволн. Потери на трассе при распространении электромагнитных волн в реальной среде определяют уменьшение уровня мощности сигнала. Для расчета уровня потерь использована модель Эрцега-Гринштейна, применяемая рабочей группой IEEE 802.16. Эта модель базируется на экспериментальных измерениях, проведенных в США. С учетом некоторого минимального расстояния  уровень потерь рассчитывается по формуле (4.3), исходные данные для расчеты приведены в таблице 4.10:

 (4.3)

где  - минимальное расстояние;

 - скорость света;

 - рабочая частота;

 - поправочный коэффициент типа местности;

 - расстояние между БС и АС;

 - уровень затенения сигнала;

 - поправочный коэффициент частоты;

 - поправочный коэффициент высоты антенны АС.

Таблица 4.10 - Исходные данные для потерь при распространении сигнала

Высота антенны БС (10…80 м)
Высота антенны АС (2…10 м)
Минимальное расстояние
Скорость света
Рабочая частота (центральная частота диапазона 5,9-6,245 ГГц)
Поправочный коэффициент типа местности
Поправочный коэффициент частоты
Поправочный коэффициент высоты антенны АС

Величины  зависят от типа местности (А, В или С). Для местности типа В (равнина с редкими холмами):

Неизвестные коэффициенты из формулы (4.3):

Уровень потерь на трассе по формуле (4.3):

Уравнение радиосвязи для нисходящего направления (БС - АС) по формуле (4.1):

Уравнение радиосвязи для восходящего направления (АС - БС) по формуле (4.2):

Из двух полученных значений  выбираем наименьшее, следовательно, радиус зоны покрытия сети WiMAX равен .

Если представить зону покрытия шестисекторной базовой станции WiMAX в виде правильного шестиугольника, тогда площадь покрытия одной базовой станции определим по формуле (4.4):

Согласно таблице 3.1 площадь города Егорьевск составляет 29 кв. км, поэтому число базовых станций, необходимое для покрытия города, равно:

4.4 Оценка пропускной способности и числа абонентов

Пропускная способность сети WiMAX зависит от ширины полосы канала и используемой схемы модуляции.

Максимальная скорость передачи данных по направлению вниз (БС - АС) рассчитывается по формуле (4.5):

 (4.5)

где - ширина канала;

- коэффициент дискретизации;

- число поднесущих для передачи данных БС → АС;

- общее число поднесущих;

- количество бит на символ;

- время передачи протокольной информации;

- защитный интервал.

Максимальная скорость передачи данных по направлению вверх (АС - БС) рассчитывается по формуле (4.6):

 (4.6)

где - ширина канала;

- коэффициент дискретизации;

- число поднесущих для передачи данных АС - БС;

- общее число поднесущих;

- количество бит на символ;

- время передачи протокольной информации;

- защитный интервал.

Стандарт IEEE 802.16 ориентирован на использование полос частот шириной в 1,25; 5,0; 10,0; 20,0 МГц и основан на технологии OFDM (мультиплексирование посредством ортогональных несущих). За счет наличия защитного интервала между поднесущими эффективная ширина спектра сигнала  несколько больше ширины канала , поэтому  можно рассчитать как произведение ширины канала , числа используемых поднесущих , полного числа поднесущих OFDM сигнала  и коэффициента дискретизации .

Число используемых поднесущих  определяется как сумма числа поднесущих данных  и числа пилотных поднесущих . Число поднесущих данных определяется для нисходящего направления  и восходящего направления  отдельно (таблица 4.11). Количество бит на символ  зависит от схемы модуляции (таблица 4.11).

Таблица 4.11 - Число поднесущих в зависимости от ширины канала и количество бит на символ в зависимости от схемы модуляции

Ширина полосы канала, МГц
1,25	128	85	72	56
5	512	421	360	280
10	1024	841	720	560
20	2048	1681	1440	1120
Тип модуляции	Количество бит на символ
BPSK 1/2	0.5
QPSK 1/2	1
QPSK 3/4	1,5
16 QAM 1/2	2
16 QAM 3/4	3
64 QAM 1/2	3

Коэффициент дискретизации  определяет интервал между поднесущими (вместе с шириной полосы и количеством поднесущих данных) и полезное время символа. Он равен 28/25 для канала, ширина полосы которого кратна 1,25; 1,50; 2,00; 2,75 МГц.

Момент времени, в течение которого никакие данные не передаются, а посылается различная системная информация, необходимая для инициализации и синхронизации, называется временем передачи протокольной информации , которое принимается равным 20% от основного времени передачи.

Стандартом IEEE 802.16 предусматриваются значение защитного интервала  равное 1/8 от длительности полезного символа.

Кроме того, существует коэффициент, который позволяет регулировать отношение скоростей в направлениях вверх и вниз, в данной работе примем отношение скоростей 1:1.

При значении ширины канала  и схемы модуляции 64 QAM 5/6 рассчитаем максимальные скорости передачи по направлению вниз и вверх при наличии MIMO 2x2 (коэффициент 2) по формулам (4.5) и (4.6):

Таким образом, один сектор базовой станции WiMAX имеет максимальную пропускную способность в направлении вниз 130 Мбит/с, а в направлении вверх 100 Мбит/с.

Аналогичным образом можно рассчитать скорости передачи DL для всех типов и для ширины полосы 5, 10 и 20 МГц (таблица 4.12).

Таблица 4.12 - Расчет скорости передачи DL

Тип модуляции		5 МГц		10 МГц		20 МГц
		-	MIMO 2x2	-	MIMO 2x2	-	MIMO 2x2
Отношение числа поднесущих		360/512		720/1024		1440/2048
BPSK 1/2	0.5	1,6	3,2	3,2	6,5	6,5	13,0
QPSK 1/2	1	3,2	6,5	6,5	13,0	13,0	25,9
QPSK 3/4	1,5	4,9	9,7	9,7	19,4	19,4	38,9
16 QAM 1/2	2	6,5	13,0	13,0	25,9	25,9	51,8
16 QAM 3/4	3	9,7	19,4	19,4	38,9	38,9	77,7
64 QAM 1/2	3	9,7	19,4	19,4	38,9	38,9	77,7
64 QAM 2/3	4	13,0	25,9	25,9	51,8	51,8	103,6
64 QAM 3/4	4,5	14,6	29,1	29,1	58,3	58,3	116,6
64 QAM 5/6	5	16,2	32,4	32,4	64,8	64,8	129,5

Данные расчеты совпадают со спецификацией базового блока (рисунок 4.12) , значит, расчет пропускной способности выполнен верно.

Рисунок 4.12 - Спецификация базового блока

На этапе развертывания планируется предоставлять абонентам только услугу доступа в Интернет. Позже возможно появление услуги цифрового ТВ на незадействованной ширине канала (данная услуга требует ширину канала 10 Мбит/с и более, что трудновыполнимо в условиях ограниченности ресурсов).

Предположим, что при подключении абонентов, им будет выделена ширина канала с фиксированной скоростью в направлении к абоненту 1 Мбит/с, 2 Мбит/с, 5 Мбит/с или 10 Мбит/с для организации доступа в сеть Интернет. Примем распределение абонентов по соответствующим скоростям в виде: 20%, 40%, 30%, 10%, и рассчитаем возможное число абонентов при максимальной пропускной способности сектора 130 Мбит/с (таблица 4.13).

Таблица 4.13 - Расчет числа абонентов на секторе

Скорость DL	Скорость DL Распределение	Примерное число абонентов	Целое число абонентов	Ширина канала, Мбит/с
1 Мбит/с	20%	0,2	7,42	7	7
2 Мбит/с	40%	0,8	14,84	14	28
5 Мбит/с	30%	1,5	11,13	13	65
10 Мбит/с	10%	1	3,71	3	30

Таким образом, в планируемой сети WiMAX один сектор базовой станции имеет максимальную пропускную способность 130 Мбит/с и может обслужить одновременно 37 человек со скоростями:

7 человек - 1 Мбит/с;

14 человек - 2 Мбит/с;

13 человек - 5 Мбит/с;

3 человека - 10 Мбит/с.

Исходя из вышеприведенных расчетов, шестисекторная базовая станция WiMAX может обслужить максимально  человека, а 8 базовых станций (вся сеть) -  человек (таблица 4.14).

Таблица 4.14 - Распределение абонентов

Скорость DL	Сектор БС	БС	Сеть
1 Мбит/с	7	42	336
2 Мбит/с	14	84	672
5 Мбит/с	13	78	624
10 Мбит/с	3	18	144
	37	222	1776

В таблицах 3.2 и 3.3 указано, что потенциальными абонентами являются 70% от общего числа жителей г. Егорьевск, среди них коэффициент проникновения составляет 9%, а коэффициент домохозяйств примем равным 2,7. Поэтому окончательно число потенциальных абонентов равно:

 человек.

Полученное значение практически совпадает с числом абонентов, которое способна обслужить проектируемая сеть WiMAX.

.5 Сводная таблица по используемому оборудованию

Окончательная информация по составу и количеству используемого оборудования на базовых станциях WiMAX приведена в таблице 4.15.

Таблица 4.15 - Используемое оборудование на базовых станциях

Наименование	Количество, шт.
Оборудование на одной базовой станции WiMAX (6 секторов). На сети планируется 8 базовых станций WiMAX.
Базовый блок MP-8160-BSU-WD (в комплекте устройство грозозащиты)	6
Внешняя антенна RFE 6000/60/20MIMO	6
Инжектор Poe NPE-4818	6
Дополнительное устройство грозозащиты	6
Маршрутизатор Cisco ASR1001-Х	1
ЭПУ Eltek Minipack Outdoor	1
Выпрямительный блок Minipack 48/400W	2
АКБ Delta FTS 12-50	4
Кабель CAT 5e, м	600

На этапе проектирования сети оценка числа абонентских модулей представляет сложную задачу. Максимальное число абонентских модулей равно максимальному числу абонентов. Но с другой стороны, абоненты могут находиться в пределах 100 м друг от друга, и установка абонентского модуля для каждого из них становится нецелесообразной.

Для вычисления числа абонентских модулей предположим, что половина абонентов использует собственные абонентские модули (данные абоненты удалены от других абонентов на расстояние более 100м, 888 человек), а другую половину абонентов (888 человек) можно сгруппировать в группы от 2 до 8 человек. Примем, что средний коэффициент группировки равен 3, тогда число абонентских модулей для них - 296. Для этих же абонентов требуется использование коммутатора и антивандального шкафа. Окончательная информация по составу и количеству используемого оборудования абонентских станций WiMAX приведена в таблице 4.16.

Таблица 4.16 - Используемое оборудование на абонентских станциях

Наименование	Количество, шт.
Оборудование на одной индивидуальной абонентской станции WiMAX. На сети планируется 888 индивидуальных абонентских станций WiMAX.
Абонентский блок MP-8160-CPE (в комплекте встроенное устройство грозозащиты и инжектор PoE)	1
Дополнительное устройство грозозащиты	1
Кабель CAT 5e, м	100
Наименование	Количество, шт.
Оборудование на одной групповой абонентской станции WiMAX. На сети планируется 296 групповых абонентских станций WiMAX.
Абонентский блок MP-8160-CPE (в комплекте встроенное устройство грозозащиты и инжектор PoE)	1
Дополнительное устройство грозозащиты	1
Коммутатор DES-1210-10/ME	1
Антивандальный шкаф с электросчетчиком и розеткой 220VAC	1
Кабель CAT 5e, м	300

5. Экономические расчеты проекта организации сети WiMAX в Егорьевске Егорьевского района Московской области

.1 Исходные данные для расчета проекта

Для оценки эффективности инвестиционного проекта необходимо рассчитать приток и отток денежных средств по годам реализации проекта.

Перед началом расчета необходимо задать исходные данные:

) Одна базовая станция WiMAX покрывает 3,93 кв. км, поэтому для покрытия города Егорьевск (площадь 29 кв. км) потребуется 8 базовых станции. Зона покрытия базовыми станциями района указана в приложении Б к выпускной квалификационной работе.

) Общее число абонентов (частных и корпоративных), которое способны обслужить 8 базовых станций WiMAX с учетом распределения по предоставляемым скоростям, равно 1776 (таблица 4.14).

) Количество и тип используемого оборудования для развертывания сети указан в таблицах 4.15 и 4.16.

) Для реализации проекта выберем следующий период - 2 полугодие 2017 года - 1 полугодие 2021 года.

Также будем учитывать, что начальные инвестиции (затраты на капитальное строительство) потребуются в самом начале реализации проекта (покупка оборудования, расчеты с подрядчиками и т.п.).

.2 Расчет капитальных затрат

Капитальные затраты включают в себя: стоимость разработки проектно-сметной документации, стоимость разрешительной документации, стоимость оборудования, стоимость строительно-монтажных работ. Расчет производится по формуле 5.1.

где  - стоимость проекта, т.р;

 - стоимость проектно-сметных работ, т.р;

 - стоимость разрешений и согласований, т.р;

 - стоимость оборудования, т.р;

 - стоимость строительно-монтажных работ (СМР), т.р.;

) Стоимость проектно-сметных работ взята из действующего прейскуранта компании «Флекс» и составляет  

) Стоимость СМР для одной базовой станции примем равной 50 т.р., стоимость СМР индивидуального абонентского модуля 5 т.р., стоимость СМР группового абонентского модуля 10 т.р.

Поэтому стоимость СМР составляет:

 

) В стоимость получения разрешительной документации включено: получение лицензии на оказание услуг связи, экспертиза и заключение на возможность использования заявленных радиоэлектронных средств (РЭС), разрешение на использование РЭС, разрешение на использование частот в полосе 5,9-6,425 ГГц.

На получение разрешительной документации и непредвиденные расходы в связи с этим заложим 300 т.р.

) Количество и стоимость оборудования приведены в таблице 5.1.

Таблица 5.1 - Расчет стоимости оборудования

Оборудование базовой станции WiMAX (8 БС)
Наименование	Кол-во на 1 БС, шт.	Кол-во на сеть, шт.	Цена за единицу, т.р.	Стоимость, т.р.
Базовый блок MP-8160-BSU-WD (в комплекте устройство грозозащиты)	6	48	100	4800,00
Внешняя антенна RFE 6000/60/20MIMO	6	48	5,4	259,20
Инжектор Poe NPE-4818	6	48	3,7	177,60
Дополнительное устройство грозозащиты	6	48	0,6	28,80
Маршрутизатор Cisco --ASR1001-Х	1	8	90	720,00
ЭПУ Eltek Minipack Outdoor	1	8	80	640,00
Выпрямительный блок Minipack 48/400W	2	16	8	128,00
АКБ Delta FTS 12-50	4	32	10	320,00
Кабель CAT 5e, м	600	4800	4,9 (305м)	77,12

Общая стоимость всего проекта развертывания сети WiMAX в населенном пункте представлена в таблице 5.2.

Таблица 5.2 - Расчет капитальных затрат

Показатель	Стоимость, тыс.руб.
Стоимость проектно-сметных работ	195
Стоимость разрешений и согласований	300
Стоимость оборудования	35193,57
Стоимость строительно-монтажных работ	7800
Итого	43488,57

Таким образом, стоимость проекта составляет 43488,57 т.р., в том числе НДС - 7827,94 т.р. Стоимость без НДС составляет 35660,63 т.р.

5.3 Расчет эксплуатационных расходов

Процесс создания и реализации услуг всегда связан с использованием живого труда, которые в денежной форме выступают в виде затрат на производство. Эти затраты называются эксплуатационными затратами и представляют собой стоимостную оценку использованных в процессе производства за год трудовых ресурсов, основных фондов и оборотных средств. Эксплуатационные затраты включают статьи затрат:

затраты на оплату труда;

отчисления на социальные нужды;

амортизация основных фондов;

затраты на материалы и запасные части;

прочие расходы.

) Расчет необходимой численности работников, занятых эксплуатационно-техническим обслуживанием оборудования и сооружений связи основан на применении норм времени. Расчет производится по формуле 5.2:

где - среднее число технических средств (устройств) -го вида, подлежащего обслуживанию, ед.;

- норма времени в чел.-час. на обслуживание единицы -го вида оборудования за месяц;

- фонд рабочего времени в месяц, равен 166 ч.;

- коэффициент запаса времени на отпуск, равен 1,08.

Численность специалистов, непосредственно занятых обслуживанием средств связи определяется по типовым штатам, которые характеризуют требуемое число работников соответствующей специальности и квалификации для обслуживания типового, наиболее часто встречающегося оборудования.

Для расчета численности административно-управленческого персонала могут быть использованы штатные нормативы, которые устанавливают зависимость между числом работников данной группы и мощностью предприятия, его организационно-производственной структурой, численностью занятых на производстве и другими показателями.

Нормы обслуживания оборудования WiMAX приведены в таблице 5.3.

Таблица 5.3 - Нормы обслуживания оборудования WiMAX

Наименование	Кол-во, шт.	Норма обслуживания на единицу, чел.час	Затраты времени, чел.час
Базовый блок MP-8160-BSU-WD	48	2	96
Внешняя антенна RFE 6000/60/20MIMO	48	1	48
Инжектор PoE NPE-4818	48	0,5	24
Устройство грозозащиты	1232	0,5	616
Маршрутизатор Cisco ASR1001-Х	8	2	16
ЭПУ Eltek Minipack Outdoor (включая выпрямители и АКБ)	8	10	80
Абонентский блок MP-8160-CPE	1184	0,5	592
Коммутатор DES-1210-10/ME	296	0,5	148
Итого			1620

По формуле (5.2) необходимая численность работников составляет:

Для обеспечения оценки и оплаты труда используем тарифную систему оплаты труда. Тарифная система представляет собой совокупность нормативных документов, при помощи которых осуществляется дифференциация и регулирование заработной платы различных групп и категорий, работающих в зависимости от квалификационного уровня, условий, тяжести, интенсивности и ответственности выполняемых ими работ, а также особенностей и народнохозяйственного значения отраслей и производств, их территориального размещения. Составными элементами тарифной системы, применяемой в организации связи, является Единый тарифно-квалификационный справочник работ (ЕТКС), Квалификационный справочник рабочих, работников связи и младшего обслуживающего персонала, не вошедших в ЕТКС, тарифные сетки, тарифные ставки и должностные оклады, районные коэффициенты к заработной плате. В соответствии с ЕТКС все виды работ распределяются на тарифные разряды в зависимости от их сложности и точности. Тарифная сетка - это действующая в отрасли совокупность тарифных разрядов и соответствующих им тарифных коэффициентов.

В современных условиях организации связи самостоятельно устанавливают тарифные ставки оплаты труда. Тарифные ставки представляют собой выраженный в денежной форме абсолютный размер оплаты труда различных групп и категорий работников в единицу рабочего времени. В зависимости от выбранной единицы рабочего времени тарифные ставки бывают часовые, дневные, месячные (оклады).

В данной работе для расчета затрат на оплату труда и социальные нужды используем среднюю заработную плату технических инженеров отрасли связи по Московской области - 26194 рублей.

Расчет размера фонда оплаты труда произведен по формуле (5.3):

где  - средняя заработная плата;

 - численность персонала.

) Амортизация представляет собой процесс возмещения стоимости основных фондов по мере их износа, производимый путем перенесения стоимости изношенных фондов на себестоимость создаваемой продукции. Таким образом, износ основных фондов является предпосылкой амортизации. Амортизационные отчисления производятся от стоимости основных фондов. Сумма амортизационных отчислений определяется от среднегодовой балансовой стоимости основных фондов в установленном проценте, который представляет собой норму амортизации. Поскольку разные виды основных фондов изнашиваются неодинаково и имеют разные сроки службы, нормы амортизации дифференцируются по видам основных фондов. Таким образом, норма амортизации определяет установленный размер годовых амортизационных отчислений по конкретному виду основных фондов, выраженный в процентах к их балансовой стоимости. Амортизационные отчисления накапливаются, образуя амортизационный фонд, предназначенный для восстановления ОПФ. Таким образом, амортизационные отчисления являются источником расширенного воспроизводства основных фондов. Расчет амортизационных отчислений производится по формуле (5.4):

где  - амортизационные отчисления, т.р.;

- стоимость оборудования, т.р.;

- норма амортизации, %.

Расчет норм амортизации производится по формуле (5.5):

где  - срок службы оборудования, лет.

Размеры суммы амортизационных отчислений представлены в таблице 5.4.

Таблица 5.4 - Расчет суммы амортизационных отчислений

Оборудование базовой станции WiMAX (8 БС)
Наименование	Срок службы, лет	Норма амортиз. отчислений, %	Кол-во, шт.	Цена за единицу, т.р.	Стоим. т.р.
Базовый блок MP-8160-BSU-WD	10	10	48	100	480,00
Внешняя антенна RFE 6000/60/20MIMO	7	14,3	48	5,4	37,07
Инжектор Poe NPE-4818	2	50	48	3,7	88,80
Дополнительное устройство грозозащиты	5	20	48	0,6	5,76
Маршрутизатор Cisco ASR1001-Х	10	10	8	90	72,00
ЭПУ Eltek Minipack Outdoor	25	4	8	80	25,60
Выпрямительный блок Minipack 48/400W	10	10	16	8	12,80
АКБ Delta FTS 12-50	5	20	32	10	64,00
Кабель CAT 5e, м	10	10	4800	4,9 (305м)	7,71
Оборудование абонентской станции WiMAX (888 индивидуальных АС и 296 групповых АС)
Абонентский блок MP-8160-CPE	8	12,5	1184	18	2664,00	5	20	1184	0,6	142,08
Коммутатор DES-1210-10/ME	10	10	296	7,8	230,88
Антивандальный шкаф с электросчетчиком и розеткой 220VAC	25	4	296	2,9	34,34
Кабель CAT 5e, м	10	10	177600	4,9 (305м)	285,32
Итого:					4150,36

3) Стоимость электроэнергии потребляемой оборудованием на БС рассчитывается исходя из потребляемой мощности, времени работы оборудования и тарифов на электроэнергию и рассчитывается по формуле (5.6).

Расход электроэнергии индивидуальными абонентскими терминалами (888 штук) не учитываются, т.к. они находятся у пользователей, но учитывается расход электроэнергии групповых абонентских модулей и коммутаторов (296 комплектов).

где - расход на электроэнергию, т.р.;

- число технических средств (устройств) -го вида, ед.;

 - мощность, потребления оборудованием, кВт;

- действующий тариф, руб./кВт-час;

 - время работы оборудования, часов.

Действующий тариф на электроэнергию в 2016 году равен 4,43 руб./кВт. Тарифы на электроэнергию в последующих годах повышаются на 8%. Полученные данные тарифов на электроэнергию и расчета затрат занесены в таблицу 5.5.

Таблица 5.5 - Расчет затрат на электроэнергию

Наименование	Год
	2017 (2 п.)	2018	2019	2020	2021 (1 п.)
Тариф на электроэнергию, руб./кВт	4,81	5,19	5,57	5,95	6,43
Мощность потребления оборудованием БС	Мощность базового блока - 10 Вт (48 шт.). Мощность маршрутизатора - 250 Вт (8 шт). КПД ЭПУ - 89%. Потребляемая мощность: 2,79 кВт
Мощность потребления оборудованием АС	Мощность абонентского блока - 5 Вт (296 шт.). Мощность коммутатора - 9,235 Вт (296 шт). Потребляемая мощность: 4,21 кВт
Время работы оборудования, ч.	4380	8760	8760	8760	4380
Затраты электроэнергии, т.р.	147,47	318,25	341,55	364,85	197,14

4) Материальные затраты рассчитываются укрупнено и составляют 1% от стоимости оборудования.

Прочие расходы составляют 2% от фонда оплаты труда). Отчисления на страховые взносы составляет 30% от фонда оплаты труда. Так же планируется увеличение фонда оплаты труда на 5% ежегодно. Кроме того, заложим ежегодные расходы за использование радиочастот в размере 20 т.р.

Расчеты эксплуатационных расходов представлены в таблице 5.6.

Таблица 5.6 - Расчет эксплуатационных затрат

Наименование	Год
	2017 (2 полуг.)	2018	2019	2020	2021 (1 полуг.)
Затраты на оплату, т.р. (растут на 5 %)	1728,8 (год 3457,6)	3630,48	3812,00	4002,60	2101,37
Отчисления на социальные нужды, т.р. (30% от оплаты труда)	518,64	1089,1	1143,6	1200,8	630,41
Амортизация основных фондов, т.р.	2075,18	4150,36	4150,36	4150,36	2075,18
Затраты на электроэнергию, т.р.	147,47	318,25	341,55	364,85	197,14
Затраты на материалы и запасные части, т.р. (1% от стоимости оборудования)	351,94	351,94	351,94	351,94	351,94
Прочие затраты, т.р. (2% от оплаты труда)	34,58	72,61	76,24	80,05	42,03
Расходы за использование радиочастот, т.р.	20	20	20	20	20
Итого	4876,61	9632,74	9895,69	10170,60	5418,07
Итого без амортизации, т.р.	2801,43	5482,38	5745,33	6020,24	3342,89

.4 Расчет количества пользователей и доходов

Для расчета доходов от предоставления услуг WiMAX сети представляется необходимым определить количество пользователей сети по формуле (5.7):

где - количество частных абонентов (физических лиц), чел.

 - количество корпоративных пользователей, ед.

Согласно таблице 4.14 общее число абонентов составляет - 1776. Среди них необходимо выделить частных абонентов и корпоративных клиентов.

В Егорьевском районе функционируют 25 крупных и средних промышленных предприятий. Предприятия Егорьевского района производят обувь, мебель, бытовые пластмассовые изделия, изоляционные и антикоррозионные материалы для трубопроводов, ЖБИ. В Егорьевске развита пищевая промышленность (колбасно-гастрономическая фабрика, хлебозавод, пивобезалкогольный завод, мясокомбинат, кондитерская фабрика и др.). В сельском хозяйстве Егорьевского района доминирующим сегментом является производство мяса птицы. Также функционируют предприятия, связанные с добычей, переработкой и транспортировкой торфа.

С начала 2000-х годов администрация района проводит активную политику по привлечению иностранных инвестиций. За этот период открыто более 10 предприятий с иностранным капиталом, в т. ч. Kronospan (ламинат, МДФ-плиты), Isover (изоляционные материалы), Tschibo (кофе), Bella (гигиенические средства), Gedeon Richter (лекарственные препараты), Green Mama (косметика). В настоящее время строится фабрика компании Interprint (пленки для ламината). С 2002 по 2008 г. в промышленность Егорьевского района инвестировано более 20 млрд. руб., создано более 3.5 тыс. новых рабочих мест. Объем реализации товаров и услуг в целом по Егорьевскому району вырос в 4 раза, промышленное производство - в 5 раз.

По данным портала www.job-mo.ru, в ноябре 2016 г. было около 800 вакансий, причем по каждой организации востребовано около 5-6 вакансий (в основном востребованы специалисты коммерческих служб) и 20000 резюме из Егорьевска и Егорьевского района.

Количество корпоративных абонентов определяется по формуле (5.8):

где - количество малых и средних предприятий, ед.;

 - проникновение ШПД, %;

 - доля WiMAX в общем количестве подключений ШПД, %;

 - доля компании в сегменте корпоративных подключений, %.

Так, на территории города Егорьевска и ближайших сел существует около 121 предприятий малого и среднего бизнеса. Большая часть предприятий имеют доступ к широкополосному интернету - 51% и увеличение их числа планируется на уровне 5%.

Доля WiMAX сети небольшая - около 25% от всех подключений к широкополосному интернету. Но в связи очевидными преимуществами, такими как мобильность, простота и экономичность установки оборудования, бесперебойная высококачественная связь, низкая абонентская плата за услуги, планируется рост на 10% в год.

Расчеты количества корпоративных абонентов представлены в таблице 5.7 (будем иметь ввиду, что за второе полугодие 2017 года и за первое полугодие 2021 года подключено годовое количество корпоративных абонентов).

Таблица 5.7 - Расчет количества корпоративных пользователей

Наименование	Год
	2017 (2 пол.)	2018	2019	2020	2021 (1 пол.)
Количество малых и средних предприятий, ед.	121
Проникновение ШПД (в % от малых и средних предприятий)	51	54	56	59	62
Доля WiMAX (в % от компаний с ШПД)	25	28	30	33	37
Доля компании в сегменте корпоративных подключений, %	75
Количество корпоративных абонентов	12	14	15	18	21

Общее число абонентов (1776) за исключением корпоративных клиентов (21) определит число частных абонентов (1755). Используя таблицу 4.14, где приведено распределение абонентов по скоростям DL, произведем окончательный расчет абонентов по количеству и предлагаемым им скоростям доступа - таблица 5.8. Будем учитывать, что частным абонентам будет предоставлена линейка тарифов со скоростями DL 1, 2, 5 и 10 Мбит/с, а корпоративным абонентам - только 5 и 10 Мбит/с.

Таблица 5.8 - Расчет количества абонентов

	Год					Всего
	2017 (2 пол.)	2018	2019	2020	2021 (1 пол.)
Число абонентов	1776
Число корп. клиентов на конец периода	21
Число корпоративных клиентов по годам	12	14	15	18	21	21
Число корпоративных подключений по годам	+12	+2	+1	+3	+3	21
Число корпоративных клиентов в распределении по скоростям
5 Мбит/с (50%)	6	7	8	9	11	11
10 Мбит/с (50%)	6	7	7	9	10	10
Число частных абонентов на конец периода	1755
Процент частных подключений по годам	15%	35%	20%	20%	10%	100%
Число частных подключений по годам	+263	+614	+351	+351	+176	1755
Число частных абонентов по годам	263	878	1229	1580	1755	1755
Число частных подключений в распределении по скоростям, учитывая процент частных подключений по годам при известном общем числе абонентов каждой скорости)
1 Мбит/с	50	118	67	67	34	336
2 Мбит/с	101	235	134	134	67	672
5 Мбит/с	92	215	123	123	61	613
10 Мбит/с	20	47	27	27	13	134
Число частных абонентов в распределении по скоростям нарастающим итогом
1 Мбит/с	50	168	235	302	336	336
2 Мбит/с	101	336	470	605	672	672
5 Мбит/с	92	307	429	552	613	613

Успешная коммерческая деятельность возможна лишь тогда, когда реализация производственных услуг приносит достаточные денежные средства для возмещения расходов операторов, осуществления обязательных выплат, установленных законодательством, финансирования производственного и социального развития. Доходы по инвестиционному проекту организации WiMAX сети рассчитаны по формуле (5.9):

где  - доходы от подключения, т.р.;  - доходы от широкополосного доступа, т.р.; Доходы от подключения определяются по формуле (5.10):

где  - стоимость подключения частного пользователя, т.р.;  - количество частных пользователей, чел.;  - стоимость подключения корпоративного пользователя, т.р.; - количество корпоративных пользователей, ед.

Доходы от широкополосного доступа определяются по формуле (5.11):

где  - средний доход от одного корпоративного пользователя широкополосного доступа, т.р.;

- средний доход от одного частного пользователя широкополосного доступа, т.р.

Стоимость подключения, абонентская плата и доходы от частных пользователей приведены в таблице 5.9. В дальнейшем планируется увеличивать стоимость подключения на 10% ежегодно. Изменение абонентской платы не планируется.

Таблица 5.9 - Расчеты доходов от частных пользователей

Наименование		Год
		2017 (2 пол.)	2018		2019	2020	2021 (1 пол.)
Домашний интернет (расценки)
Стоимость подключения, руб.	2500,00		2750,00		3025,00	3327,50	3660,25
1 Мбит/с, руб.	800 в месяц
2 Мбит/с, руб.	1000 в месяц
5 Мбит/с, руб.	1200 в месяц
10 Мбит/с, руб.	2000 в месяц
WiFi роутер, руб.	2500 разово при подключении
Число частных пользователей, чел.	263		878 (+614)		1229 (+351)	1580 (+351)	1755 (+176)
Число частных абонентов нарастающим итогом
1 Мбит/с	50		168		235	302	336
2 Мбит/с	101		336		470	605	672
5 Мбит/с	92		307		552	613
10 Мбит/с	20		67		94	121	134
WiFi роутер (70% абонентов)	184		430		246	246	123
Домашний интернет (доходы), тыс. руб.
Стоимость подключения	657,50		1688,50	1061,78		1167,95	644,20
1 Мбит/с	240,00		1612,80	2256,00		2899,20	1612,80
2 Мбит/с	606,00		4032,00	5640,00		7260,00	4032,00
5 Мбит/с	662,40		4420,80	6177,60		7948,80	4413,60
10 Мбит/с	240,00		1608,00	2256,00		2904,00	1608,00
WiFi роутер	460,25		1074,50	614,25		614,25	308,00
Итого	2866,15		14436,60	18005,63		22794,20	12618,60

Стоимость подключения, абонентская плата и доходы от корпоративных пользователей приведены в таблице 5.10. В дальнейшем планируется увеличивать стоимость подключения на 10% ежегодно. Изменение абонентской платы не планируется.

Таблица 5.10 - Расчеты доходов от корпоративных пользователей

Наименование		Год
		2017 (2 п.)		2018			2019		2020		2021 (1 п.)
Интернет (расценки)
Стоимость подключения, руб.	3500,00		3850,00			4235,00			4658,50		5124,35
5 Мбит/с, руб.	5000 в месяц
10 Мбит/с, руб.	10000 в месяц
Количество корпоративных клиентов	12		14 (+2)			15 (+1)			18 (+3)		21 (+3)
Число корпоративных абонентов нарастающим итогом
5 Мбит/с	6		7			8			9		11
10 Мбит/с	6				7			7		9		10

Расчеты доходов от основной деятельности от корпоративных и частных пользователей приведены в таблице 5.11.

Таблица 5.11 - Доходы от основной деятельности

Наименование	Год
	2017 (2 пол.)	2018	2019	2020	2021 (1 пол.)
Частные пользователи	2866,15	14436,60	18005,63	22794,20	12618,60
Корпоративные пользователи	582,00	1267,70	1324,24	1633,98	945,37
Итого	3448,15	15704,3	19329,87	24428,18	13563,97

.5 Расчет показателей экономической эффективности

Прибыль от реализации услуг определяется как разность между доходами от предоставления услуг и эксплуатационными расходами - формула (5.12):

где - прибыль от реализации услуг, т.р.;

 - доходы от предоставления услуг, т.р.;

- эксплуатационные затраты, т.р.

Прибыль до налогообложения определяется как прибыль от реализации услуг с вычетом внереализационных расходов - формула (5.13). К внереализационным расходам относится налог на имущество. Ставка налога на движимое имущество организаций, а также на линии связи принимается равной нулю (с 01.01.2013 г.).

где  - налогооблагаемая прибыль, т.р.;

 - прибыль от реализации услуг, т.р.;

 - налог на имущество, т.р.

Организация, получившая прибыль, обязана часть ее перечислить в бюджет в виде налога (формула (5.14)). Прибыль, которая осталась после платежей в бюджет в виде налога на прибыль, называется чистой прибылью - формула (5.15).

где  - сумма налога на прибыль, т.р.;

 - налогооблагаемая прибыль, т.р.;

 - ставка налога на прибыль (20%).

где  - чистая прибыль, т.р.;

 - налогооблагаемая прибыль, т.р.;

 - сумма налога на прибыль, т.р.

Расчеты финансового результата приведены в таблице 5.12.

Таблица 5.12 - Расчет финансового результата

Наименование	Год
	2017 (2 пол.)	2018	2019	2020	2021 (1 пол.)
Доходы от предоставления услуг связи, т.р.	3448,15	15704,30	19329,87	24428,18	13563,97
Эксплуатационные затраты, т.р.	4876,61	9632,74	9895,69	10170,60	5418,07
Прибыль от реализации услуг, т.р.	-1428,46	6071,56	9434,18	14257,58	8145,90
Налогооблагаемая прибыль, т.р.	0,00	6071,56	9434,18	14257,58	8145,90
Налог на прибыль, т.р.	0,00	1214,31	1886,84	2851,52	1629,18
Чистая прибыль, т.р.	0,00 (убыток 1428,46)	4857,25	7547,34	11406,06	6516,72

Рассчитаем срок окупаемости проекта как срок окупаемости инвестиций. То есть найдем период, в котором денежный поток как сумма чистой прибыли и амортизации (амортизация не является затратами) превысит первоначальные инвестиции.

Расчеты экономической эффективности представлены в таблице 5.13.

Таблица 5.13 - Расчеты экономической эффективности проекта

Наименование	Год
	2017 (2 пол.)	2018	2019	2020	2021 (1 пол.)
Приток денежных средств
Доходы от предоставления услуг связи, т.р.	3448,15	15704,3	19329,87	24428,18	13563,97
Итого по притоку, т.р.	3448,15	15704,3	19329,87	24428,18	13563,97
Инвестиции
Капитальные затраты (инвестиции), т.р.	43488,57	-	-	-	-
Отток денежных средств
Эксплуатационные затраты без амортизации, т.р.	2801,43	5482,38	5745,33	6020,24	3342,89
Уплаченные налоги, т.р.	0,00	1214,31	1886,84	2851,52	1629,18
Итого по оттоку, т.р.	2801,43	6696,69	7632,17	8871,76	4972,07
Денежный поток
Денежный поток, т.р.	646,72	9007,61	11697,70	15556,42	8591,90
Денежный поток нарастающим итогом, т.р.	646,72	9654,33	21352,03	36908,45	45500,35

Таким образом, в первом полугодии 2021 года реализации проекта денежный поток превысил инвестиции, поэтому срок окупаемости не более 4 лет (2е полугодие 2017 - 1е полугодие 2021).

Для более точного расчета срока окупаемости проведем следующие расчеты (с учетом равномерного распределения доходов и затрат по месяцам):

) За 2021 год приток за 1 месяц 2260,66 т.р.; отток за 1 месяц 828,68 т.р. На начало периода имеем денежный поток равный 36908,45 т.р.

) За первый месяц 2021 года денежный поток нарастающим итогом составит 38340,43 т.р., за пятый месяц - 44068,37 т.р. и превысит первоначальные инвестиции.

Поэтому точный срок окупаемости инвестиций - 47 месяцев (июль 2017 - май 2021 гг.).

По результатам расчета можно сделать вывод, что проект довольно долго окупается, причем расценки за услуги связи были выбраны значительно выше рыночных значений. Поэтому проект развертывания сети WiMAX фиксированного доступа является целесообразным в тех случаях, когда нет технической возможности организовать доступ в Интернет по более дешевой технологии (например, невозможна прокладка ВОЛС).

Заключение

маршрутизатор сетевой мобильный пейджинг

Итогом выпускной квалификационной работы является проектирование многоканальной телекоммуникационной сети фиксированного доступа. Для оптимального решения организации подобной сети, выбрана технология на базе стандарта WiMAX. Данная технология очень перспективна на сегодняшний день.

В процессе проектирования сети WiMAX в Егорьевском районе г. Егорьевск были решены следующие задачи:

выполнен обзор технологии WiMAX, признаков, отличающих данную технологию от других технологий широкополосного доступа;

рассмотрены основные принципы, использующихся при построении сетей на основе WiMAX;

описано оборудование, примененное при построении сетей WiMAX в г. Егорьвск;

рассчитана зона покрытия каждой базовой станции и проведена оценка пропускной способности сети.

Сети фиксированного WiMAX, рассмотренные в данной выпускной квалификационной работе не конкурируют с сетями Wi-Fi, предназначенными для построения внутриофисных локальных беспроводных WLAN сетей.

Сегмент рынка индивидуальных пользователей общий как для фиксированного, так для мобильного WiMAX. При этом, если абонентами мобильного WiMAX могут являться индивидуальные домашние пользователи в центральных районах города, находящиеся на небольших дальностях в условиях NLOS от базовой станции, то абонентами фиксированного WiMAX могут являться индивидуальные домашние пользователи на окраине города и в пригороде, находящиеся в условиях прямой или оптической видимости на больших дальностях от базовой станции.

В данном сегменте рынка сети фиксированного WiMAX в основном конкурируют с сетями DSL. При этом сети фиксированного WiMAX имеют конкурентные преимущества по обеспечиваемой скорости передачи данных по сравнению с сетями DSL при обслуживании индивидуальных абонентов, расположенных на больших расстояниях от операторского оборудования доступа.

Переход на WiMAX в его текущем состоянии является самым вероятным путем ухода с модемов и сетей DSL. WiMAX обеспечивает приятное увеличение скоростей, обеспечивает сравнимую по цене стоимость с относительно слабыми домашними широковещательными планами, и также является шагом в сторону чего-то гораздо более быстрого.

Для эффективного предоставления фиксированного доступа применяется стратегия размещения базовых станции WiMAX, обеспечивающая покрытие услугой максимальных по площади территорий с обеспечением требуемой плотности потока данных, оцениваемую пропускной способностью (скоростью передачи данных), приходящуюся на единицу площади обслуживаемой территории.

Так, при оценке емкости сети связи было определено, сколько потенциально необходимо иметь базовых станций для того, чтобы удовлетворить потребности абонентов в таких услугах, как передача данных с высокой скоростью, а также покрыть всю площадь г. Егорьевска.

Также произведен экономический расчет проекта организации сети WiMAX. По результатам расчета можно сделать вывод, что проект довольно долго окупается, причем расценки за услуги связи были выбраны значительно выше рыночных значений. Поэтому проект развертывания сети WiMAX фиксированного доступа является целесообразным в тех случаях, когда нет технической возможности организовать доступ в Интернет по более дешевой технологии.

Литература

1.       Голиков А.М. Системы радиосвязи и сети телерадиовещания: Учебное пособие. - Томск: ТУСУР, 2015. - 326с.

2.       В. Вишневский, С. Портной, И. Шахнович. Энциклопедия WiMax. Путь 4G - М.: Техносфера, 2012. - 472с.

.        Бабков В.Ю. Общие подходы к задачам планирования и оптимизации 2G - 4G сетей подвижной связи. Санкт-Петербург 2013. - 246с.

.        Б.Б. Агатаева, Л.И. Сарженко. Мобильные телекоммуникации и цифровые системы передачи. Конспект лекций - Алматы: АУЭС, 2013. - 60с.

.        Григорьев В.А. Сети и системы радиодоступа. / В.А. Григорьев, О.И. Лагутенко, Ю.А. Распаев. - М.: ЭКО-ТРЕНДЗ, 2005. - 381с.