17 августа, 2014

О беспроводном широкополосном доступе

В соответствии с Концепцией воздушно-космической обороны Российской Федерации на период до 2016 года и дальнейшую перспективу одно из направлений ее дальнейшего совершенствования – полномасштабное развертывание ФСР и КВП.

Главным содержанием ФСР и КВП является объединение сил и средств радиолокационной разведки и контроля воздушного пространства разной ведомственной принадлежности в единую информационную систему.

Объединение сил и средств разной ведомственной принадлежности обеспечивается системой информационно-технического взаимодействия (СИТВ), в состав которой входят комплексы программно-технических средств (КПТС), выносные комплекты абонентского оборудования (ВКАО) и сети связи и передачи данных (ССПД) между органами управления ПВО и ЕС ОрВД.

Рис. 1. Децентрализованный способ выдачи РЛИ. Графика Юлии Гореловой

В рамках функционирования ФСР и КВП информационное взаимодействие органов управления ПВО и ЕС ОрВД обеспечивается СИТВ в следующих направлениях:

• между укрупненным центром (УЦ) ЕС ОрВД и КП соединения ВКО (централизованный способ выдачи информации о воздушной обстановке, рис. 1);
• между ТРЛП ДН (трассовой радиолокационной позицией двойного назначения) и КП радиотехнического подразделения МО РФ (децентрализованный способ выдачи информации о воздушной обстановке, рис. 2).

Рис. 2. Централизованный способ выдачи РЛИ. Графика Юлии Гореловой

Данные направления информационного взаимодействия и соответственно сочетание централизованного и децентрализованного способов выдачи радиолокационной информации о воздушной обстановке составляют важнейший принцип организации информационно-технического взаимодействия органов управления ПВО и ЕС ОрВД.

Сущность информационно-технического взаимодействия органов управления ПВО и ЕС ОрВД заключается в обмене информацией о воздушной обстановке, получаемой от ведомственных радиотехнических средств и групп руководства полетами авиации всех ведомств.

Трассовая радиолокационная позиция двойного назначения Фото: ЛЭМЗ

В состав информации взаимодействия, транслируемой в СИТВ, входит следующая информация:

• данные о воздушной обстановке по результатам ведения радиолокационной разведки и радиолокационного наблюдения;
• плановая информация о движении воздушных судов по результатам диспетчерского обеспечения;
• информация речевого взаимодействия между органами управления ПВО и ЕС ОрВД.

Передача данной информации осуществляется по ССПД.

ССПД являются важнейшим составным элементом СИТВ органов управления ПВО и ЕС ОрВД и оказывают большое влияние на эффективность функционирования ФСР и КВП в целом.

На рассмотрении оптимальных вариантов построения ССПД в рамках функционирования ФСР и КВП остановимся более подробно.

Изначально в ходе разработки принципов функционирования ФСР и КВП построение ССПД для обеспечения взаимодействия органов управления ПВО и ЕС ОрВД ориентировалось на использовании существующих сетей связи ВС РФ и Росавиации РФ. Но практика показала, что использование только имеющихся сетей связи ВС РФ и Росавиации РФ без их модернизации не может в полной мере обеспечить решение задач по информационному взаимодействию органов управления ПВО и ЕС ОрВД.

Радиотехническое подразделение двойного назначения Фото: ЛЭМЗ

Это обусловлено рядом причин, а именно:

• во-первых, подавляющее количество существующих кабельных линий связи как ВС РФ, так и Росавиации РФ было проложено еще в 80-х годах и на данном этапе выработали установленный ресурс;
• во-вторых, из-за сокращения ВС РФ и изменения структуры ЕС ОрВД ряд объектов инфраструктуры ССПД как ВС РФ, так и Росавиации РФ были упразднены, а новые до настоящего времени не организованы;
• в-третьих, существующие сети связи, как правило, являются низкоскоростными и не позволяют обеспечить требуемое расширение функций для объектов ЕС ОрВД и ПВО (организация дополнительных телефонных каналов и каналов передачи данных, каналов доступа к магистральным линиям связи, каналов видеонаблюдения, охранной и пожарной сигнализации, локальных вычислительных сетей и других).

Вследствие вышеизложенного проблема модернизации ССПД, обеспечивающих информационно-техническое взаимодействие органов управления ПВО и ЕС ОрВД в рамках функционирования ФСР и КВП, остается наиболее актуальной.

В основу модернизации ССПД ФСР и КВП могут быть положены различные направления и технологии.

Основным направлением модернизации ССПД ФСР и КВП является прокладка новых кабельных (волоконных) линий связи между объектами информационного взаимодействия.

Трассовая радиолокационная позиция двойного назначения Фото: ЛЭМЗ

Данное направление высокоэффективно для обеспечения качественных характеристик каналов связи и повышения их пропускной способности. Однако его эффективность резко снижается в условиях сложного рельефа местности, плотной городской застройки, в условиях вечной мерзлоты и других, то есть когда возникает необходимость резкого увеличения капитальных затрат. С экономической точки зрения данный вариант характеризуется высокой стоимостью выполнения строительно-монтажных работ (СМР), их большой протяженностью во времени и сильной зависимостью от погодно-климатических условий, что его применение существенно ограничивает, а в ряде случаев делает нецелесообразным.

Другим направлением модернизации ССПД ФСР и КВП является организация радиорелейных интервалов между объектами взаимодействия.

Модернизация ССПД ФСР и КВП на базе радиорелейных средств связи в ряде случаев позволяет существенно снизить стоимость СМР и сократить сроки выполнения работ и как следствие – повысить эффективность модернизации ССПД ФСР и КВП. Однако данное направление модернизации неприемлемо в случае отсутствия прямой видимости между объектами информационного взаимодействия и больших расстояний между ними. Нецелесообразным по экономическим показателям оказывается данное направление и при необходимости построения ССПД с полносвязной топологией, учитывающей всю совокупность направлений информационного взаимодействия.

Практика реализации проектов по организации информационно-технического взаимодействия органов управления ПВО и ЕС ОрВД показывает, что в основу модернизации и перспективного развития ССПД ФСР и КВП должна быть положена гибкая топология построения сети, учитывающая множество направлений информационного взаимодействия и тесную взаимосвязь между ними.

Одной из инновационных технологий связи, способной обеспечить комплексную модернизацию и перспективное развитие ССПД ФСР и КВП для обеспечения информационно-технического взаимодействия органов управления ПВО и ЕС ОрВД, является технология беспроводного широкополосного доступа (БШД).

Беспроводной широкополосный доступ – передовая информационная технология, внедряемая в ССПД общего и специального назначения.

Технология БШД базируется на основе теории широкополосных сигналов (ШПС), разработанной для помехоустойчивой передачи информации с использованием сигнала малой мощности.

Идея ШПС состоит в том, что при передаче информации используется значительно более широкая полоса частот передаваемого сигнала, чем это требуется, которая при оптимальной обработке сигнала в тракте приема сжимается. В результате сжатия в тракте приема происходит резкое увеличение отношения сигнал/шум при малой импульсной мощности передаваемого сигнала. А это в свою очередь позволяет для передачи информации использовать приемо-передающие устройства существенно меньшей импульсной мощности. Малые габариты и вес оборудования БШД позволяют для их установки использовать более простые конструкции, что ведет к резкому снижению их стоимости.

Для увеличения скорости передачи данных в оборудовании БШД применяются специальные методы кодирования данных (OFDM, OFDMA) и фазовой манипуляции передаваемой информации (QPSK, QAM), а применение математических алгоритмов обработки информации позволяет увеличить скорость передачи информации (до 300 Мбит/с), обеспечивая при этом высокую надежность канала связи.

Высокая же скорость передачи информации в свою очередь позволяет дополнительно организовать в одном потоке данных большое количество телефонных каналов и каналов передачи данных между объектами ФСР и КВП, решая тем самым задачу модернизации ССПД системы информационно-технического взаимодействия.

К наиболее перспективным областям применения технологии БШД при проведении модернизации ССПД ФСР и КВП относятся:

• создание новых (резервирование) каналов управления, связи и передачи данных между объектами ФСР и КВП;
• привязка объектов ФСР и КВП к районным узлам связи (РУС) и точкам доступа магистральных сетей связи региональных операторов;
• организация мультисервисных сетей связи (передача речи, данных и видео) между объектами ФСР и КВП;
• доступ абонентов (объектов ФСР и КВП) к распределенным сетям ЕС ОрВД и МО РФ;
• построение локальных сетей связи и передачи данных с полносвязной топологией между объектами ЕС ОрВД и МО РФ и другие.

Ниже приведены примеры применения технологии широкополосного доступа для модернизации ССПД ФСР и КВП.

Рис. 3. Схема построения сети БШД РЦ ЕС ОрВД. Графика Юлии Гореловой

Схема построения сети БШД, представленная на рисунке 3, предусматривает организацию информационно-технического взаимодействия органов управления ЕС ОрВД (Ц ОВД, КДП, ТРЛП ДН) с КП соединения ВКО, а также обеспечивает доступ ССПД ЕС ОрВД к магистральным линиям связи регионального оператора. Она характерна для централизованного способа выдачи информации о воздушной обстановке. Базовая станция сети БШД в данном случае может размещаться как на КДП, так и на центре ОВД.

Рис. 4. Схема построения сети БШД в районе аэроузла. Графика Юлии Гореловой

Схема построения сети БЩД, представленная на рисунке 4, отражает организацию информационно-технического взаимодействия групп руководства полетами различных ведомств (Минтранс РФ, МО РФ, МЧС РФ и др.), расположенных в границах аэроузла или аэродрома совместного базирования. Базовую станцию БШД в данном варианте целесообразно размещать на КДП.

Рис. 5. Схема построения сети БШД ТРЛП ДН. Графика Юлии Гореловой

Схема построения сети БЩД, представленная на рисунке 5, отражает организацию информационно-технического взаимодействия органов управления ЕС ОрВД (ТРЛП ДН, КДП) и радиотехнического подразделения соединения ПВО. Данная схема характерна для децентрализованного способа выдачи информации о воздушной обстановке и может быть применена на ТРЛП ДН. Базовая станция БШД в данном случае может размещаться как на КДП, так и на ТРЛП ДН Росавиации РФ.

Рис. 6. Схема построения сети БШД подразделения ПВО. Графика Юлии Гореловой

На рисунке 6 представлена схема информационно-технического взаимодействия радиотехнического подразделения МО РФ с органами управления ЕС ОрВД (ТРЛП ДН, КДП), а также с элементами боевого порядка соединения ПВО (РЛУ, КП иап, СКП иап, и др). Данная схема характерна для децентрализованного способа выдачи информации о воздушной обстановке и может быть применена на позициях радиотехнических подразделений двойного назначения (РТП ДН) и в радиотехнических подразделениях МО РФ. Базовую станцию БШД здесь целесообразно разместить в элементах боевого порядка радиотехнического подразделения МО РФ.

В зависимости от обстановки могут быть и другие варианты построения сетей БШД для обеспечения взаимодействия органов управления ПВО и ЕС ОрВД.

Отдельного внимания заслуживает вопрос об организации каналов СПД для автоматизированного сбора и обработки информации о воздушной обстановке в интересах органов управления ПВО.

В данном случае БШД используется как средство «последней мили», обеспечивающее привязку КП радиотехнических частей и подразделений к магистральным линиям связи (ОАО «Ростелеком», ОАО «Транстелеком» и пр.). Такой подход позволяет обеспечить высокое качество ССПД при относительно небольших капитальных вложениях и быстром их вводе в эксплуатацию (рис. 7).

Рис. 7. Графика Юлии Гореловой

В состав оборудования БШД входят базовые станции (БС) и абонентские станции (АС), устанавливаемые на объектах, интегрируемых в единую ССПД.

Оборудование БШД выполнено в виде двух блоков: внешнего (ODU), устанавливаемого на антенно-мачтовом устройстве, и внутреннего (IDU), устанавливаемого в помещении. Блок ODU включает в свой состав антенну, приемо-передающий модуль, маршрутизатор и управляющий процессор. Блок IDU включает в свой состав модуль питания, модуль потоков Е1 и управляющий процессор.

Внешний и внутренний блоки соединяются между собой с помощью витой пары, по которой передаются трафик Ethernet и постоянное напряжение питания ODU. Базовая станция может работать в шести секторах, шириной по 60. Каждый из секторов БС может обеспечить обмен информацией до 20–30 АС. Для увеличения дальности радиосвязи могут дополнительно использоваться антенно-мачтовые устройства высотой 20–30 м.

Оборудование БШД обеспечивает:

• пакетную передачу данных по радиоканалу;
• динамическое управление трафиком в соответствии с требуемым качеством обслуживания;
• управление и дистанционный контроль состояния оборудования;
• суммарную скорость передачи данных до 300 Мбит/с;
• дальность радиосвязи прямой видимости до 30 км.

Для защиты от преднамеренных активных помех в БШД применяется режим Instant DFS (мгновенное частотное сканирование), обеспечивающий быстрый поиск и перестройку на неподавленные частоты. Время такой перестройки составляет доли секунды и при этом передача данных не прерывается.

Для защиты от переотраженных сигналов (интерференции) применяется технология MIMO (множественный вход), которая обеспечивает прием сигнала на несколько антенн, разнесенных на λ/2, установленных в едином интегрированном корпусе.

Применение технологии БШД в ССПД ФСР и КВП позволит существенно снизить себестоимость передаваемой информации при одновременном увеличении числа телефонных каналов и каналов передачи данных между объектами ФСР и КВП, узлами связи региональных операторов и точками доступа к магистральным линиям связи, взаимодействующими органами управления воздушным движением.

Проведенные оценки показывают, что невысокая стоимость оборудования и комплекса проектных и строительно-монтажных работ при развертывании сетей БШД при высоких функциональных возможностях оборудования обеспечит повышение экономической эффективности функционирования системы информационно-технического взаимодействия ФСР и КВП по сравнению с традиционными технологиями в четыре – восемь раз.

Таким образом, технология беспроводного широкополосного доступа может быть эффективно применена для модернизации ССПД в интересах совершенствования системы информационно-технического взаимодействия ФСР и КВП.