Создание (разработка) сети 3G в г. Железногорске

Приведем основные характеристики UTRAN, которые в свое время определили основные требования для построения архитектуры UTRAN, ее функций и протоколов. В кратком виде они могут быть представлены в следующих пунктах:

• Поддержка UTRA и всех относящихся к нему функций. В частности, основное воздействие на построение UTRAN оказало требование обеспечения мягкого хэндовера (один терминал подключается к сети с участием двух или большего числа активных ячеек) и ориентированных на WCDMA алгоритмов управления радиоресурсами;
• Максимизация унификации при обработке данных с коммутацией пакетов и с коммутацией каналов при использовании уникального пакета протоколов воздушного интерфейса и при использовании одного и того же интерфейса для соединения UTRAN с областями обслуживания (доменами) как PS, так и CS базовой сети;
• Максимизация, по возможности, общности с GSM;
• Использование транспортного протокола ATM в качестве основного транспортного механизма в UTRAN.

Контроллер  радиосети.

RNC (контроллер радиосети) представляет собой элемент, обеспечивающий управление радиоресурсами в UTRAN. Он сопрягается с CN (обычно с одним MSC и одним SGSN), а также реализует протокол RRC (управления радиоресурсами), который определяет сообщения и процедуры между подвижной станцией и UTRAN. Логически он соответствует BSC (контроллеру базовой станции) в GSM.

Узел B (Базовая станция).

Основная функция узла B состоит в осуществлении обработки на уровне L1 в воздушном интерфейсе (канальное кодирование и перемежение, адаптация скорости, расширение спектра и т.д.). Кроме того, узел B выполняет одну из основных операций по управлению радиоресурсами – управление мощностью в внутреннем контуре. Логически он соответствует базовой станции в системе GSM.

1.3 Виды транспортных сетей

 

Линии связи. Их достоинства  и недостатки.

Непременным и одним  из наиболее сложных и дорогостоящих  элементов связи являются линии  связи (ЛС), по которым передаются информационные электромагнитные сигналы от одного абонента (станции, передатчика, регенератора и т.д.) к другому (станции, регенератору, приемнику и т. д.) и обратно. Очевидно, что эффективность работы систем связи во многом предопределяется качеством  ЛС, их свойствами и параметрами, а  также зависимостью этих величин  от частоты и воздействия различных  факторов, включая мешающие влияния  сторонних электромагнитных полей.

 

1.3.1 Волоконно-оптические линии связи (ВОЛС).

 

Волоконно-оптическая сеть - это информационная сеть, связующими элементами между узлами которой  является волоконно-оптические линии  связи. Технологии волоконно-оптических сетей помимо вопросов волоконной оптики охватывают также вопросы, касающиеся электронного передающего оборудования, его стандартизации, протоколов передачи, вопросы топологии сети и общие  вопросы построения сетей. ВОЛС в  основном используются при построении объектов, в которых кабельная  сеть должна объединить многоэтажное здание или здание большой протяженности, а также при объединении территориально-разрозненных зданий.

Преимущества ВОЛС: передача информации по ВОЛС имеет целый ряд  достоинств перед передачей по медному  кабелю. Стремительное внедрение  в информационные сети оптических линий  связи является следствием преимуществ, вытекающих из особенностей распространения сигнала в оптическом волокне:

- Широкая полоса пропускания обусловлена чрезвычайно 
высокой частотой несущей 1014Гц. Это дает потенциальную возможность передачи по одному оптическому волокну потока информации в несколько террабит в секунду. Большая полоса пропускания - это одно из наиболее важных преимуществ оптического волокна над медной или любой другой средой передачи информации;

- Малое затухание светового  сигнала в волокне. Выпускаемое  в 
настоящее время отечественными и зарубежными производителями 
промышленное оптическое волокно имеет затухание 0,2-0,3 дБ на длине волны 1,55 мкм в расчете на один километр. Малое затухание и небольшая дисперсия позволяют строить участки линий без ретрансляции протяженностью до 100км и более;

- Низкий уровень шумов  в волоконно-оптическом кабеле  позволяет увеличить  полосу  пропускания,  путем  передачи  различной модуляции сигналов  с малой избыточностью кода. Высокая помехозащищенность. Поскольку волокно изготовлено из диэлектрического материала, оно невосприимчиво к электромагнитным помехам со стороны окружающих медных кабельных систем и электрического оборудования, способного индуцировать электромагнитное излучение (линии электропередачи, электродвигательные установки и т.д.). В многоволоконных кабелях также не возникает проблемы, перекрестного влияния электромагнитного излучения, присущей многопарным медным кабелям;

- Малый вес и объем.  Волоконно-оптические кабели (ВОК)  имеют меньший вес и объем  по сравнению с медными кабелями  в расчете на одну и ту  же пропускную способность. Например, 900-парный телефонный кабель диаметром  7,5 см, может быть заменен одним волокном с диаметром 0,1 см. Если волокно "одеть" в множество защитных оболочек и покрыть стальной ленточной броней, диаметр такого ВОК будет 1,5 см, что в несколько раз меньше рассматриваемого телефонного кабеля;

- Высокая защищенность  от несанкционированного доступа. Поскольку ВОК практически не излучает в радиодиапазоне, то передаваемую по нему информацию трудно подслушать, не нарушая приема-передачи. Системы мониторинга (непрерывного контроля) целостности оптической линии связи, используя свойства высокой чувствительности волокна, могут мгновенно отключить "взламываемый" канал связи и подать сигнал тревоги. Сенсорные    системы,    использующие интерференционные эффекты распространяемых световых сигналов (как по разным волокнам, так и разной поляризации) имеют очень высокую чувствительность к колебаниям, к небольшим перепадам давления. Такие системы особенно необходимы при создании линий связи в правительственных, банковских и некоторых других специальных службах, предъявляющих повышенные требования к защите данных;

- Гальваническая развязка  элементов сети. Данное преимущество  оптического волокна заключается  в его изолирующем свойстве. Волокно  помогает избежать электрических  "земельных" петель, которые  могут возникать, когда два  сетевых устройства неизолированной  вычислительной сети, связанные  медным кабелем, имеют заземления  в разных точках здания, например  на разных этажах. При этом  может возникнуть большая разность  потенциалов, что способно повредить  сетевое оборудование. Для волокна этой проблемы просто нет;

- Взрыво- и пожаробезопасность. Из-за отсутствия новообразования оптическое волокно повышает безопасность сета на химических, нефтеперерабатывающих предприятиях, при обслуживании технологических процессов повышенного риска;

- Экономичность BOK. Волокно изготовлено из кварца, основу которого составляет  двуокись  кремния, широко распространенного, а потому недорогого материала, в отличие от меди. В настоящее время стоимость волокна по отношению к медной паре соотносится как 2:5. При этом ВОК позволяет передавать сигналы на значительно большие расстояния без ретрансляции. Количество повторителей на протяженных линиях сокращается при использовании ВОК. При использовании солитонных систем передачи достигнуты дальности в 4000 км без регенерации (то есть только с использованием оптических усилителей на промежуточных узлах) при скорости передачи выше 10 Гбит/с;

- Длительный  срок  эксплуатации. Со временем волокно испытывает деградацию. Это означает, что затухание в проложенном кабеле постепенно  возрастает. Однако, благодаря совершенству современных технологий  производства оптических волокон, этот процесс значительно замедлен, и срок службы ВОК составляет примерно 25 лет. За это время может смениться  несколько поколений/стандартов приемо-передающих систем;

- Удаленное электропитание. В некоторых случаях требуется удаленное электропитание узла информационной сети. Оптическое волокно не способно выполнять функции силового кабеля. Однако, в этих случаях можно использовать смешанный кабель, когда наряду с оптическими волокнами кабель оснащается медным проводящим элементом. Такой кабель широко используется как в России, так и за рубежом;

К недостаткам оптических кабелей можно отнести:

- Подверженность волоконных  световодов радиации, за счет которой появляются пятна затемнения и возрастает затухание;

- Водородная коррозия  стекла, приводящая к микротрещинам 
световода и ухудшению его свойств;

- Стоимость интерфейсного оборудования. Электрические 
сигналы должны преобразовываться в оптические и наоборот. Цена на оптические передатчики и приемники остается пока еще довольно высокой. При создании оптической линии связи требуется высоконадежное специализированное пассивное коммутационное оборудование, оптические соединители с малыми потерями и большим ресурсом на подключение-отключение, оптические разветвители, аттенюаторы;

- Монтаж и обслуживание  оптических линий. Стоимость работ  по монтаж, тестированию и поддержке  волоконно-оптических линий связи  также остается высокой. Если  же повреждается ВОК, то необходимо  осуществлять сварку в месте  разрыва и защищать этот участок  кабеля от воздействия внешней  среды.

1.3.2 Радиорелейные системы передачи.

 

Бывают такие случаи, когда организовать передачу информации посредством оптического волокна  оказывается очень невыгодным, вследствие дорогой его прокладки на определенном участке трассы или др. причины. В  таких случаях передавать информацию можно по радиорелейным линям (РРЛ).

Это связано со следующим  преимуществом РРЛ:

- не требуется дорогостоящая  прокладка кабеля и дорогостоящее  оборудование, т.е экономичность данной линии связи.

РРЛ обладает рядом недостатков:

- меньшая по сравнению с ВОЛС полоса пропускания (ГГЦ), 
вследствие этого более низкая пропускная способность РРЛ;

- затухание сигнала при передаче, что связано с рядом причин: ослабление радиоволн в гидрометеорах.

- тропосферная рефракция волн, в том числе замирания, связанные с экранирующим действием препятствий вследствие изменения градиента диэлектрической проницаемости:

- интерференция прямой волны и волны, отраженной от земной поверхности и слоистых образований в тропосфере.

Вывод: основной задачей  при проектировании транспортных сетей  является выбор соответствующей  линии связи на соответствующем  участке транспортных сетей.

1.3.3 Технологии (PDH, SDH).

 

В настоящее время актуальны  транспортные технологии, такие как  PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy - плезиохронная цифровая иерархия), SDH (Synchronous Digital Hierarchy - синхронная цифровая иерархия).

Кратко опишем каждую из них: PDH.

Схемы PDH были разработаны в начале 80х. Всего разработано три стандарта:

1. Принята в США и Канаде, в качестве скорости сигнала первичного цифрового канала (ПЦК-DS1) была выбрана скорость 1544 кбит/с и давала последовательность DS1/DS2/DS3/DS4 или последовательность вида: 1544/6312/44736/274176 кбит/с. Это  позволяло  передавать соответственно 24, 96, 672 и 4032 канала DS0 (Основной Цифровой Канал - 64 кбит/с);

2. Принята в Японии, использовалась та же скорость для DS1; давала последовательность DS1/DS2/DSJ3/DSJ4 или последовательность вида:1544/6312/32064/97728 кбит/с, что позволяло передавать 24, 96, 480 или 1440 каналов DS0;

3. Принята в Европе и Южной Америке, в качестве первичной была 
выбрана   скорость   2048   кбит/с   и   давала   последовательность 
Е1/Е2/ЕЗ/Е4/Е5 или 2048/8448/34368/139264/564992 кбит/с. Указанная 
иерархия позволяла передавать 30, 120, 480, 1920 или 7680 каналов 
DS0.

Недостатки PDH:

- затруднённый ввод/вывод цифровых  потоков в промежуточных 
пунктах;

- отсутствие средств сетевого автоматического контроля и управления;

- многоступенчатое восстановление синхронизма требует достаточно большого времени.

SDH.

Указанные недостатки PDH, а  также ряд других факторов привели  к разработке в США ещё одной  иерархии - иерархии синхронной оптической сети SONET, а в Европе аналогичной  синхронной цифровой иерархии SDH, предложенными  для использования на волоконно-оптических линиях связи (ВОЛС). Но из-за неудачно выбранной скорости передачи для STS-1 , было принято решение отказаться от создания SOKET, а создать на её основе SONET/SDH. Скорости передач иерархии SDH представлены в таблице 1.

 

Таблица 1.4 - Скорости передач  иерархии SDH

Уровень SDH	Скорость передачи,     Мбит/с
STM-1	155,520
STM-4	622,080
STM-16	2488,32
STM-64	9953,28

 

Иерархии PDH и SDH взаимодействуют через процедуры мультиплексирования и демультиплексирования потоков РВН в системы SDH.

В системе SDH производится синхронное мультиплексирование/ демультиплексирование, которое позволяет организовывать непосредственный доступ к каналам PDH, которые передаются в сети SDH.

С помощью технологии SDH, можно построить практически любую топологию сети:

- топология «точка - точка»;

- топология «последовательная  линейная цепь»;

- топология «уплощенное  кольцо»;

- топология «двойное  кольцо».

Вывод: одной из задач при проектировании транспортных сетей для сетей беспроводной связи является выбор одной из описанных выше технологий, исходя из нагрузки на данную сеть и требуемой скорости передачи информации.[1.6]

 

2 Проектирование сети 3g

2.1 Анализ задания

 

Согласно  заданию, нам необходимо спроектировать сеть 3G и подобрать основное оборудование для данной сети. Основными достоинствами такой сети являются высокая скорость доступа, портативность абонентского и базового оборудования, использование технологии 3G IMT-2000, базирующейся на стандарте UMTS TD-CDMA.

Территория обслуживания – г. Железногорск

Железногорск – центр закрытого административно-территориального образования (ЗАТО), одной из территорий, на которых находятся военно-промышленные объекты с особым режимом.

Город расположен на правом берегу реки Енисей в предгорьях Атамановского хребта – отрога Саянских гор в 64 км севернее Красноярска. ЗАТО Железногорск занимает площадь 45 667 га, сегодня в нем проживает 102,2 тысячи человек. Кроме города Железногорска в ЗАТО входят четыре поселка – Подгорный, Тартат, Додоново и Новый Путь, а также одна деревня – Шивера.