ПРОЕКТИРОВАНИЕ БЕСПРОВОДНОЙ СЕТИ АБОНЕНТСКОГО ДОСТУПА В ПГТ. ШУШЕНСКОЕ КРАСНОЯРСКОГО КРАЯ
|
ВВЕДЕНИЕ 4
1 РАЗРАБОТКА КОНЦЕПЦИИ ОРГАНИЗАЦИИ ШИРОКОПОЛОСНОГО
БЕСПРОВОДНОГО ДОСТУПА В ПГТ ШУШЕНСКОЕ КРАСНОЯРСКОГО КРАЯ 6
1.1 Описание объекта проектирования 6
1.2 Анализ инфокоммуникационной инфраструктуры посёлка 8
2 АНАЛИЗ СПОСОБОВ И ОСОБЕННОСТЕЙ РЕАЛИЗАЦИИ СЕТЕЙ LTE 11
2.1 Описание технологии LTE 11
2.2 Описание оборудования LTE 16
2.3 Разработка концепции реализации сети LTE в пгт. Шушенское 19
3 РАЗРАБОТКА ИНФРАСТРУКТУРЫ СЕТИ LTE В ПГТ ШУШЕНСКОЕ 21
3.1 Выбор оборудования 21
3.2 Описание сетевого оборудования 22
3.2.1 Распределенная базовая станция DBS3900 23
3.2.2 Антенно-фидерное оборудование 27
3.2.3 Выбор оборудования транспортного сегмент 28
3.3 Расчет зон радиопокрытия и выбор мест размещения базовых станций
3.3.1 Оценка параметров зоны обслуживания сети LTE в пгт. Шушенское 31
3.3.2 Расчет зоны радиопокрытия по модели COST231 - Хата 39
3.4 Оценка ёмкости сети 41
3.5 Частотное планирование 47
3.6 Проектирование линейно-кабельной инфраструктуры 49
3.7 Разработка схемы организации связи 52
4 РАЗРАБОТКА МЕРОПРИЯТИЙ ПО РЕАЛИЗАЦИИ СЕТИ
БЕСПРОВОДНОГО ДОСТУПА В ПГТ ШУШЕНСКОЕ 54
4.1 Рекомендации по организации строительства 54
4.2 Мероприятия по охране природной среды 56
4.3 Мероприятия по охране труда и технике безопасности 58
4.4 Обеспечение электропитания .60
5 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТА 61
5.1 Оценка капитальных вложений в проект 61
5.2 Калькуляция эксплуатационных расходов _ 65
5.3 Калькуляция доходов 68
5.4 Определение оценочных показателей проекта 69
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 75
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 78
1 РАЗРАБОТКА КОНЦЕПЦИИ ОРГАНИЗАЦИИ ШИРОКОПОЛОСНОГО
БЕСПРОВОДНОГО ДОСТУПА В ПГТ ШУШЕНСКОЕ КРАСНОЯРСКОГО КРАЯ 6
1.1 Описание объекта проектирования 6
1.2 Анализ инфокоммуникационной инфраструктуры посёлка 8
2 АНАЛИЗ СПОСОБОВ И ОСОБЕННОСТЕЙ РЕАЛИЗАЦИИ СЕТЕЙ LTE 11
2.1 Описание технологии LTE 11
2.2 Описание оборудования LTE 16
2.3 Разработка концепции реализации сети LTE в пгт. Шушенское 19
3 РАЗРАБОТКА ИНФРАСТРУКТУРЫ СЕТИ LTE В ПГТ ШУШЕНСКОЕ 21
3.1 Выбор оборудования 21
3.2 Описание сетевого оборудования 22
3.2.1 Распределенная базовая станция DBS3900 23
3.2.2 Антенно-фидерное оборудование 27
3.2.3 Выбор оборудования транспортного сегмент 28
3.3 Расчет зон радиопокрытия и выбор мест размещения базовых станций
3.3.1 Оценка параметров зоны обслуживания сети LTE в пгт. Шушенское 31
3.3.2 Расчет зоны радиопокрытия по модели COST231 - Хата 39
3.4 Оценка ёмкости сети 41
3.5 Частотное планирование 47
3.6 Проектирование линейно-кабельной инфраструктуры 49
3.7 Разработка схемы организации связи 52
4 РАЗРАБОТКА МЕРОПРИЯТИЙ ПО РЕАЛИЗАЦИИ СЕТИ
БЕСПРОВОДНОГО ДОСТУПА В ПГТ ШУШЕНСКОЕ 54
4.1 Рекомендации по организации строительства 54
4.2 Мероприятия по охране природной среды 56
4.3 Мероприятия по охране труда и технике безопасности 58
4.4 Обеспечение электропитания .60
5 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТА 61
5.1 Оценка капитальных вложений в проект 61
5.2 Калькуляция эксплуатационных расходов _ 65
5.3 Калькуляция доходов 68
5.4 Определение оценочных показателей проекта 69
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 75
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 78
Одним из мегатрендов развития инфокоммуникационных систем является требование мобильности, поэтому цифровые широкополосные беспроводные сети широко внедряются в Российской Федерации. Современные технологии беспроводного абонентского доступа позволяют обеспечить абонентов контентом различного типа: голосовыми сервисами, передачей данных, доступом в сеть Internet, телевизионным вещанием, в том числе, и интерактивным ТВ.
Во многих районах Сибири развиваются мультисервисные сети, обеспечивая требуемую инфраструктуру для реализации широкополосных беспроводных сетей доступа. Особенно востребованы такие решения для небольших посёлков, находящихся в удалении от крупных городов. Как правило, существующие телекоммуникационные сети морально и физически устарели, многие сегменты требуют реконструкции.
Шушенское - это поселок городского типа в Красноярском крае, административный центр Шушенского района. В поселке имеются учебные заведения, медицинские учреждения, птицефабрика, наблюдается рост новостроек. Существующая цифровая АТС обеспечивает население поселка услугами телефонии, доступ в сеть Интернет организован не во всех районах, есть спрос на мультисервисные услуги. Кроме того, посёлок входит в зону действия Операторов связи, которым стратегически выгодно развивать сети нового поколения. Поэтому тема выпускной квалификационной работы является актуальной [1].
На сегодняшний день, на рынке телекоммуникационных услуг конкурируют несколько широкополосных беспроводных технологий, в том числе WiMAX, LTE. Выбор проектного решения, разработка рекомендаций по реализации сети связи - основная задача данной выпускной квалификационной работы.
Целью проекта является предоставление жителям пгт. Шушенское современных услуг связи на базе беспроводных решений, а также расширение зоны присутствия Оператора связи в Красноярском крае. Задачами проекта является анализ вариантов реализации беспроводных технологий в посёлке, разработка рекомендаций по проектированию и эксплуатации сети, расчёт основных технических показателей, объёма оборудования, нагрузок, зон радиопокрытия. Кроме того, необходимо провести оценку инвестиций в проект и проверить его рентабельность.
Внедрение современных инфокоммуникационных технологий позволит интенсивно развивать инфраструктуру посёлка, сделать его привлекательным для инвестиций, заинтересовать молодежь. Современная инфокоммуникационная инфраструктура позволит обеспечить развитие социально-ориентированной экономики пгт. Шушенское, рост производства и сферы услуг для улучшения условий жизни широких масс населения, а также решение иных социально-экономических задач, связанных с развитием посёлка.
Во многих районах Сибири развиваются мультисервисные сети, обеспечивая требуемую инфраструктуру для реализации широкополосных беспроводных сетей доступа. Особенно востребованы такие решения для небольших посёлков, находящихся в удалении от крупных городов. Как правило, существующие телекоммуникационные сети морально и физически устарели, многие сегменты требуют реконструкции.
Шушенское - это поселок городского типа в Красноярском крае, административный центр Шушенского района. В поселке имеются учебные заведения, медицинские учреждения, птицефабрика, наблюдается рост новостроек. Существующая цифровая АТС обеспечивает население поселка услугами телефонии, доступ в сеть Интернет организован не во всех районах, есть спрос на мультисервисные услуги. Кроме того, посёлок входит в зону действия Операторов связи, которым стратегически выгодно развивать сети нового поколения. Поэтому тема выпускной квалификационной работы является актуальной [1].
На сегодняшний день, на рынке телекоммуникационных услуг конкурируют несколько широкополосных беспроводных технологий, в том числе WiMAX, LTE. Выбор проектного решения, разработка рекомендаций по реализации сети связи - основная задача данной выпускной квалификационной работы.
Целью проекта является предоставление жителям пгт. Шушенское современных услуг связи на базе беспроводных решений, а также расширение зоны присутствия Оператора связи в Красноярском крае. Задачами проекта является анализ вариантов реализации беспроводных технологий в посёлке, разработка рекомендаций по проектированию и эксплуатации сети, расчёт основных технических показателей, объёма оборудования, нагрузок, зон радиопокрытия. Кроме того, необходимо провести оценку инвестиций в проект и проверить его рентабельность.
Внедрение современных инфокоммуникационных технологий позволит интенсивно развивать инфраструктуру посёлка, сделать его привлекательным для инвестиций, заинтересовать молодежь. Современная инфокоммуникационная инфраструктура позволит обеспечить развитие социально-ориентированной экономики пгт. Шушенское, рост производства и сферы услуг для улучшения условий жизни широких масс населения, а также решение иных социально-экономических задач, связанных с развитием посёлка.
В современных условиях развития инфокоммуникационных технологий не всегда оказывается выгодным для Оператора связи внедрение проектов сложных и дорогих, с точки зрения капитальных вложений и дальнейшей эксплуатации, решений. Особенно это касается инфокоммуникационной инфраструктуры небольших по численности жителей поселений, таких, как пгт. Шушенское Красноярского края. Тем не менее, связь является стратегической отраслью, и обеспечение абонентов современными инфокоммуникационными услугами является задачей государственной важности. Так, в рассматриваемом посёлке, большой вклад в благосостояние населения вносит туристический и гостиничный бизнес, рост притока туристов благоприятно воздействует на развитие региона в целом, поэтому задача обеспечения населения и туристов со-временными мобильными сервисами является особенно актуальной, и проектные решения будут востребованы. Кроме того, расширение зоны присутствия укрепит позиции Оператора связи ПАО «МТС» в регионе. Принятое решение внедрения технологии LTE, таким образом, является обоснованным и дальновидным. На основе расчета зон радиопокрытия и объёма нагрузки на базовую станцию были сформулированы требования, предъявляемые к сетевой инфра-структуре, телекоммуникационному оборудованию, а также рассчитано количество базовых станций - 5, и выбрано оборудование для транспортного сегмента сети.
Проектируемая сеть пгт. Шушенское включает сетевые элементы - шлюзы и базовые станции, а также интерфейсы выхода к внешним сетям, в том числе на базовую сеть в г. Абакан, а оттуда - к ядру сети МТС в г. Красноярск. С учетом того, что между перечисленными населенными пунктами уже имеется сетевая транспортная инфраструктура на основе волоконно-оптических линий связи, в проекте разработаны решения по организации беспроводного широкополосного доступа, в том числе рекомендации по размещению оборудования и построению линейно-кабельных сооружений. При этом опорная сеть GPRS, ядро пакетной обработки, шлюзы к сетям ССОП, IP, Интернет, узлы управления мобильностью будут находиться в г. Абакан, а требуемое количество базовых станций - непосредственно в пгт. Шушенское. Оператор связи ПАО «МТС» в Красноярском крае реализует сети стандарта LTE на базе оборудования компании Huawei Technologies (Китай), поэтому для реализации сети в данном проекте также выбирается оборудование этой компании. Принято решение использовать платформу LTE компании Huawei, включающее мульти- стандартную базовую станцию DBS3900 и оборудование опорной сети Evolved Packet Core. Быстродействие загрузки информации в клиентские устройства абонентов в диапазоне частот 2,6 ГГц при ширине канала 10 МГц с использованием технологии MIMO 2x2, превышает 70 Мбит/с. Выбраны антенны ADU451503 фирмы Huawei с двойной кроссполяризацией. Использование таких антенн позволит сэкономить место, которое антенна занимает на мачте.
Главная задача транспортной сети - обеспечение требуемой полосы пропускания и сопряжение с внешними сетями для доступа к источникам контента. Для взаимодействия проектируемой сети с остальными сегментами LTE, а также для сопряжения с частями сотовой инфраструктуры 3G, используется IP- протокол. Для подключения БС к опорной транспортной сети принято решение использовать маршрутизатор базовых станций (Cell Site Router - CSR) с поддержкой соединения Ethernet 10 Гбит/с, предназначенный для работы в транс-портной сети LTE. Компактный маршрутизатор ATN 950B позволяет увеличить пропускную способность с 1 до 10 Гбит/с в разных фазах LTE и в будущих стандартах. При проектировании мест размещения базовых станций в пгт. Шушенское определён бюджет радиолинии наряду с детальным покрытием и вместимостью. Кроме того, учтены потенциальные места размещения базовых станций - как показал анализ объекта проектирования, оборудование базовых станций целесообразно устанавливать на существующих антенно-мачтовых сооружениях для экономии капитальных вложений. Одна из базовых станций будет размещена в зоне, охватывающей музей-заповедник и национальный парк «Шушенский бор» для обеспечения широкополосным радиодоступом абонентов - туристов, приезжающих в регион. Это положительно скажется на востребованности туристических услуг, и повысит показатели экономического благосостояния района. Таким образом, требуемые характеристики системы радио-связи стандарта LTE достигаются, если радиус соты не превышает 1,62 км, а площадь радиопокрытия - 5,11 км. Как показал расчет параметров зоны радио-покрытия, одна базовая станция обеспечивает устойчивым радиообменом с абонентскими станциями территорию площадью 5,11 км, вместе с тем, для требуемой широкополосности в системе необходимо установить 5 базовых станций, с трехсекторными антеннами. В районе с высокой концентрацией абонентов (вдоль центральной улицы посёлка - ул. Крупской, между улицами Грибоедова и Береговой), расстояние между базовыми станциями будет меньше, чем в северо-восточном секторе посёлка, здесь будут установлены 2 БС. Ещё одна БС будет покрывать территорию не только посёлка, но и части музейного комплекса, с гостиницами и туристической инфраструктурой (здание почтового отделения, ул. Ленина, дом 66). Ещё две БС будут расположены в почтовых отделениях, по ул. Пионерская и ул. Полукольцевая (угол с ул. Пушкина).
Для соединения базовых станций между собой и с ядром сети LTE решено использовать волоконно-оптический кабель. Участок ВОЛС пгт. Шушенское - г. Абакан (ядро сети LTE), который относится к сети оператора ПАО «МТС», уже существует, поэтому в проекте рассмотрена только прокладка кабеля на территории посёлка. В местах, где отсутствует возможность прокладки в существующей телефонной кабельной канализации, кабель решено прокладывать в специальной защитной трубе. В проекте рекомендуется использовать волокон-но-оптический кабель для прокладки в трубах, коллекторах, телефонной кабельной канализации марки ОККЦ(н)-01-1х1О-(2,7) производства компании «Москабель - Фуджикура» (Москва, Россия). Суммарное затухание на участке
Были рассчитаны зона ограничения застройки и санитарно-защитная зона. Как показал расчет, суммарная плотность потока мощности, излучаемой передающими антеннами базовой станции на высоте 2 м от поверхности земли на территории, прилегающей к месту ее размещения, не превышает допустимой величины. Граница зоны ограничения расположена на высоте 24,1 м от поверхности земли. Максимальное удаление границы зоны ограничения от цен-тральной оси антенной опоры 2,9 м. Следовательно, в месте размещения базовой станции выполняются требования СанПиН 2.1.8/2.2.4.1383-03 по предельно допустимому уровню электромагнитного излучения передающих антенн. Установления санитарно-защитной зоны не требуется. Проектируемая система широкополосного радиодоступа в процессе эксплуатации не оказывает вредного воздействия на атмосферный воздух, геологическую среду, почву, подземные, грунтовые и поверхностные воды. Принятые проектные решения обеспечивают безопасную эксплуатацию линейных, станционных сооружений при условии соблюдения нормативных документов. Принятые технические решения соответствуют требованиям экологических, противопожарных и других норм, действующих на территории Российской Федерации, и обеспечивают безопасную для жизни и здоровья людей эксплуатацию объектов при соблюдении предусмотренных проектом мероприятий.
Для оценки рентабельности проекта были рассчитаны технико-экономические показатели. Капитальные вложения в проект составляют 7 млн. 356 тыс. 588 рублей. При этом ежегодные эксплуатационные расходы составляют 5523773 рублей. При условии поэтапного подключения 3300 абонентов срок окупаемости составит 2 год и 3 месяца.
Проектируемая сеть пгт. Шушенское включает сетевые элементы - шлюзы и базовые станции, а также интерфейсы выхода к внешним сетям, в том числе на базовую сеть в г. Абакан, а оттуда - к ядру сети МТС в г. Красноярск. С учетом того, что между перечисленными населенными пунктами уже имеется сетевая транспортная инфраструктура на основе волоконно-оптических линий связи, в проекте разработаны решения по организации беспроводного широкополосного доступа, в том числе рекомендации по размещению оборудования и построению линейно-кабельных сооружений. При этом опорная сеть GPRS, ядро пакетной обработки, шлюзы к сетям ССОП, IP, Интернет, узлы управления мобильностью будут находиться в г. Абакан, а требуемое количество базовых станций - непосредственно в пгт. Шушенское. Оператор связи ПАО «МТС» в Красноярском крае реализует сети стандарта LTE на базе оборудования компании Huawei Technologies (Китай), поэтому для реализации сети в данном проекте также выбирается оборудование этой компании. Принято решение использовать платформу LTE компании Huawei, включающее мульти- стандартную базовую станцию DBS3900 и оборудование опорной сети Evolved Packet Core. Быстродействие загрузки информации в клиентские устройства абонентов в диапазоне частот 2,6 ГГц при ширине канала 10 МГц с использованием технологии MIMO 2x2, превышает 70 Мбит/с. Выбраны антенны ADU451503 фирмы Huawei с двойной кроссполяризацией. Использование таких антенн позволит сэкономить место, которое антенна занимает на мачте.
Главная задача транспортной сети - обеспечение требуемой полосы пропускания и сопряжение с внешними сетями для доступа к источникам контента. Для взаимодействия проектируемой сети с остальными сегментами LTE, а также для сопряжения с частями сотовой инфраструктуры 3G, используется IP- протокол. Для подключения БС к опорной транспортной сети принято решение использовать маршрутизатор базовых станций (Cell Site Router - CSR) с поддержкой соединения Ethernet 10 Гбит/с, предназначенный для работы в транс-портной сети LTE. Компактный маршрутизатор ATN 950B позволяет увеличить пропускную способность с 1 до 10 Гбит/с в разных фазах LTE и в будущих стандартах. При проектировании мест размещения базовых станций в пгт. Шушенское определён бюджет радиолинии наряду с детальным покрытием и вместимостью. Кроме того, учтены потенциальные места размещения базовых станций - как показал анализ объекта проектирования, оборудование базовых станций целесообразно устанавливать на существующих антенно-мачтовых сооружениях для экономии капитальных вложений. Одна из базовых станций будет размещена в зоне, охватывающей музей-заповедник и национальный парк «Шушенский бор» для обеспечения широкополосным радиодоступом абонентов - туристов, приезжающих в регион. Это положительно скажется на востребованности туристических услуг, и повысит показатели экономического благосостояния района. Таким образом, требуемые характеристики системы радио-связи стандарта LTE достигаются, если радиус соты не превышает 1,62 км, а площадь радиопокрытия - 5,11 км. Как показал расчет параметров зоны радио-покрытия, одна базовая станция обеспечивает устойчивым радиообменом с абонентскими станциями территорию площадью 5,11 км, вместе с тем, для требуемой широкополосности в системе необходимо установить 5 базовых станций, с трехсекторными антеннами. В районе с высокой концентрацией абонентов (вдоль центральной улицы посёлка - ул. Крупской, между улицами Грибоедова и Береговой), расстояние между базовыми станциями будет меньше, чем в северо-восточном секторе посёлка, здесь будут установлены 2 БС. Ещё одна БС будет покрывать территорию не только посёлка, но и части музейного комплекса, с гостиницами и туристической инфраструктурой (здание почтового отделения, ул. Ленина, дом 66). Ещё две БС будут расположены в почтовых отделениях, по ул. Пионерская и ул. Полукольцевая (угол с ул. Пушкина).
Для соединения базовых станций между собой и с ядром сети LTE решено использовать волоконно-оптический кабель. Участок ВОЛС пгт. Шушенское - г. Абакан (ядро сети LTE), который относится к сети оператора ПАО «МТС», уже существует, поэтому в проекте рассмотрена только прокладка кабеля на территории посёлка. В местах, где отсутствует возможность прокладки в существующей телефонной кабельной канализации, кабель решено прокладывать в специальной защитной трубе. В проекте рекомендуется использовать волокон-но-оптический кабель для прокладки в трубах, коллекторах, телефонной кабельной канализации марки ОККЦ(н)-01-1х1О-(2,7) производства компании «Москабель - Фуджикура» (Москва, Россия). Суммарное затухание на участке
Были рассчитаны зона ограничения застройки и санитарно-защитная зона. Как показал расчет, суммарная плотность потока мощности, излучаемой передающими антеннами базовой станции на высоте 2 м от поверхности земли на территории, прилегающей к месту ее размещения, не превышает допустимой величины. Граница зоны ограничения расположена на высоте 24,1 м от поверхности земли. Максимальное удаление границы зоны ограничения от цен-тральной оси антенной опоры 2,9 м. Следовательно, в месте размещения базовой станции выполняются требования СанПиН 2.1.8/2.2.4.1383-03 по предельно допустимому уровню электромагнитного излучения передающих антенн. Установления санитарно-защитной зоны не требуется. Проектируемая система широкополосного радиодоступа в процессе эксплуатации не оказывает вредного воздействия на атмосферный воздух, геологическую среду, почву, подземные, грунтовые и поверхностные воды. Принятые проектные решения обеспечивают безопасную эксплуатацию линейных, станционных сооружений при условии соблюдения нормативных документов. Принятые технические решения соответствуют требованиям экологических, противопожарных и других норм, действующих на территории Российской Федерации, и обеспечивают безопасную для жизни и здоровья людей эксплуатацию объектов при соблюдении предусмотренных проектом мероприятий.
Для оценки рентабельности проекта были рассчитаны технико-экономические показатели. Капитальные вложения в проект составляют 7 млн. 356 тыс. 588 рублей. При этом ежегодные эксплуатационные расходы составляют 5523773 рублей. При условии поэтапного подключения 3300 абонентов срок окупаемости составит 2 год и 3 месяца.