Файл: Сегодня мы уже перестаём себя чувствовать комфортно, если у нас под рукой нет устройства, с помощью которого мы можем совершать выход в Интернет сеть в любом месте и в любое время, где бы то они не находились.docx

ВВЕДЕНИЕ

Сегодня мы уже перестаём себя чувствовать комфортно, если у нас под рукой нет устройства, с помощью которого мы можем совершать выход в Интернет сеть в любом месте и в любое время, где бы то они не находились. Что свидетельствует о том, что Интернет основательно проник в жизнь современного информационного общества. Для того, чтобы удовлетворить эту человеческую потребность была создана технология беспроводного доступа в Интернет, которая окутала своими сетями практически весь наш мир. В свою очередь, Россия не стала исключением. Однако, еще не вся территория необъятной страны имеет доступ даже к проводному интернету, но процесс подключения дальних и труднодоступных уголков страны к всемирной сети не стоит на месте и неумолимо движется вперед. Расширить зону покрытия сети можно куда эффективнее, чем всего несколько лет назад, к примеру, используя беспилотные летательные аппараты, (БПЛА или дроны). То есть, небольшие, но достаточно мощные передатчики можно прикрепить к беспилотникам. Выполняя функцию ретрансляции телекоммуникационных сигналов дроны могут стать частью телекоммуникационной инфраструктуры операторов связи. Основой предоставления телеком-услуг на базе дронов становятся миниатюрные мобильные базовые станции (МБС) стандарта LTE (4G), которые позволят обеспечивать сотовую связь и беспроводное интернет-соединение в местах, где доступ к сотовой сети ограничен или сигнал сети низкого качества в отдаленных районах, а также во время чрезвычайных ситуаций или на специальных мероприятиях, где время ограничено. Например, в результате наводнений, ураганов или землетрясений без сотовой связи нередко остаются обширные территории. При этом быстрого восстановления коммуникаций как правило не производится, поскольку различным службам приходится решать ряд первостепенных задач, включая восстановление жилой инфраструктуры и систем подачи питьевой воды. В России покрытие страны сотовыми сетями составляет около 10%, и помочь отдаленным поселениям могут именно мобильные станции на дронах.

Целью данной практической работы является проработка проекта Беспилотного Летательного Аппарата (БПЛА) для организации мобильной сети связи. В процессе работы над выполнением должны быть решены следующие задачи:

1.Произвести обзор существующих принципов организации сети;

---

2.Выбрать технологию мобильной сети связи;

1. Организация мобильных сетей-связи

Существует использование атмосферных спутников (АС) как в качестве единичных дронов, ретранслирующих сигнал в привязке к конкретной местности, так и в виде целой группировки из десятков, сотен и даже тысяч АС, покрывающих радиосигналом отдельные районы, страны и целые регионы. В качестве систем связи и передачи могут использоваться радио или оптическая связь. Сегодняшние модели атмосферных спутников представлены планерами с крыльями от нескольких метров до десятков метров в длину, несущими сотни и тысячи солнечных панелей. Но размеры дронов и их цена будут уменьшаться со временем, вместе с прогрессом в области повышения эффективности солнечных панелей и энергоёмкости аккумуляторных батарей. В одном из докладов Международного союза электросвязи (ITU), сказано, что в 2016 году 60 процентов людей во всем мире не имели доступа к Интернету. Самое печальное заключается в том, что в ближайшие годы большинство из этих "отлучённых от сети" и не получат доступа, потому что расходы на строительство наземной инфраструктуры в районах их проживания намного превосходят потенциальную выгоду. Сигналом 2G может воспользоваться более 90 процентов населения Земли, но к оставшимся 10 процентам эти сети едва ли придут в ближайшее время - для связистов эти проекты нерентабельны. Для решения задачи процесса организации мобильной сети связи необходимо уметь рассчитывать характеристики сигнала в любой точке пространства в пределах всей зоны обслуживания, а также определять оптимальное место установки и число базовых станций. На сегодняшний день развитие всепроникающих сенсорных сетей в рамках концепции Интернета, а в частности так называемых летающих сенсорных сетей, построенных на новейших технологиях беспроводной связи,

приобретает огромную популярность и находит своё применение в различных сферах человеческой деятельности. Развитие в области вычислительных беспроводных сетей, а также постоянное непрерывное совершенствование вычислительных программно-аппаратных средств, позволяет говорить о возможности появления

---

«умных городов», построенных по принципу межмашинных коммуникации (от англ. Machine to Machine, M2M), что обусловлено потребностью в автоматизации производственных, технологических, экономических, общественных и других процессов человеческой деятельности.

Необходимость в решении вышеупомянутых задач ставит вопрос о необходимости проектировании и развитии более сложной структуры сенсорных сетей. Так ЛСС, являясь разновидностью ВСС, включает в себя сразу два сегмента сенсорной сети - наземная сегмент сенсорной сети (НСС) на основе стационарных или автономных сенсорных узлов и воздушный сегмент на основе беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), снабженных автономными узлами связи. Пример ЛСС представлен на (рисунке 1.1).


Рисунок 1.1 - Пример построения ЛСС и её взаимодействия с сетью общего пользования Интернет
Данный подход к построению сетей даёт возможность решения сразу нескольких освещенных задач в рамках «умного города»: обеспечение мониторинга опасных для здоровья и жизни человека объектов городской инфраструктуры, организацию и обслуживание сетевых узлов в труднодоступных местах, увеличения срока жизненного цикла сенсорной сети (в случае использования автономных узлов), эффективного сбора информации за счет оптимизации траектории движения БПЛА.

Также, БПЛА используют в качестве мобильного шлюза ВСС в составе распределённой системы управления. Рассмотрим случай использования БПЛА в качестве мобильного шлюза ВСС в рамках распределённой

---

системы управления. Структура РСУ с применением технологий М2М представлена (на рисунке 1.2).

Рисунок 1.2 - Структура РСУ с применением технологий М2М
Данные со всех оконечных узлов всепроникающих сенсорных сетей с помощью специализированных шлюзов, в качестве них могут выступать как стационарные, так и мобильные устройства (БПЛА), передаются в облачный сервис (рисунок 1.3), где в последующем они аккумулируются и хранятся для дальнейшего использования. Важно отметить, что в рамках концепции M2M/IoT, оснащенный камерой и сенсорным узлом связи БПЛА способен передавать данные соседним узлам (как наземного, так и воздушного сегмента сети) для координации своего местоположения, корректировки маршрута.

Рисунок 1.3 - Пример обмена данными между M2M шлюзами и пользователями посредством передачи данных, их хранения и обработки в облачной платформе
Применение БПЛА в качестве шлюзов значительно упрощает процесс сбора данных с оконечных узлов за счет мобильности аппаратов, что позволяет добиться большей эффективности и снижения затрат при проектировании и вводе в действие РСУ с целью решения задач автоматизации.

1.1 Мобильная LTE-сеть

В процессе эволюции мобильные сети пережили несколько поколений: от аналоговых систем до цифровых с большими скоростями передачи данных, к примеру сеть LTE: по своей спецификации сети четвертого поколения должны обеспечивать скорости передачи данных в стационарных устройствах до 1Гбит/сек, в мобильных устройствах до 100Мбит/сек. Стандарты WiMАX и

---

LTE соотносят к сетям 4G, однако это верно только отчасти. Несмотря на то, что в отличии от сетей 3G в них используется принципиально новые схемы мультиплексирования – ОFDMА, практически вся пропускная способность отдана под передачу данных (голосовые вызовы могут осуществляться посредством VоIP), но всё-таки LTE и WiMАX пока не обеспечивают требуемую скорость передачи данных.

В скором времени, сеть нового поколения 5G даст возможность обеспечения высоких скоростей передачи данных, пропускной способности и ультрамалого времени задержки.

LTE по своей структуре отличается от сетей предыдущих поколений, более того, сама LTE постоянно эволюционирует в сторону увеличения скорости передачи данных, а также надежности и стоимости оборудования. В сети LTE Adv. обновления коснулись как радиочасти, так и ядра сети. Новая сеть радиодоступа, следовательно новые базовые станции eNodeB, новый радио-интерфейс, а также отсутствие контроллера базовых станций (его функционал встроен в eNodeB). Обслуживаемый шлюз мобильной LTE - сети SGW осуществляет только пакетную коммутацию данных.

eNodeB (eNB) – базовая станция сети стандарта LTE. Она является аналогом NodeB для сети UMTS и BTS для сети GSM. Основной задачей eNodeB является преобразование сигнала пришедшего от SGW в высокочастотный сигнал и передать его через секторные антенны (антенну). Именно eNodeB отвечает за покрытие сети LTE и является шлюзом между абонентским терминалом и сетью LTE.

LTE представляет собой технологию на основе ОFDM - модуляции, поддерживающую ширину полосы

---