Регистрация / Вход
Прислать материал

Cоздание программно-аппаратных средств инфокоммуникационной инфраструктуры для малых населенных пунктов на основе подхода сверхширокополосных беспроводных программно-конфигурируемых сетей

Докладчик: Дмитриев Александр Сергеевич

Должность: зав. отделом

Цель проекта:
1. Проблема обеспечения современными информационными услугами жителей малых населенных пунктов (10, 100, 1000 домохозяйств) стоит очень остро для многих территорий РФ. Например, в сельской местности в настоящее время проживает около 35 млн. человек, в том числе, около 18 млн. человек в населенных пунктах с численностью до 1000 жителей. Создание современной инфокоммуникационной инфраструктуры для таких населенных пунктов – непростая задача, прежде всего потому, что требуется решение высокого качества при малых затратах. Учитывая невысокую платежеспособность населения, финансовая нагрузка на одного пользователя (или домохозяйствo, в этом случае все суммы нужно разделить вдвое) не должна превышать 3-5 тыс. рублей. Желательно, чтобы по базовым услугам это был однократный платеж. Таким образом, необходимо решение примерно на 10-15 миллионов пользователей, с ценой на пользователя до 3-5 тыс. руб., не требующее специальной квалификации при установке и эксплуатации. Общая стоимость инфраструктуры ~ 40-60 млрд. рублей. Расходы на создание инфраструктуры в основном покрываются самими пользователями, за исключением расходов на разработку и начало развертывания (10-15% от общей стоимости). Не будет преувеличением сказать, что решение этой проблемы позволит значительно улучшить качество жизни нескольких миллионов человек (до 10% населения), причем именно той части населения, которой сейчас современные информационные услуги недоступны. Решение данной проблемы при помощи проводных линий связи требует существенных трудозатрат (прокладка/протяжка кабелей, использование специальной техники и т.д.). Существующие средства беспроводной связи также не были предназначены для решения данной проблемы, и поэтому не могут быть эффективно использованы.Проблема относится к инфраструктурным, ее решение имеет большое социальное значение. 2. Целью реализуемого Проекта является проведение проблемно-ориентированных исследований в области создания полносвязной сети сверхширокополосных беспроводных приемопередающих узлов с персональными терминалами. Создаваемые программно-аппаратные средства призваны обеспечивать самостоятельную сборку сети, ее самоорганизацию, обеспечение постоянной готовности к передаче информации между любыми двумя элементами сети, самоконтроль состояния сети и восстановление работоспособности сети в случае выхода одного или нескольких узлов из строя.

Основные планируемые результаты проекта:
1. Выполнение предлагаемого Проекта позволит разработать аппаратные и программные средства для
сверхширокополосной инфокоммуникационной инфраструктуры, представляющей собой полносвязную
программно-конфигурируемую пиринговую сеть сверхширокополосных прямохаотических
приемопередатчиков с дальностью до 100-200 м и физической скоростью передачи данных между узлами
до 10 Мбит/с. Программное обеспечение управления сетью, загруженное в процессоры узлов сети, будут
обеспечивать автоматическую организацию приемопередатчиков в сеть, в общем случае, ячеистой
топологии, с возможностью передачи данных между любой парой узлов, в том числе путем
последовательной ретрансляции пакетов данных. Конечному пользователю доступ к сети будет
предоставляться с привычного коммуникационного устройства, например, планшета или смартфона.
2. Планируется:
- Создание узлов сетевой инфокоммуникационной инфраструктуры на основе сверхширокополосных
прямохаотических приемопередающих устройств с дальностью действия, скоростью передачи данных и
сетевыми функциями, обеспечивающими надежное и комфортное удовлетворение потребностей жителей
малых населенных пунктов в широкополосном доступе к сетевой информации, в том числе к сети
Интернет;
- Разработка программных компонентов управления для процессоров узлов сети и терминалов
пользователей, а также интеграция этих программных компонентов в единый программный комплекс
управления на основе подхода программно-конфигурируемых сетей.
3. Предлагаемое научно-техническое решение проблемы основано на оригинальных беспроводных самоорганизующихся
пиринговых сетях со сверхширокополосными (СШП) прямохаотическими приемопередатчиками с
радиусом действия до 100-200 м. Приемопередатчики (узлы сети) устанавливаются на крышах
домостроений и самостоятельно связываются в сеть, осуществляющую связь между любым двумя узлами
либо напрямую, либо, если пара узлов, между которыми осуществляется коммуникация, находятся друг от
друга на расстоянии большем, чем радиус действия приемопередатчиков, используя другие
приемопередатчики сети для ретрансляции сигнала. Таким образом достигается возможность осуществлять
передачу информации между любыми двумя узлами сети.
4. Решение данной проблемы при помощи проводных линий связи требует существенных трудозатрат
(прокладка/протяжка кабелей, использование специальной техники и т.д.).
Существующие средства беспроводной связи также не были предназначены для решения данной
проблемы, и поэтому не могут быть эффективно использованы. Например, такие технологии, как ZigBee
или Bluetooth имеют недостаточную скорость передачи данных - соответственно 250 Кбит/с и 3 Мбит/с.
Технология Wi-Fi имеет достаточно высокую скорость передачи данных (свыше 100 Мбит/с) и, в
принципе, достаточную дальность (до 100 м), однако с ее помощью можно создавать только сети
топологии "звезда" , таким образом, она неэффективна для покрытия малонаселенных, но достаточно
протяженных поселений.
5. Исследования по созданию прототипов таких аппаратных средств были успешно осуществлены авторами Проекта в ряде предшествующих НИР, выполненных исполнителями Проекта в инициативном порядке, на грантовой основе и по заказам организаций и ведомств.
Однако для решения поставленной в данном Проекте задачи необходимо увеличение дальности действия сверхширокополосных приемопередающих устройств практически на порядок, что требует существенной переработки всего радиотракта и решения таких научно-технических проблем, как увеличение мощности генерации сверхширокополосных хаотических колебаний в диапазоне 3-10 ГГц,
повышение чувствительности приема хаотических радиоимпульсов, разработка выносных СШП антенн и т.п., а также создания экспериментальных образцов аппаратно-программных средств с требуемыми параметрами.
Также предметом исследований данного Проекта является ключевая для этой инфокоммуникационной инфраструктуры задача создания программных средств управления сетевыми ресурсами на основе подхода программно-конфигурируемых сетей. В процессе выполнения НИР исследуются вопросы масштабирования полученных ранее решений по самоорганизации и самоконфигурации сети, адаптации
данных решений для задач сетевых коммуникаций масштаба малого населенного пункта, а также вопросы программного сопряжения создаваемой СШП беспроводной сети с пользовательскими терминалами. Решение этих задач включает в себя анализ функционирования существующих алгоритмов конфигурирования сетей на разных масштабах, анализ требуемых скоростных и временных параметров
сети, адаптацию алгоритмов управления сетью под необходимые параметры, создание базовых программных драйверов для СШП прямохаотических модемов для распространенных операционных систем, в том числе Android.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1. Кроме оригинальной, запатентованной технологии передачи данных уникальность разрабатываемой
инфраструктуры заключается в ее пиринговой топологии, позволяющей осуществлять обмен информацией
между любыми двумя пользователями на значительных по площади территориях с помощью
приемопередатчиков небольшого радиуса действия без использования базовых станций или точек доступа.
Поэтому развертывание таких инфраструктур не потребует больших капитальных вложений и доступно, в
отличие от сотовой инфраструктуры, даже для населенных пунктов с небольшим числом жителей.
2. Создание современной малозатратной инфокоммуникационной инфраструктуры высокого качества для малых населенных пунктов.
3. Важный социальный фактор пиринговой инфокоммуникационной инфраструктуры заключается в
отсутствии абонентской платы за базовые услуги. Распространение устройств среди населения может
производиться за счет постепенной оплаты стоимости устройства (лизинга).
Результаты НИР могут быть использованы для проведения опытно-конструкторских работ, направленных
на создание и опытное внедрение аппаратно-программных средств организации и управления
сверхширокополосной инфокоммуникационной инфраструктурой для малых населенных пунктов.
Кроме того, результаты НИР могут быть использованы для создания беспроводных систем и сетей связи
различного назначения, включая системы типа "умный дом", системы сигнализации, мультимедийные
сенсорные сети и т.д.

Текущие результаты проекта:
Авторами Проекта успешно выполнен ряд НИР и ОКР по созданию средств, которые могут рассматриваться как прототипы аппаратуры создаваемой в данном Проекте в том числе:
- в рамках НИР «Разработка беспроводных мультиканальных систем связи и интеллектуальных сенсорных сетей» (шифр «2009-04-1.4-15-05-008») и «Разработка принципов создания базовых сверхширокополосных приемопередающих модулей и их применения в информационно-телекоммуникационных системах» (шифр «2012-1.9-519-007»), выполненных в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы»;
- в рамках НИР «Исследование путей построения беспроводной системы передачи речи на основе самоорганизующейся сети» (Шифр «Лайкра») в рамках ведомственной целевой программы. В ходе выполнения данных НИР были созданы аппаратные и программные решения для сетей персонального уровня дальностью действия до 10-25 м, обеспечивающие построение самоорганизующихся сетей с ячеистой топологией (mesh-сети).