Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ.
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ СУЩЕСТВУЮЩИХ
СИСТЕМ СПУТНИКОВОЙ СВЯЗИ .16
Исходные предпосылки 16
Краткий анализ рынка спутниковой связи 17
Краткая характеристика организаций, задсйстнованиых в сфере спутниковой связи 21
Перспективы развития сферы услуг космической связи. __26
Направления развития национальных систем спутниковой связи ...3.1.
Федеральное телевещание. 3.1.
Спутниковое радиовещание 3.1.
Услуги VSAT _ .32
1.6. Текущее состояние активов ФГУП "Космическая связь" и предложения
по их развитию 34
Анализ причин неудач мобильной спутниковой связи на низкоорбитальных спутниках 39
Выводы по главе 1._ _ _ .41.
ГЛАВА 2. ПРИНЦИПЫ И МЕТОДЫ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМЫ ЕИКП 43
Методические рекомендации по реализации системы ЕИКП 43
Концепция создания консолидированного национального оператора спутниковой связи 5.1
Предложения по совершенствованию нормативно-правового и нормативно-технического обеспечения системы ЕИКП 55
Задачи законодательного обеспечения системі,! ЕИКП 5.5
Предметная область правового регулирования услуг космической связи ...56
Законодательство в области оказания услуг космической связи 5.7
Принципы создания мультисервиспой сети связи 5.9
Классификация видов услуг спутниковой связи 63
Услуги спутниковой связи первого уровня 64
Услуги спутниковой связи второго уровня 6.5
Услуги спутниковой связи третьего уровня .66
2.6. Выводы по главе 2.. .68
ГЛАВА 3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ СОЗДАНИЯ
ИНФОРМАЦИОННО - ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННОЙ ИНФРАСТРУКТУРЫ
ЕИКП _ 70
Особенности передачи сигналов в различных диапазонах частот 70
Текущий орбиталыю-частотный ресурс и постановка задачи его защиты, 72
Принципы структурирования и выделения частот 74
Семейство стандартов сжатия MPEG ...78
Семейство стандартов DVB 79
Перспективные технологии, 80
Технлогия создания мультисервисных сетей связи 80
Выводы по главе 3 82
ГЛАВА 4. МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
ИНФОРМАЦИОННО - ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННОЙ ИНФРАСТРУКТУРЫ
ЕИКП _ _ _ 83
Функциональные составляющие систем спутниковой связи.. 83
Основные системные принципы создания группировки спутников связи 84
Технические принципы создания перспективных сетей спутниковой связи и вещания России 85
Существующие системы спутниковой связи на высокоэллептических орбитах _ 87
Орбиты и минимальное число спутников, необходимое для организации глобальной связи.. 89
Характеристики зон видимости, покрытия и обслуживания 97
Оценка зоны покрытия 1.02
Оценка контура ЗХА для геостационарного спутника связи _ 1.05
Перспективы развития орбитальной группировки 108
Выводы по главе 4 112
ЗАКЛЮЧЕНИЕ _ _._ _ 1.1.3
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ, 1.1.5
ПРИЛОЖЕНИЯ
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Термины и определения. Основные показатели систем спутниковой
связи _ .1.19
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Анализ научно-технического потенциала: НИИ и КБ. занимающиеся
спутниковой темой 126
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Тенденции развития сферы услуг космической связи за
рубежом _ .135
ПРИЛОЖЕІІИЕ 4. Особенности создания систем спутниковой связи для силовых
ведомств. Технологические аспекты создания глобальной системы спутниковой
связи.., .141
Введение к работе
Актуальность темы. Потребности современной и перспективной экономики диктуют
необходимость широкого использования информационных и телекоммуникационных
технологий, которые становятся сегодня основой любых перспективных планов и проектов.
При этом космические средства являются ключевым элементом будущей
инфокоммуникационпой инфраструктуры. Российская ракетно-космическая
промышленность, паука и техника - одна из до сих пор конкурентоспособных отраслей отечественной экономики. Эти предпосылки обусловливают целесообразность создания общенациональной системы единого ипфокоммуникациоппого поля на базе космических технологий (ЕИКП). Такое ноле формируется па базе интегрированных систем фиксированной и подвижной спутниковой связи, космической навигационной системы, системы сбора и распределения широкополосной информации, совокупности геоипформанионных систем мониторинга и контроля территорий, объектов и ресурсов, в том числе - в интересах обороны и национальной безопасности. По отдельности многие из этих систем существуют и сегодня, однако, для обеспечения эффективности работы совокупности этих систем необходима их организационно-техническая интеграция.
Идеология создания единого инфокоммуникационного поля основывается па максимальном использовании имеющегося научно-технического задела в сочетании с максимально быстрым и полным освоением современных решений мирового уровня в области бортовой и наземной радиоэлектроники и алгоритмического обеспечения. При этом закладывается основа для развития повой экономики, принципиально новые возможности для развития регионов и обеспечения интегральной целостности России за счет единого информационного пространства. Развивается конкурентоспособное направление экономики - ракетно-космическое, и параллельно с этим - восстанавливается одна из ключевых отраслей, обеспечивающих научно-техническую и экономическую независимость -отечественная микроэлектронная промышленность.
Разрабатываемая система ЕИКП является системным дополнением к реализуемым сейчас федеральным целевым программам и стратегиям.
В качестве основы для практической реализации этой системы целесообразно рассматривать оператора спутниковой связи Федерального государственное унитарное предприятие "Космическая связь" Минпнформсвязи России (ФГУП "Космическая связь", ГПКС). На его основе должен быть создан многофункциональный национальный оператор космических услуг с функцией заказчика технических средств и инфраструктурных решений, обеспечивающий решение задач единого информационного ноля на всей
территории России.
Задача создания сильного оператора услуг для государственных и коммерческих пользователей и населения ві>тступает хорошим дополнением к обсуждаемым сейчас идеям интеграции "военного" и "гражданского" космоса па базе общего государственного агентства и подконтрольно!! промышленности. Создание диверсифицированного оператора позволяет выстроить каналы возмещения затрат на крупные инфраструктурные проекты за счет средств рынка космических услуг корпоративным и конечным пользователям. Наличие на рынке мощного коммерческого игрока-оператора обеспечит привлечение инвестиций, передачу технологий от зарубежных партнеров, полноценный маркетинг космических услуг на внутреннем и внешнем рынке.
В качестве начального шага реализации системы ЕИКП предлагается осуществить полный ребрединг ФГУП "Космическая связь", диверсификацию бизнеса компании, разработку стратегического плана ее деятельности и позиционирование в качестве "оператора универсальной космической услуги". Исходя из этого в диссертации исследуются организационно-технические и технологические аспекты создания системы ЕИКП.
Создание общенациональной системы единого инфокоммуникационпого поля на базе космических технологий отвечает всем современным требованиям, объединяя в себе удовлетворение потребностей сегодняшнего и завтрашнего рынка, развитие конкурентоспособных отраслей экономики и ликвидацию наиболее нетерпимых из существующих сегодня дефицитов развития отечественной науки и промышленности.
Информационные и телекоммуникационные технологии являются инфраструктурной основой развития высокотехнологичных отраслей промышленности и нроизводства интеллектуальных услуг. Одним из ключевых элементов современной ипфокоммуникациоппой инфраструктуры являются информационные и коммуникационные космические средства. В российских условиях, характеризующихся значительным отставанием в инфраструктурной развитии целого ряда окраинных территорий, развертывание космических средств навигации, мониторинга и связи в ряде случаев является единственной возможностью решения актуальных задач развития.
Следует отметить, что отечественная ракетно-космическая промышленность, наука и техника сегодня относятся к одной из немногих отраслей отечественной экономики высокого передела (не связанной с экспортом природных ресурсов), конкурентоспособных по ряду направлений на мировом рынке. Сегодня это касается, прежде всего, услуг но выведению космических аппаратов и взаимовыгодного сотрудничества по созданию и эксплуатации пилотируемых космических систем,
К важнейшим приоритетам космической деятельности относится создание глобальной
7 интегрированной космической системы, основанной на многофункциональных космических средствах социально-экономического и двойного назначения в интересах решения, в частности, задач связи, ретрансляции, телевещания, навигации, управления космическими аппаратами (КА). Реализуемость такой системы обеспечивается достижением российских технологий космической навигации, долгосрочным устойчивым эволюционным развитием информационных систем в XXI веке. Востребованность определяется необходимостью предоставления потребителям комплексных интегрированных услуг, информационным обеспечением всех сфер жизни и деятельности человека на всей территории страны, необходимостью глобального мониторинга антропогенной деятельности и прогнозирования стихийных явлений и чрезвычайных ситуаций.
Создание ЕИКП обеспечивается рядом взаимоувязанных и взаимодействующих космических и наземных систем. Для их развертывания и совместной эксплуатации сегодня не требуется проведения длительных и дорогостоящих научных исследований. Часть из них разработана и постепенно вводится в эксплуатацию уже сейчас - это прежде всего относится к отечественной глобальной навигационной системе ГЛОНАСС. Для создания остальных требуется решение ряда практических, прикладных проектно-конструкторских задач. Таким образом, в рамках создания ЕИКП речь идет об организационно-технической интеграции существующих систем и их активном развитии уже в качестве интегрированного комплекса.
Центральным элементом системы обеспечения единого поля является система космической связи и передачи данных, доступная как со станций-телепортов, так и с малых терминалов пользователя на основе технологии VSAT или схожих с ней технических решений. Такая система связи не только служит "общей шиной", обеспечивая информационный обмен между ключевыми компонентами системы, по и обеспечивает решение ряда приоритетных задач социально-экономического развития, включая, например, задачу региональной телефонизации или создания сети тслемеди пи неких услуг. В настоящее время задачи фиксированной космической связи решаются российскими операторами па базе отечественных спутников семейств "Экспресс" н "Ямал". При создании системы ЕИКП целесообразно создание базовых космических аппаратов новых поколении с постепенным переходом па отечественную микроэлементную базу, а также существенное наращивание удельной доли приемо-передающих мощностей, работающих в диапазоне, наилучшим образом обеспечивающем работу с малыми пользовательскими терминалами.
Важную роль в составе обеспечивающей системы ЕИКП играет система персональной спутниковой связи на носимые терминалы ("трубки"). С их помощью обеспечивается мобильный доступ к информационным ресурсам, решается задача мобилизации рабочей силы. На принципиально иной уровень поднимается качество обеспечения национальной и
8 общественной безопасности. Персональная спутниковая связь в общем комплексе обеспечивающих средств ЕИКП является неотъемлемым элементом телекоммуникационной инфраструктуры будущего.
На базе космических систем теле- и радиовещания предлагается создать комплекс распределения мультимедийной информации в широкой спектральной полосе, обеспечивающий не только трансляцию центральных телевизионных программ, но и обеспечивающий потребности регионального и местного телевещания, обеспечивающий качественно новый уровень связности отдельных регионов России между собой и с федеральным Центром, наконец, позволяющий реализовать современные концепции телевещания на индивидуальные ангенны, проект "Народный кинотеатр", создать систему доступа к мультимедийным ресурсам для удаленных регионов, обеспечить решение задач дистанционного образования и повышения квалификации.
Важнейшим элементом системы ЕИКП является система глобальной спутниковой навигации. В настоящий момент предлагается уточнить планы окончательного развертывания отечественной системы ГЛОПАСС, направленных на скорейшее введение ее в эксплуатацию по целевому назначению как в военных, так и в гражданских целях, в том числе с учетом принципов и методов, изложенных в данной работе. В рамках создания предлагаемой системы особое значение приобретает создание системы функциональных дополнений к системе ГЛОНЛСС, а также разработка и принятие организационно-технических решений, обеспечивающих создание и обеспечение эксплуатации наземных и космических средств глобальной навигации.
Совместная эксплуатация космических аппаратов для съемок Земли из космоса (средств дистанционного зондирования Земли), систем спутниковой навигации и картографии обеспечивают создание многоуровневой интегрированной геоинформационной системы, объединяющую в единой базе данных информацию о физических свойствах участков территории страны, особенностях се хозяйственного освоения, обеспечивающей привязку вновь создаваемых объектов, учет разноплановых ресурсов и решение многих других задач мониторинга национальной территории России и зоны се экономических интересов.
В отличие от гсоинфорыацнопных систем, обеспечивающих "площадное" покрытие территории страны, на базе космических средств наблюдения и мониторинга предлагается создать также комплекс "точечного" мониторинга - национальную систему мониторинга особо важных и опасных объектов (ресурсов). Ее введение в строй обеспечит оптимизацию и регулирование экономической и оборонной деятельности страны, путем создания действенного инструмента контроля состояния особо важных объектов и использования
9 природных ресурсов, а также решения задач обмена мониторинговой информацией между различными потребителями и источниками информации. Будут также решаться задачи обнаружения, раннего оповещения и парирования чрезвычайных ситуаций техногенного и природного характера. Наконец, появится возможность создания автоматизированных комплексов контроля и охраны особо важных участков и объектов в интересах системы пограничной охраны, атомной энергетики, других отраслей экономики и сфер обеспечения национальной безопасности.
Реализация общенациональной системы единого инфокоммупикационного поля па базе космических технологий позволит решить целый ряд задач за счет как прямых, так и косвенных эффектов.
Предлагаемые решения закладывают основу для развития "повой экономики", построенной на знаниях, рассчитанной па производство наукоемкой продукции и экспорт интеллектуальных услуг. При этом создаваемое ЕИКП послужит основополагающим элементов ряда национальных систем управления, мониторинга и распространения информации. В качестве примера можно привести создаваемое в настоящее время единое информационное пространство транспортного комплекса или федеральную систему оперативного контроля состояния природных ресурсов и экономически важных или опасных объектов Российской Федерации, опытный участок которой строится в рамках ФЦП "Электронная Россия".
Реализация ЕИКП создает принципиально новые возможности для развития регионов и обеспечения интегральной целостности России за счет формирования и поддержания единого информационного пространства. Тем самым будет решена одна из задач Программы социально-экономического развития Российской Федерации на среднесрочную перспективу (2006-2008 годы), предусматривающая формирование единого культурного пространства, обеспечение доступа различных групп граждан к культурным ценностям и информационным ресурсам, предполагающее, в частности, повышение адресности и увеличение разнообразия услуг культуры и информационных услуг и достижение максимального охвата населения страны социально значимым пакетом телераднонрограмм федерального и регионального уровней.
Практическая реализация системы ЕИКП в стратегической перспективе может сыграть ключевую роль в полномасштабном хозяйственном освоении огромных территорий на востоке страны.
Широкополосная связь и Интернет следующего поколения, телемедппина, дистанционное образование, удаленная работа, геоинформационные технологии, сети безлюдных производств - все это становится возможным на обширных евразийских
10 территориях, в том числе и благодаря прикладным спутниковым системам.
Развертывание такой широкомасштабной национальной программы научно-технического характера как создание ЕИКП позволит приостановить "утечку мозгов", восстановить приоритет национальной системы научно-технического образования и создать значительное количество рабочих мест в области высоких технологий.
Дальнейшее развитие получаст конкурентоспособное направление российской экономики - производство ракетно-космической техники и оказание космических услуг. При восстановлении производства национальной элементной базы и выхода через 5-10 лет на конкурентоспособные образцы космической техники, возможен выход па соответствующие международные рынки.
Работы по созданию ЕИКП создают условия для восстапавления одной из ключевых отраслей, обеспечивающих научно-техническую и экономическую независимость Российской Федерации - производство отечественных микроэлектронных компонентов.
Реализация системы ЕИКП делает Россию одним из ведущих игроков на мировом рынке космических услуг. При этом следует иметь в виду, что по имеющимся оценкам в период до 2008 г. продолжится слияние глобальных операторов спутниковой связи с региональными. Некоторые региональные будут поглощены, другие войдут в союзы или альянсы с глобальными операторами и будут дополнять их на внутренних рынках. Прогнозируется, что к 2010 г. останется 4-5 групп операторов, каждую из которых возглавит один из ныне действующих глобальных операторов. При реализации такой схемы развития, отечественный оператор спутниковой связи мог бы войти в альянс с одним из ведущих мировых операторов на благоприятных условиях.
Наконец, реализация ЕИКП позволит решить идеологическую задачу по восстановлению престижа отечественной науки, техники и инженерного дела, прежде всего -внутри страны.
Появление новых задач создания единого ипфокоммуникационпого поля предопределяет изменение традиционных подходов к организации космической связи, в том числе, к поиску новых принципов и методо» построения ЕИКП. Сказанное в определенной мере относится и к разработке технологических аспектов космической связи, в том числе, принципов защиты орбитальпо - частотного ресурса, структурирования и выделения частот заказчикам космической связи, а также - концептуальных положений нормативі і о-право во го и нормативно-технического обеспечения системы единого ипфокоммушпеацнонного поля па базе космических технологий. В этой связи особую актуальное!ь приобретает научная задача разработки концептуальной модели системы единого ипфокоммуникационпого ноля на базе космических технологий.
Настоящая диссертационная работа является продолжением и развитием научных исследований по созданию ЕИКП, которые проведены при непосредственном участии автора и под его руководством.
Тема диссертации утверждена на ученом Совете Московской академии рынка труда и информационных технологий на основании результатов работ, выполненных на кафедре "Радиосистемотсхники", а также - разработки проекта модернизации отрасли услуг космической связи. Данный проект был передан на рассмотрение в организации и ПИИ, задействованные в сфере космической связи или являющиеся крупными абонентами спутниковой связи. Осуществлению диссертационной работы также способствовала заинтересованность ряда предприятий - заказчиков в космической связи.
Таким образом, тема кандидатской диссертации является актуальной.
Целью работы является решение научной задачи по созданию информационно-телекоммуникационной инфраструктуры (ИТИ) национального многофункционального оператора космической связи на основе разработки методов совершенствования управления и анализа функционирования систем спутниковой связи (ССС), обеспечивающих сбор и распределение широкополосной информации.
Объектом исследования являются комплекс систем фиксированной и подвижной спутниковой связи, космической навигационной системы, системы сбора и распределения широкополосной информации, геоинформационные системы мониторинга и контроля территорий, объектов и ресурсов.
Предметом исследовании являются принципы и методы создания ИТИ многофункционального оператора космической связи и системная интеграция ССС на базе ИТИ.
На основании анализа современных проблем, отечественных и зарубежных научных работ по теме исследований и в соответствии с целью диссертационной работы сформулированы следующие задачи исследований:
Анализ состояния существующих систем спутниковой связи и уточнение предъявляемых к ним требований.
Формулирование основных направлений развития и совершенствования ССС.
Разработка ситуационной модели системы единого инфокоммупикационного поля на базе космических технологий.
Выработка предложений по модернизации существующих ССС и по созданию общенациональной системы единого пнфокоммуннкацнонпого поля на базе
12 космических технологий. 5. Разработка принципов определения основных показателей системы ЕИКП и её математических моделей.
Разработка принципов и методов построения системы единого нифокоммуникационного поля в диссертационной работе проиллюстрирована на примере ФГУП "Космическая связь", являющегося российским национальным и международным оператором услуг космической связи.
Методы исследований. При решении перечисленных выше задач в работе были использованы методы математического моделирования, математической статистики и прикладные методы теории распространения радиоволн.
Научная новизна работы: Научная новизна диссертационной работы заключается в комплексной разработке и обосновании принципов построения единого нифокоммуникационного ноля на базе космических технологий, включая анализ существующих технологий ССС и разработку методов, обеспечивающих повышение эффективности за счет увеличения объемов распределяемой информации и повышения пропускной способности:
