Применение технологии беспроводного широкополосного доступа в сетях связи и передачи данных системы управления движением судов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.08.06, кандидат наук Скварник Игорь Святославович

• Скварник Игорь Святославович
• кандидат наук
• 2022

Оглавление диссертации кандидат наук Скварник Игорь Святославович

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ПРИМЕНЕНИЯ НОВЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В ССПД СУДС

1.1. Назначение, состав и решаемые задача ССПД СУДС

1.2. Организация морской связи в составе ССПД СУДС

1.3. Анализ применения новых информационных технологий в системах морской связи

1.4. Выводы по первой главе

ГЛАВА 2. АНАЛИЗ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ССПД СУДС ВЛАДИВОСТОК

2.1. Назначение, состав и решаемые задачи СУДС Владивосток

2.1.1. Структура СУДС Владивосток

2.1.2. Зона действия СУДС Владивосток

2.2. Назначение, состав и организационная структура ССПД СУДС Владивосток

2.2.1. Характеристика ССПД СУДС Владивосток

2.2.2. Расчет профилей радиотрасс ССПД СУДС Владивосток

2.2.3. Анализ пропускной способности ССПД СУДС Владивосток

2.3. Развитие ССПД СУДС Владивосток в рамках концепции е-Навигации .... 70 2.4 Выводы по второй главе

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ РАСЧЕТА РАДИОТРАСС ССПД СУДС С УЧЕТОМ ВЛИЯНИЯ НА НИХ

ПОДСТИЛАЮЩЕЙ МОРСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ

3.1. Исследование параметров подстилающей морской поверхности на

радиотрассах ССПД СУДС Владивосток

3.1.1. Параметры морских волн на радиотрассах ССПД СУДС Владивосток

3.1.2. Анализ полученных результатов параметров подстилающей морской поверхности на радиотрассах ССПД СУДС Владивосток

3.2. Математическая модель расчета радиотрасс ССПД СУДС Владивосток с учетом влияния на них подстилающей морской поверхности

3.2.1. Расчет параметров профиля радиотрассы РТП Брюса-РТП Горсоветская

3.2.2. Расчет потерь в свободном пространстве и минимально допустимого множителя ослабления

3.2.3. Расчет ослабления на радиотрассе РТП Брюса-РТП Горсоветская

3.2.3.1. Расчет ослабления сигнала в атмосферных газах

3.2.3.2. Расчет ослабления сигнала в туманах и облаках

3.2.4. Расчет множителя ослабления на радиотрассе РТП Брюса-РТП Горсоветская

3.2.4.1. Расчет эквивалентных длин морских волн

3.2.4.2. Расчет коэффициентов расходимости, ослабления и отражения от морской поверхности

3.2.4.3. Расчет коэффициента отражения от плоской поверхности и множителя ослабления

3.2.5. Расчет процента замираний на радиотрассе РТП Брюса-РТП Горсоветская

3.3. Анализ результатов расчета влияния подстилающей морской поверхности на радиотрассе РТП Брюса-РТП Горсоветская

3.4. Выводы по третьей главе

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПРИМЕНЕНИЯ БШД В ССПД СУДС

4.1. Сравнение и выбор технологии передачи данных для совершенствования ССПД СУДС Владивосток

4.2. Сравнение оборудования БШД для применения в ССПД СУДС Владивосток

4.2.1. Техническое решение для организации ССПД СУДС Владивосток на базе оборудования Инфинет

4.3. Разработка структуры ССПД СУДС Владивосток, построенной на базе технологии БШД

4.4. Расчет зоны покрытия БС БШД ССПД СУДС Владивосток в направлении берег-судно

4.5. Технико-экономическое обоснование по совершенствованию ССПД СУДС Владивосток

4.6. Разработка технологии применения БШД в ССПД СУДС

4.7. Выводы по четвертой главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А. Структура ССПД СУДС Владивосток, организованной на

основе технологии БШД

ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Зона покрытия БС БШД ССПД СУДС Владивосток в

направлении берег-судно

ПРИЛОЖЕНИЕ В. Программа по расчету радиотрасс ССПД СУДС над морской

поверхностью на языке программирования Python

ПРИЛОЖЕНИЕ Г. Акт о внедрении (Росморпорт)

ПРИЛОЖЕНИЕ Д. Акт о внедрении (ИНЭУМ им. И.С. Брука)

ПРИЛОЖЕНИЕ Е. Патент на изобретение

ПРИЛОЖЕНИЕ Ж. Патент на полезную модель

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Применение технологии беспроводного широкополосного доступа в сетях связи и передачи данных системы управления движением судов»

ВВЕДЕНИЕ

Морской транспорт является одним из основных видов путей сообщения, обеспечивающих перемещение людей и грузов различного назначения. На его долю приходится 62% мирового грузооборота и около 80% обслуживания всей международной торговли [54]. При этом, несмотря на поступательное развитие морской отрасли, существующая аварийность на морском транспорте в РФ остается высокой. Так, согласно данным Госморречнадзора [150] за период с 2015 по 2021 год произошло 504 аварии с судами, плавающими под флагом РФ. При этом 43% инцидентов случились в зонах действия СУДС - морских портах, каналах и проливах, а причиной 33% аварий стали навигационные ошибки.

Вследствие высокой аварийности на морском транспорте повышение безопасности мореплавания является одним из основных положений «Транспортной стратегии РФ на период до 2030 года» [10].

На безопасность и эффективность функционирования морского транспорта оказывает большое влияние техническая оснащенность береговых служб и систем, одной из которых является система управления движением судов (СУДС) [141, 142]. Она является частью комплекса мер по обеспечению безопасности мореплавания в акваториях прибрежных морей, во внутренних морских водах, на акваториях морских портов и на подходах к ним [21]. СУДС осуществляет информационное обеспечение морских судов, береговых служб и центров управления движением судов в целях принятия управленческих решений и предотвращения ошибок в судовождении.

Одним из базовых компонентов СУДС является сеть связи и передачи данных (ССПД). Она обеспечивает передачу информации о надводной обстановке от удаленных объектов и судов на центр управления (ЦУ) СУДС для осуществления управления судовождением.

В настоящее время ССПД СУДС строятся, как правило, на базе радиорелейных станций (РРС), которые устанавливаются на господствующих высотах. В виду

расположения радиорелейных линий связи (РРЛ) на побережье, передаваемые радиосигналы оказываются подвержены влиянию подстилающей морской поверхности, что приводит к интерференции радиоволн и замираниям сигнала в точке приема. Следствием этого является снижение качественных характеристик каналов связи ССПД СУДС.

Анализ функционирования ССПД СУДС на базе РРС показывает, что радиорелейным линиям связи присущи и другие недостатки, которые снижают эффективность функционирования системы информационного обеспечения СУДС [64, 65, 69]. Эти недостатки обусловлены, с одной стороны, топологией построения ССПД СУДС на базе РРС, а с другой - используемой технологией передачи информации, которая не обеспечивает передачу больших объемов информации органам управления судовождением в реальном масштабе времени.

Одним из перспективных направлений повышения безопасности мореплавания является создание единого информационного пространства обеспечивающих судовождение систем и служб, рассматриваемых в концепции е-Навигации, разработанной в 2006 году международной морской организацией (ИМО) [154].

Важнейшим содержанием единого информационного пространства в рамках концепции е-Навигации является непрерывный обмен данными об обстановке между различными службами и системами, обеспечивающими судовождение. Это повысит ситуационную осведомленность органов управления и снизит ошибки восприятия обстановки, что благотворно скажется на повышении безопасности мореплавания. Для организации непрерывного обмена данными о надводной обстановке необходимо внедрение новых информационных технологий, обеспечивающих качественный рост функциональных возможностей систем связи и увеличение их эффективности по критерию результат/стоимость.

В области применения новых информационных технологий для систем морской связи наиболее известными исследователями являются российские ученые А.А. Шаповалов, Ю.Н. Андрюшечкин, В.В. Каретников, О.Н. Пищин, И.В. Юрин, Е.А. Глущенко, Л.Ф. Борисова, Ю.И. Базаров, А.Л. Боран-Кенишьян, а также ряд

зарубежных ученых: Abdelmoula Ait Allai, Khalifa Mansouri, Chunxia Liu, Ermin Lin, Dae-Seung Yoo, Hyung-Joo Kim, Ming-Tuo Zhou и другие.

Перспективной информационной технологией, способной обеспечить высокие требования безопасности мореплавания, является технология беспроводного широкополосного доступа (БШД).

Темой диссертационного исследования является «Применение технологии беспроводного широкополосного доступа в сетях связи и передачи данных системы управления движением судов».

Актуальность выбранной темы обусловлена необходимостью повышения безопасности мореплавания.

Основной целью работы является разработка технологии применения БШД в ССПД СУДС.

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решены следующие задачи:

- проведен анализ функционирования существующей ССПД СУДС (на примере ССПД СУДС Владивосток);

- проведены исследования влияния параметров морской поверхности на качество радиотрасс ССПД СУДС Владивосток;

- разработана математическая модель расчета радиотрасс ССПД СУДС Владивосток с учетом влияния подстилающей морской поверхности;

- разработана технология применения БШД в ССПД СУДС над морской поверхностью.

Объектом исследования является сеть связи и передачи данных системы управления движением судов (ССПД СУДС).

Предметом исследования является применение технологии беспроводного широкополосного доступа (БШД) в ССПД СУДС.

Научная новизна диссертационной работы заключается:

- в новой структуре ССПД СУДС, построенной на базе БШД;

- в технологии применения БШД в ССПД СУДС;

- в учете влияния подстилающей морской поверхности при расчете радиотрасс ССПД СУДС;

Теоретическая значимость научных результатов заключается в разработке нового метода расчета радиотрасс с учетом влияния на них подстилающей морской поверхности.

Практическая ценность работы заключается в повышении безопасности и эффективности мореплавания за счет совершенствования ССПД СУДС. Полученные выводы и рекомендации могут быть использованы при построении качественно новых ССПД СУДС, отвечающих требования концепции е-Навигации.

Методология и методы исследования. Научные результаты, выводы и рекомендации, полученные по итогам проведенного исследования основаны на применении методов теории распространения радиоволн, теории компьютерных сетей, математического моделирования на основе методик МСЭ. Экспериментальные данные получены с помощью глобальной модели атмосферы ICON и гидродинамической модели SWAN, соответствующим стандартам Всемирной метеорологической организации (ВМО).

Положения, выносимые на защиту:

- технология применения БШД в ССПД СУДС;

- структура ССПД СУДС Владивосток на основе БШД;

- математическая модель расчета радиотрасс ССПД СУДС над морской поверхностью;

- результаты моделирования влияния подстилающей морской поверхности на распространение радиосигнала.

Достоверность полученных научных результатов обусловлена применением адекватного математического аппарата, подтверждается их согласованностью с результатами проведенного моделирования и сопоставлением полученных результатов с научными данными, известными из российской и зарубежной литературы.

Использование результатов исследований.

- Работа поддержана Федеральным государственным бюджетным учреждением «Фонд содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере» в рамках договора (соглашения) № 12502ГУ/2017 от 12 апреля 2018 г. о предоставлении гранта на выполнение научно-исследовательских работ, г. Владивосток, 2018.

- Результаты работы использовались при обосновании путей создания интеллектуальных систем поиска и семантического анализа неструктурированной информации в распределенных автоматизированных системах в рамках НИР «Прови-дец-2050-ИНЭУМ» ПАО «ИНЭУМ им. И.С. Брука».

- Результаты работы использовались при модернизации ССПД СУДС Владивосток Дальневосточного бассейнового филиала ФГУП «Росморпорт».

Апробация. Основные результаты диссертации докладывались и представлялись в материалах следующих конференций: молодежная конкурс-конференция «Оптические и информационные технологии», г. Новосибирск, (2018); международная мультидисциплинарная конференция по промышленному инжинирингу и современным технологиям «FarEastCon», г. Владивосток, (2018, 2019 гг); II всероссийская национальная научная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодежь и наука: актуальные проблемы фундаментальных и прикладных исследований», г. Комсомольск-на-Амуре, (2019); всероссийская молодежная научная конференция, посвященная дню радио «Радиоэлектроника. Проблемы и перспективы развития», г. Тамбов, (2019, 2020 гг).

Публикации. По результатам исследований опубликованы 12 работ, в том числе 5 статей в журналах из перечня ВАК; 2 публикации в изданиях, входящих в базу данных Scopus, патенты на изобретение и полезную модель.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения четырех глав, заключения, библиографии из 158 наименований, 7 приложений. Содержание работы изложено на 196 страницах машинописного текста, содержит 60 рисунков и 14 таблиц.

1. АНАЛИЗ ПРИМЕНЕНИЯ НОВЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В ССПД СУДС

1.1. НАЗНАЧЕНИЕ, СОСТАВ И РЕШАЕМЫЕ ЗАДАЧИ ССПД СУДС

Система управления движением судов (СУДС) является частью комплекса мер по обеспечению безопасности мореплавания. Она создается и функционируют на акваториях морских портов и на подходах к ним, во внутренних морских водах и в территориальном море [32].

Целью СУДС является повышение уровня безопасности и эффективности судоходства, безопасности человеческой жизни на море, защита морской среды, прибрежных районов, мест проведения работ и установки морских сооружений от возможного неблагоприятного воздействия морского судоходства [33].

Основными функциями СУДС являются:

- контроль за движением судов и за положением судов на якорных стоянках;

- передача судам навигационной, оперативной и иной информации;

- организация движения судов;

- оказание помощи в судовождении.

Составным элементом СУДС, обеспечивающим сбор информации о навигационной обстановке, являются линии связи, организуемые между радиотехническими постами (РТП), объектами портовой инфраструктуры и судами в зоне ее ответственности [9]. Совокупность линий связи, оконечных устройств и канало-образующего оборудования между территориально-разнесенными объектами составляют сеть связи и передачи данных (ССПД) СУДС [61].

ССПД СУДС предназначена для передачи судовой, оперативной и иной информации в целях обеспечения безопасности мореплавания.

В соответствии с приказом [8] средства связи, применяемые в СУДС, должны обеспечивать:

- связь с судами, находящимися в зоне действия СУДС;

- передачу информации от технических средств, расположенных на РТП, в центр СУДС;

- дистанционный контроль и управление техническими средствами, расположенными на РТП;

- связь СУДС со смежными береговыми службами.

Кроме того, по ССПД СУДС передается информация, обеспечивающая жизнедеятельность удаленных подразделений и оперативный контроль состояния технических средств.

Для передачи по ССПД СУДС информации о судоходной обстановке организуются следующие каналы связи [47]:

- каналы радиотелефонной связи РТП с судами;

- каналы первичной и вторичной радиолокационной информации от береговых РЛС;

- телефонные каналы связи с ЦУ СУДС;

- каналы информации от береговых станций АИС;

- видеоинформация от телевизионных камер;

- радиотелефонная связь ОВЧ диапазона с судами района А1 ГМССБ;

- радиотелефонная связь СВЧ диапазона с судами района А2 ГМССБ;

- береговые станции службы НАВТЕКС;

- метеорологическая и гидрологическая информация.

Для передачи по ССПД СУДС информации по обеспечению жизнедеятельности удаленных подразделений и осуществлению оперативного контроля состояния технических средств организуются следующие каналы связи:

- телефонные каналы дальней связи;

- телефонные каналы АТС;

- каналы локальной вычислительной сети;

- каналы ТУ-ТС (телеуправления и сигнализации);

- каналы пожарной сигнализации;

- каналы охранной сигнализации;

- каналы видеонаблюдения.

Для передачи информации в центр СУДС от технических средств и средств дистанционного управления и контроля, расположенных на РТП, применяются беспроводные и кабельные (в том числе волоконно-оптические линии связи) с необходимой пропускной способностью. В связи с невозможностью организации кабельных линий связи между объектами в море и береговыми службами особую важность в СУДС приобретают средства радиосвязи.

Из вышеизложенного следует, что ССПД СУДС является важной и неотъемлемой составляющей системы обеспечения безопасности мореплавания.

1.2. ОРГАНИЗАЦИЯ МОРСКОЙ СВЯЗИ В СОСТАВЕ ССПД СУДС

В настоящее время основу морской связи составляет радиосвязь. Она позволяет знать не только местоположение судна, но и эффективно планировать его рейс, включая связь с портом назначения, где заранее готовятся к обслуживанию судна. Радиосвязь - один из наиболее оперативных и экономичных видов морских коммуникаций, в полной мере отвечающая особенностям мореплавания и гарантирующая ее безопасность.

Средства радиосвязи устанавливаются на ЦУ СУДС и РТП, на которых организуются каналы связи берег-судно. Информация со средств морской связи, установленных на РТП, передается по выделенным каналам связи ССПД СУДС органам управления судовождением.

В соответствии с [5] организация морской связи включает в себя морскую подвижную службу (МПС) и морскую подвижную спутниковую службу (МПСС).

МПС - это служба радиосвязи между береговыми станциями и судовыми станциями, или между судовыми станциями, или между взаимодействующими станциями внутрисудовой связи; станции спасательных средств и станции радиомаяков - указателей места бедствия (SART) также могут участвовать в этой службе.

МПС использует традиционные средства наземной радиосвязи в диапазонах СВ, ПВ/КВ и УКВ, а МПСС использует частоты в полосе 406-406,1 МГц в системе КОСПАС-САРСАТ и полосы частот в диапазонах 1,5 ГГц и 1,6 ГГц в системе ИН-МАРСАТ.

МПСС - это служба радиосвязи, в которой участвуют подвижные земные станции морских судов и космические станции, т. е. передача осуществляется через спутники.

Назначением радиосвязи МПС и МПСС является:

- обеспечение безопасности мореплавания и охраны человеческой жизни на

море;

- обеспечение оперативно-диспетчерского руководства работой флота, экспедиций и организаций, непосредственно связанных с эксплуатацией морских судов;

- передача данных для автоматизированных систем управления;

- обмен официальной корреспонденцией;

- обмен общественной корреспонденцией.

В соответствии с особенностями формирования передаваемого сообщения и его обработки на приемной стороне она подразделяется на радиотелефонный обмен посылками (основной вид), факсимильную и оперативную передачу данных. Последний способ представляет собой обмен компьютерными файлами, осуществляемый по радиоканалу. В качестве отдельного вида может рассматриваться цифровой избирательный вызов (ЦИВ) [34], применяемый для передачи срочных оповещений.

Весь частотный диапазон делится на международные каналы бедствия [38], каналы связи между отдельными судами, каналы связи типа судно-порт и судно-береговая радиостанция.

Для каждой из перечисленных ранее служб в определенном диапазоне частотного канала УКВ (156,0-162,025 МГц) выделена своя полоса, в пределах которой взаимный радиообмен происходит с применением узкополосной ЧМ (NFM).

Помимо УКВ частот для этого типа связи выделено еще несколько дополнительных полос в стандартном коротковолновом (4-27,5 МГц), средневолновом 405526,5 кГц, а также в промежуточном 1605-4000 кГц диапазонах. КВ канал разбит на выделенные специально для МПС поддиапазоны с частотами от 4-х до 18-ти МГц, и далее - от 18-ти до 26-ти МГц [3].

Считающийся основным УКВ диапазон поделен на 58 каналов, с шагом частотной сетки 25 кГц. В его пределах все частоты условно разделены на две части с нумерацией от нулевого до 28-го и с 60-го по 88-ой. Внутри каждого из них шаг частотной сетки составляет уже 50 кГц, а сами канальные частоты различаются на 25 кГц.

Однако в связи с тем, что судовые радиостанции, работающие в ОВЧ-, СЧ-, ВЧ-диапазонах волн, как и 30 лет назад, остаются аналоговыми, то это существенно сокращает их возможности по надежности связи, массогабаритным характеристикам, технологичности и объему передаваемой информации. Такое положение объясняется тем, что радиостанции ОВЧ-, СЧ-, ВЧ-диапазонов имеют статус обязательного оборудования для судов во всем мире. Вследствие этого необходимо согласие мирового сообщества, чтобы на судах одновременно поменялись принципы построения аналоговой аппаратуры связи МПС на цифровые. Необходимость перехода на цифровые методы рассматривались на 16-й сессии, в марте 2012 г. на подкомитете 1МО по радиосвязи, поиску и спасанию [11], однако окончательного решения не принято.

Типовые системы оборудования связи МПСС (спутниковые терминалы ИН-МАРСАТ-С) не решают проблему надежной и оперативной связи на широтах свыше 70 градусов в.д. [76]. Спутниковые терминалы связи МПСС на этих широтах не работают, а радиостанции ВЧ-диапазона волн МПС имеют низкую надежность и оперативность связи ввиду сложности выбора частотного канала, низкой скорости телеграфии (100 бит/с), высокого уровня помех, большого влияния солнечной активности. Кроме этого, эти терминалы не обеспечивают телефонную связь, работу в сети Интернет (кроме электронной почты). Скорость передачи данных мала — 600 бит/с.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод о том, что современный типовой состав судового радиооборудования и оборудования спасательных средств не отвечает современным потребностям и вынуждает к поиску и внедрению новых информационных технологий, которые позволят расширить спектр предоставляемых услуг морской связи и повысить уровень безопасности мореплавания.

1.3. АНАЛИЗ ПРИМЕНЕНИЯ НОВЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В СИСТЕМАХ МОРСКОЙ СВЯЗИ

В последнее время растет интерес к поиску новых информационных технологий с целью применения их в морской связи [46, 64, 65, 67, 68, 71, 128], которые позволят расширить спектр предоставляемых услуг участникам процесса мореплавания.

Большое внимание внедрению новых информационных технологий в системы морской связи уделяется в странах Юго-Восточной Азии. На территории Республики Корея ведутся работы по внедрению проекта ЬТЕ-МагШше [130], идея которого заключается в применении технологии LTE с зоной покрытия порядка 100 км и скоростью передачи данных в несколько Мбит/с. Для этого были проведены натурные эксперименты в корейских водах (Восточное море, Южное море и Желтое море). Архитектура сети LTE-Maritime состояла из базовых станций (БС), оборудования усовершенствованного пакетного ядра (EPC) и маршрутизаторов.

При этом несколько БС расположили в горных районах на высоте 350 м вдоль береговой линии, для того чтобы обеспечить условия прямой видимости, а для повышения эффективности связи в районе островов были разработаны 3 фемто-БС.

Результаты экспериментальных измерений отображены на рисунке 1. Они показывают, что для случая с Восточным морем, когда судно находилось вблизи гавани, увеличивалось значение уровня принимаемого сигнала (RSRP), поскольку

базовые станции не находились в зоне прямой видимости для бортового терминала из-за сложного рельефа местности. В дальнейшем, в процессе передачи обслуживания от одной БС к другой (handover) значения RSRP и SINR начинали уменьшаться, поскольку уровень сигнала соседней соты становился намного сильнее. После смены БС оба значения начинали увеличиваться и на остальной части маршрута уменьшались в следствие увеличения расстояния между БС и судном. Средняя пропускная способность как для DL, так и для UL составляла более 11 Мбит/с с максимальным покрытием около 100 км. В случае с Южным морем проводились эксперименты на судне от Пусана до Цусимы, в ходе которых наклон антенны и мощность передачи БС были отрегулированы от 0 до 10 градусов и от 46 до 43 дБм с учетом влияния распространения помех на соседнюю страну. Эксперименты на Желтом море имели свои отличительные особенности, так как в этой области много островов, и они прерывают передачу и прием радиосигнала. Поэтому, чтобы избежать ухудшение производительности, вызванное островами, в районе Желтого моря было разработано больше БС. В связи с чем эта среда приводила к частым handover и широким колебаниям в значениях RSRP и SINR. Тем не менее, было получено, что средняя пропускная способность моет достигать более 22 Мбит/с для DL и 12 Мбит/с для UL с максимальным покрытием около 107 км. Таким образом результаты экспериментов показали, что предложенное решение LTE-Maritime может удовлетворяет потребности морского обслуживания в корейских водах в высокоскоростной связи, а также при большой дальности связи (до 100 км).

Рисунок 1 - Проект LTE-Maritime

В проекте netBaltic [118] представлена идея разработки и развертывания в реальной морской среде широкополосной системы беспроводной связи. Такая система может обеспечивать обмен информацией между кораблями через многопролетную сеть, состоящую из наземных базовых станций, судов и других транзитных элементов, как буи, маяки и т.д. В ходе проведения исследований, авторы предлагают разделение всей территории на зоны, относящиеся к одному из трех типов A, B, C (рисунок 2): А зона - связь судно-берег; В зона - связь между кораблями; С зона предназначен для узлов, расположенных далеко от других судов, и, как следствие, только изредка способны устанавливать соединения (и, следовательно, должны быть обеспечены выделенными устойчивыми к задержке коммуникационными решениями). В качестве решения, используемого для прямой связи в зоне A, использовались соединения LTE. В случае зоны B использовалась запатентованная беспроводная технология, работающая в диапазоне 5,8 ГГц - RADWIN Fiber-InMotion. В этой зоне все узлы netBaltic выполняют обнаружение других узлов в пределах их дальности связи и устанавливают межузловые связи, когда это возможно, таким образом, динамически формируя структуру сети. Такая самоорганизующаяся

структура сети с множеством транзитных участков позволяет группам кораблей обмениваться данными на гораздо более длинных расстояниях. В случае областей, которые лишь частично заняты судами (зона С) система netBaltic использует сеть устойчивую к разрывам (DTN), что позволяет ее узлам готовить пакеты данных значительного размера (десятки MB), которые будут храниться узлами системы и обмениваться между судами (когда они проходят в пределах дальности связи), чтобы в конечном итоге достичь своего предполагаемого получателя. Эта функциональность была реализована в режиме наложения, это означает, что она доступна во всех зонах. В этой ситуации зона C определяется как зона, где система не поддерживает никакой метод связи, кроме DTN. При использовании подобного решения для беспроводной связи число судов, способных подключаться к Интернету, значительно увеличилось по сравнению с традиционными беспроводными системами (способными к передаче через один канал) с 14% для технологий передачи на короткие расстояния и выше до 127% в случае, когда в системе используются относительно дальние технологии передачи.

Рисунок 2 - Структура системы пе1ВаШс

Ученые из США предлагают автономную морскую беспроводную ячеистую сеть [109], состоящую из компактного, недорогого и не требующего обслуживания энергосберегающего буя в качестве беспроводного узла (базовой станции). Буй генерирует энергию для базовой станции, чтобы обеспечить всенаправленное беспроводное покрытие на протяжении нескольких километров. Также с помощью многопролетной ретрансляционной ячеистой сети, образованной этими базовыми станциями, может обеспечиваться покрытие беспроводной широкополосной связи на расстоянии более 100 км от берега. В качестве канала передачи данных был выбран свободный телевизионный диапазон (470-698 МГц) из-за высокой скорости передачи данных, более широкого покрытия и более низкой стоимости. Архитектура сети состоит из семи компонентов: Wi-Fi маршрутизатор 2,4 ГГц, радиочастотный интерфейс, PLL, микроконтроллер, набор датчиков (GPS, акселерометр, гироскоп и магнитометр, барометрические датчики давления), микрокомпьютер с камерой и антенну. Экспериментальные измерения показали, что маршрутизатор может поддерживать качество связи с пропускной способностью UDP около 2 Мбит/с на расстояние более 5 км, даже когда уровень принимаемого сигнала составляет всего -85 дБм.

Для организации системы управления движением судов в Гибралтарском проливе [106] в качестве оператора связи, который может предоставлять надежную, экономически эффективную и безопасную услугу связи учеными из Марокко была предложена технология мобильного WiMAX (IEEE802.16e-2005). Такой выбор обусловлен тем, что, во-первых, расстояние морского прохода от входа в пролив до его выхода составляет около 64,3 км. Во-вторых, Гибралтарский пролив разделяет территорию двух стран - Испания и Марокко, в связи с чем оператор для обоих берегов должен быть одним, либо должно быть заключено соглашение между обоими поставщиками услуг для обеспечения непрерывного покрытия зоны и адекватного управления передачей обслуживания. Проект, по замыслу авторов, должен учитывать плотность трафика (количество обслуживаемых судов), количество и распределение базовых станций на обоих побережьях, чтобы обеспечить

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Скварник Игорь Святославович, 2022 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Постановление № 1049-34 об утверждении Таблицы распределения полос радиочастот между радиослужбами Российской Федерации. 2011. [Электронный ресурс]. - URL: https://digital.gov.ru/ru/documents/3634/. (Дата обращения: 20.04.2019).

2. Правила плавания в портах залива Петра Великого и на подходах к ним. № 4442. 2007. 66 с. [Электронный ресурс]. - URL: http://shturman-tof.ru/Bibl/Bibl 2/Bibl 2 1.htm. (Дата обращения: 16.04.2019).

3. Правила по оборудованию морских судов. Часть 4. Радиооборудование. Российский морской регистр судоходства. Санкт-Петербург. 2018. 72 с. [Электронный ресурс]. - URL: https://rs-class.org/up-load/iblock/3e0/3e0c8defbe3db9a2bc9bb385dd0dcb4e.pdf. (Дата обращения: 22.02.2019).

4. Приказ № 122 об утверждении обязательных постановлений в морском порту Зарубино. Министерство транспорта РФ. 2013. 19 с. [Электронный ресурс]. - URL: http://pma.ru/wp-content/uploads/2020/08/zrb-obyazat.post-anovleniya ot 15.04.2013 N122.pdf. (Дата обращения: 12.04.2019).

5. Приказ № 137/190/291 об утверждении Правил радиосвязи морской подвижной службы и морской подвижной спутниковой службы РФ. Министерство транспорта РФ. Москва. 2001. 65 с. [Электронный ресурс]. - URL: https://files.stroyinf.ru/Data2/1/4294815/4294815848.pdf. (Дата обращения: 02.02.2019).

6. Приказ № 229 об утверждении обязательных постановлений в морском порту Владивосток. Министерство транспорта РФ. 2013. 49 с. [Электронный ресурс]. - URL: http://pma.ru/wp-content/uploads/2020/08/vld-prikaz min-transa ot 02.07.2013 229.pdf. (Дата обращения: 12.04.2019).

7. Приказ № 379 об утверждении обязательных постановлений в морском порту Посьет. Министерство транспорта РФ. 2012. 19 с. [Электронный ресурс]. -

URL: http://pma.ru/wp-content/uploads/2020/08/pst-prikaz mintransa ros-

sii ot 19 1 N379.pdf. (Дата обращения: 12.04.2019).

8. Приказ № 226 об утверждении требований к радиолокационным системам управления движением судов, объектам инфраструктуры морского порта, необходимым для функционирования глобальной морской системы связи при бедствии и для обеспечения безопасности, объектам и средствам автоматической информационной системы, службе контроля судоходства и управления судоходством. Министерство транспорта РФ. 2015. 33 с. [Электронный ресурс]. - URL: https://www.ros-morport.ru/media/File/News/requirements_VTS.pdf. (Дата обращения: 03.02.2019).

9. Cвод правил. Системы управления движением судов. Технико-эксплуатационные требования. Москва. 2014. 45 с. [Электронный ресурс]. - URL: https://www.marsat.ru/files/upload/information system 1/1/3/5/item 1355/information

items property 13013.pdf. (Дата обращения: 17.04.2019).

10. Транспортная стратегия РФ на период до 2030 года. Министерство транспорта РФ. Росавтодор. 421 с. [Электронный ресурс]. - URL: https://rosavtodor.gov.ru/docs/transportnaya-strategiya-rf-na-period-do-2030-goda. (Дата обращения: 11.12.2018).

11. 16-ая сессия подкомитета по радиосвязи, поиску и спасанию IMO. COM-SAR 16. Лондон. 2012. [Электронный ресурс]. - URL: https ://www .imo.org/en/Me-diaCentre/MeetingSummaries/Pages/COMSAR-16th-session.aspx. (Дата обращения: 23.02.2019).

12. Влияние тропосферной рефракции на распространение радиоволн. Рекомендация МСЭ-R P.834-6. 12 с. [Электронный ресурс]. - URL: https://www.itu.int/dms pubrec/itu-r/rec/p/R-REC-P.834-6-200701-S!!PDF-R.pdf. (Дата обращения: 20.12.2019).

13. Водяные пары: плотность у поверхности Земли и общее объемное содержание. Рекомендация МСЭ-R P.836-5. 2013. 4 с. [Электронный ресурс]. - URL: https://www.itu.int/dms pubrec/itu-r/rec/p/R-REC-P.836-5-201309-S!!PDF-R.pdf. (Дата обращения: 02.05.2019).

14. Данные о распространении радиоволн и методы прогнозирования, требующиеся для проектирования наземных систем прямой видимости. Рекомендация МСЭ-R P.530-12. 2007. 47 с. [Электронный ресурс]. - URL: https://www.itu.int/dms pubrec/itu-r/rec/p/R-REC-P.530-12-200702-S!!PDF-R.pdf. (Дата обращения: 02.05.2019).

15. Данные о распространении радиоволн и методы прогнозирования, требующиеся для проектирования наземных систем прямой видимости. Рекомендация МСЭ-R P.530-13. 2009. 48 с. [Электронный ресурс]. - URL: https://www.itu.int/dms pubrec/itu-r/rec/p/R-REC-P.530-13-200910-S!!PDF-R.pdf. (Дата обращения: 02.05.2019).

16. Данные о распространении радиоволн и методы прогнозирования, требующиеся для проектирования наземных систем прямой видимости. Рекомендация МСЭ-R P.530-17. 2017. 57 с. [Электронный ресурс]. - URL: https://www.itu.int/dms pubrec/itu-r/rec/p/R-REC-P.530-17-201712-I!!PDF-R.pdf. (Дата обращения: 20.10.2020).

17. Затухание в атмосферных газах. Рекомендация МСЭ-R P.676-11. 2016. 22 с. [Электронный ресурс]. - URL: https://www.itu.int/dms_pubrec/itu-r/rec/p/R-REC-P.676-11-201609-SHPDF-R.pdf. (Дата обращения: 20.10.2020).

18. Затухание в атмосферных газах. Рекомендация МСЭ-R P.676-6. 2005. 23 с. [Электронный ресурс]. - URL: https://www.itu.int/dms pubrec/itu-r/rec/p/R-REC-P.676-6-200503-SHPDF-R.pdf. (Дата обращения: 02.05.2019).

19. Индекс рефракции радиоволн: его формула и данные о рефракции. Рекомендация МСЭ-R P.453-13. 2017. 23 с. [Электронный ресурс]. - URL: https://www.itu.int/dms pubrec/itu-r/rec/p/R-REC-P.453-13-201712-S !!PDF-R.pdf. (Дата обращения: 02.05.2019).

20. Инженерно-технический справочник по электросвязи. Радиорелейные линии. М.: Связь. 1971.

21. Международная Конвенция по охране человеческой жизни на море (SOLAS). 309 с. [Электронный ресурс]. - URL: http://www.sur.ru/upload/legisla-tion/Solas 74 file 5 37 4078.pdf. (Дата обращения: 25.12.2018).

22. Методика расчета трасс цифровых РРЛ прямой видимости в диапазоне частот 2 - 20 ГГц. Москва. 1998.

23. Методы МСЭ-R по прогнозированию распространения радиоволн для исследования помех и совместного использования частот: Справочник. 2012. 78 с. [Электронный ресурс]. - URL: https://www.itu.int/dms pub/itu-r/opb/hdb/R-HDB-58-2012-0AS-PDF-A.pdf. (Дата обращения: 03.08.2020).

24. Модель погонного ослабления в дожде, используемая в методах прогнозирования. Рекомендация МСЭ-R P.838-3. 2005. 9 с. [Электронный ресурс]. - URL: https://www.itu.int/dms pubrec/itu-r/rec/p/R-REC-P.838-3-200503-I!!PDF-R.pdf. (Дата обращения: 02.05.2019).

25. Описание методик и технологий, применяемых в компании ИНФОМАР (на примере Каспийского моря). [Электронный ресурс]. - URL: http://www.infomarcompanv.com/методики.pdf. (Дата обращения: 26.05.2019).

26. Определения терминов, относящихся к распространению радиоволн в не-ионизированной среде. Рекомендация МСЭ-R P.310-10. 2019. 5 с. [Электронный ресурс]. - URL: https://www.itu.int/dms pubrec/itu-r/rec/p/R-REC-P.310-10-201908-I!!PDF-R.pdf. (Дата обращения: 02.05.2019).

27. Ослабление сигналов растительностью. Рекомендация МСЭ-R P.833-9. 2016. 28 с. [Электронный ресурс]. - URL: https://www.itu.int/dms pubrec/itu-r/rec/p/R-REC-P.833-9-201609-I!!PDF-R.pdf. (Дата обращения: 20.10.2020).

28. Преобразование годовой статистики в статистику наихудшего месяца. Рекомендация МСЭ-R P.841-5. 2016. 7с. [Электронный ресурс]. - URL: https://www.itu.int/dms pubrec/itu-r/rec/p/R-REC-P.841 -5-201609-IHPDF-R.pdf. (Дата обращения: 02.05.2019).

29. Распространение радиоволн за счет дифракции. Рекомендация МСЭ-R P.526-14. 2018. 42 с. [Электронный ресурс]. - URL: https://www.itu.int/dms pubrec/itu-r/rec/p/R-REC-P.526-14-201801-I!!PDF-R.pdf. (Дата обращения: 03.08.2020).

30. Распространение радиоволн за счет дифракции. Рекомендация МСЭ-R P.526-15. 2019. 44 с. [Электронный ресурс]. - URL:

https://www.itu.int/dms pubrec/itu-r/rec/p/R-REC-P.526-15-201910-I!!PDF-R.pdf. (Дата обращения: 20.10.2020).

31. Расчет ослабления в свободном пространстве. Рекомендация МСЭ-R P.525-3. 2016. 4 с. [Электронный ресурс]. - URL: https://www.itu.int/dms pubrec/itu-r/rec/p/R-REC-P.525-3-201611-S!!PDF-R.pdf. (Дата обращения: 02.05.2019).

32. Резолюция Международной морской организации (IMO) А.857(20) «Руководство по службам движения судов». 1997. 20 с. [Электронный ресурс]. - URL: https://www.rosmorport.ru/media/File/filials/Central%20Office/IMO_a857.pdf. (Дата обращения: 17.04.2019).

33. Руководство по службам движения судов. Международная ассоциация маячных служб (IALA VTS Manual). 2004. 29 с. [Электронный ресурс]. - URL: https://www.rosmorport.ru/media/File/mur/serv nav/VTS MANUAL.pdf. (Дата обращения: 16.04.2019).

34. Система цифрового избирательного вызова для использования в морской подвижной службе. Рекомендация МСЭ-R М.493-15. 2019. 64 с. [Электронный ресурс]. - URL: https://www.itu.int/dms pubrec/itu-r/rec/m/R-REC-M.493-15-201901-I!!PDF-R.pdf. (Дата обращения: 12.02.2019).

35. Справочник по распространению земных волн. ITU. 2014. 66 с. [Электронный ресурс]. - URL: https://www.itu.int/dms pub/itu-r/opb/hdb/R-HDB-59-2014-PDF-R.pdf. (Дата обращения: 18.04.2019).

36. Средняя приземная температура. Рекомендация МСЭ-R P.1510-1. 2017. 3 с. [Электронный ресурс]. - URL: https://www.itu.int/dms pubrec/itu-r/rec/p/R-REC-P.1510-1-201706-IHPDF-R.pdf. (Дата обращения: 02.05.2019).

37. Технологии широкополосного доступа для развивающихся стран. 6-й Исследовательский период 2014-2017. ITU. Женева. 2017. 115 с.

38. Эксплуатационные процедуры для использования оборудования цифрового избирательного вызова в морской подвижной службе. Рекомендация МСЭ-R M.541-9. 2004. 35 с.

39. Электрические характеристики земной поверхности. Рекомендация МСЭ-R P.527-4. 2017. 19 c. [Электронный ресурс]. - URL:

https://www.itu.int/dms pubrec/itu-r/rec/p/R-REC-P.527-4-201706-I!!PDF-R.pdf. (Дата обращения: 02.05.2019).

40. Бондур В.Г., Доброзраков А.Д., Курекин А.С., Курекин А.А., Пичугин А.П., Яцевич С.Е. Рассеяние радиоволн морской поверхностью при бистатической локации // Исследование Земли из космоса. 2009. № 6. С. 3-15.

41. Боран-Кешишьян С.Л., Боран-Кешишьян А.Л., Попов В.В. Исследование влияния электромагнитной обстановки множества взаимодействующих радиоэлектронных средств в условиях интенсивного развития портов в концепции е-Навига-ции // Эксплуатация морского транспорта. 2017. № 4(85). С. 45-58.

42. Бузенков И.И., Редькин Ю.В., Тюфанова А.А. Моделирование зон действия покрытия УКВ радиосвязью системы управления движением судов Керченского пролива // Эксплуатация морского транспорта. 2019. № 4(93). С. 162 - 171.

43. Бутенко В.В., Веерпалу В.Э., Володина Е.Е., Девяткин Е.Е. Пути развития широкополосного доступа в России // Электросвязь. 2014. № 10. С. 22-26.

44. Власов В.А. OFDM в современных технологиях связи. // T-Comm - Телекоммуникации и Транспорт. T2Comm. №9. 2011. C. 56-59.

45. Головченко Б.С., Гриняк В.М. Информационная система сбора данных о движении судов на морской акватории // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. 2014. № 2(24). C. 156162. DOI: 10.21821/2309-5180-2014-6-2-156-162.

46. Губернаторов С.С. Навигация будущего - стратегическая программа e-Navigation // Навигационные системы и связь. 2014. № 8. С. 52-56.

47. Дмитриев В.Н., Шалаев И.Г. Особенности расчета параметров сети Mobile WiMAX // Вестник Астраханского государственного технического ун-та. Сер. управление, вычисл. техн. информ. 2010. № 2. С. 129-134.

48. Дударев Д.С., Дударев К.С., Теренина Н.К. Распространение радиоволн в океане // Юный ученый. 2019. №1. 13 - 18 с.

49. Ненашев В.А., Блаунштейн, Н.Ш. Моделирование процесса распространения радиоволн в канале «земля-атмосфера» // Информационно-управляющие системы. 2016. № 6. C. 25-33.

50. Парфентьев О.С., Причкин О.Б. Системы управления движением судов и их роль в современном судоходстве // Морские вести России. 2001. № 1314.

51. Пищин О.Н., Каламбацкая О.В. Особенности распространения радиоволн УВЧ диапазона в приземном и приводном тропосферном волноводе // Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Управление, вычислительная техника и информатика. 2019. № 4. С. 115-121. DOI: 10.24143/20729502-2019-4-115-121.

52. Рогожников А.В., Борисовский Д.В., Николаев Ю.Л. К вопросу реализации принципов концепции e-Navigation // Морские информационно-управляющие системы. 2013. №2. С. 78-85.

53. Тюфанова А.А. Влияние надежности обслуживаемых систем на безопасность мореплавания // Изв. вузов Сев.-Кав. регион. Технические науки. - Ростов-на-Дону: ЮРГТУ (НПИ). 2008. С. 130-133.

54. Тюфанова А.А. Экспертная оценка вероятности возникновения опасного события при эксплуатации сложной, технической, высокоответственной системы УДС // Сборник научных трудов, выпуск №13. - Новороссийск: РИО МГА им. адм. Ф.Ф. Ушакова. 2009. 137-140 с.

55. Уманский Р.Ю., Мансурова А.М. Исследование тенденций и проблем развития сетей беспроводного широкополосного доступа // T-Comm - Телекоммуникации и Транспорт. 2011. №12. С. 116 - 118.

56. Каламкарова А.А. Страхование грузоперевозок на морском транспорте в международной торговле // Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. 2010. №11. С. 60-65.

57. Устинов Ю.М., Припотнюк А.В., Кулинич А.И. Анализ современного состояния судовых средств связи и спасания // Вестник государственного университета морского и речного флота им. адмирала С. О. Макарова. № 2(36). 2016. С. 166174.

58. Скварник И.С. Современные технологии в системе управления движением судов в рамках концепции е-Навигации: мировой опыт и региональные особенности (обзор) // Вестник Инженерной школы Дальневосточного федерального университета. № 2(47). 2021. С. 50-65.

59. Стаценко Л.Г., Совкова О.И., Скварник И.С. Анализ возможностей технологий беспроводного широкополосного доступа для обеспечения безопасности мореплавания в заливе Петра Великого // Вестник Инженерной школы Дальневосточного федерального университета. №3 (44). 2020. С. 104-120.

60. Скварник И.С., Совкова О.И., Стаценко Л.Г., Турмов Г.П. Технологии беспроводного широкополосного доступа: оценка возможности применения для управления движением судов // Вестник Инженерной школы Дальневосточного федерального университета. № 4(41). 2019. С. 113-124.

61. Лукьянов А.С., Петров С.А., Рыкунов М.Н. Анализ и преимущества радиорелейных систем от проводных линий связи // Символ науки. № 10(2). 2016. с. 60-62.

62. Бокова О.И., Канавин С.В., Хохлов Н.С. Проектирование наземных радиосистем передачи информации с помощью специализированных программных комплексов // Моделирование, оптимизация и информационные технологии. № 2(13). 2016. 8 с.

63. Безбородов Г.И., Исмагилов М.И. От стратегии е-Навигации к концепции и-Акватории // Морской вестник. № 1(61). 2017. С. 77-81.

64. Скварник И.С., Стаценко Л.Г. Применение технологии беспроводного широкополосного доступа для построения сети связи и передачи данных в системе управления движением судов морского порта Владивосток // Материалы 2-ой всероссийской национальной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодежь и наука: актуальные проблемы фундаментальных и прикладных исследований». Ч. 33. 2019. С. 74-76.

65. Скварник И.С. Модернизация сети связи и передачи данных системы управления движением судов в заливе Петра Великого за счет средств беспровод-

ного широкополосного доступа // Тезисы докладов 4-ой всероссийской молодежной научной конференции «Радиоэлектроника. Проблемы и перспективы развития». 2019. С. 197-198.

66. Скварник И.С. Инфраструктура связи системы управления движением судов в рамках стратегии е-Навигации // Тезисы докладов 5-ой всероссийской молодежной научной конференции «Радиоэлектроника. Проблемы и перспективы развития». 2020. С. 192-194.

67. Матюшок В.М., Красавина В.А. Мировой рынок новейших ИТ-технологий и национальные интересы // Национальные интересы: приоритеты и безопасность. № 11(356). 2017. С. 1988-2004.

68. Ильченко А.Н., Ильченко К.А. Цифровая экономика как Высшая ступень развития инфокоммуникационных технологий // Современные наукоемкие технологии. Региональное приложение. № 3(55). 2018. С. 56-63.

69. Цветков В.Я., Дешко И.П. Облачный сервис // Образовательные ресурсы и технологии. № 3(15). 2016. С. 88-95.

70. Мясникова А.И., Легков К.Е. Анализ технологий высокоскоростного беспроводного широкополосного доступа // Наукоемкие технологии в космических исследованиях Земли. № 1(1). 2009. С. 34-37.

71. Легков К.Е., Донченко А.А., Садовов В.В. Современные технологии беспроводного широкополосного доступа 802. 16е и LTE: перспективы внедрения на транспорте // T-Comm - Телекоммуникации и Транспорт. № 2. 2010. С. 30-32.

72. Любовощин А.А., Евдокимов К.И. Анализ состояния оборудования ШБД // Инновационная наука. № 4. 2019. С. 63-65.

73. Зверев Л.А. Типы морских волн, их характеристики и классификация при проектировании и возведении гидротехнических сооружений на шельфе Арктических и замерзающих морей // Вестник СГУГиТ (Сибирского государственного университета геосистем и технологий). № 1(17). 2012. С. 60-66.

74. Толстых М.А., Глобальные модели атмосферы: современное состояние и перспективы развития // Труды Гидрометеорологического научно-исследовательского центра РФ. - 2016. - № 359. - с. 5-32.

75. Демко А.И., Семенов О.Ю. Методика расчета параметров установки антенн на участке газопровода // Приоритетные направления инновационной деятельности в промышленности: Сборник научных статей. Казань. 2020. С. 33-38.

76. Совкова О.И. Оценка применения технологии беспроводного широкополосного доступа для организации канала передачи информации в системе управления движением судов // Наука, техника, промышленное производство: история, современное состояние, перспективы: материалы региональной научно-практической конференции студентов и аспирантов. Владивосток: Изд-во Даль-невост. федерал. ун-та. 2020. с. 483 - 488.

77. Шаповалов А.А. Использование беспроводных сетей стандарта IEEE 802.16 (WiMAX) для построения канала передачи информации в системах управления безопасностью мореплавания. Управление большими системами. 2009. С. 294-320.

78. Скварник И.С. Обоснование требований к интерфейсам сопряжения канального и физического уровней радиоэлектронных средств радиотехнический подразделений // Армейский сборник. 2018. № 2. с. 43-47.

79. Абузяров З.К., Нестеров Е.С., Лукин А.А., Кабатченко И.М., Дымов В.И., Вражкин А.Н. Режим, диагноз и прогноз ветрового волнения в морях и океанах: Научно-методическое пособие. Федеральная служба по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Росгидромет). Москва. 2013. 304 с.

80. Григорьев В.А., Лагутенко О.И., Распаев Ю.А., Харин В.Н., Хворов И.А. Особенности частотного обеспечения, проектирования и строительства радиорелейных систем связи. Учебное пособие: под общ. ред. В.А. Григорьева. - СПб: НИУ ИТМО. 2014. 149 с.

81. Дружин Г.И. Антенны и распространение радиоволн. Часть II. Распространение радиоволн: Учебное пособие. - Петропавловск - Камчатский: Кам-чатГТУ. 2003. 56 с.

82. Ерёмка В.Д., Кабанов В.А., Логвинов Ю.Ф., Мыценко И.М., Разсказов-ский В.Б., Роенко А.Н. Особенности распространения радиоволн над морской поверхностью. Севастополь: Вебер. 2013. 217 с.

83. Кабатченко И.М., Введенский А.Р., Дианский Н.А., Резников М.В., Фомин В.В. и др. Руководство по расчету режимных характеристик морского ветрового волнения. Руководящий документ РД 52.10.865-2017. Москва. 2018. 56 с.

84. Калашников Н.И., Дороднов И.Л., Крупицкий Э.И., Носов В.И. Системы радиосвязи: Учебник для вузов связи / Под ред. Н.И. Калашникова. - М.: Радио и связь. 1988. - 352 с.

85. Калинин А.И. Распространение радиоволн на трассах наземных и космических радиолиний. - М.: Связь. 1979. - 296 с.

86. Калинин А.И., Черенкова Е.Л. Распространение радиоволн и работа радиолиний. - М.: Связь. 1971. - 440 с.

87. Кубанов В.П., Ружников В.А., Сподобаев М.Ю., Сподобаев Ю.М. Основы теории антенн и распространения радиоволн: Учебное пособие / Под ред. В.П. Ку-банова. - С.: ИНУЛ-ПГУТИ. 2016. - 258 с.

88. Лентарёв А. А. Морские районы систем обеспечения безопасности мореплавания: Учеб. пособие. Владивосток: Мор. гос. ун-т. 2004. 114 с.

89. Матье М. Радиорелейные системы передачи: Пер. с франц. под ред. В.В. Маркова. - М.: Радио и связь. 1982. - 280 с.

90. Методика расчета трасс цифровых РРЛ прямой видимости в диапазоне частот 2...20 ГГц. - М.: НИИР. 1997. - 180 с.

91. Мордухович Л.Г., Степанов А.П. Системы радиосвязи. Курсовое проектирование: Учебное пособие для вузов связи / Под ред. Н.И. Калашникова. - М.: Радио и связь. 1988. - 352 с.

92. Нефедов Е.И. Распространение радиоволн и антенно-фидерные устройства. Учебное пособие для студентов высш. учеб. заведений/. — М.: Издательский центр «Академия». 2010. — 320 с.

93. Носов В.И. Радиорелейные системы передачи: Учебное пособие. Фонд приоритетного национального проекта «Образование». - Томск: Томск. гос. ун-т систем управления и радиоэлектроники. 2008. - 287 с.

94. Орощук И.М. Космические и наземные системы связи и сети телерадиовещания: Сборник лекций. - Владивосток. 2000. - 100 с.

95. Основы проектирования цифровых радиорелейных линий связи: Учебное пособие для вузов / Под ред. Профессора М.А. Быховского. - М.: Горячая линия -Телеком. 2014. - 334 с.

96. Пузачёв, А.Н. Использование технических средств для предотвращения столкновений судов: учеб. пособие. - 2-е изд., перераб. и доп. - Владивосток: Мор. гос. ун-т. 2011. 232 с.

97. Рыжков Е.В., Гаврилова Г.И., Зусманов Е.А. и др. Проектирование и расчет РРЛ / Под ред. Е.В. Рыжкова. - М.: Радио и связь. 1981. - 168 с.

98. Справочник по радиорелейной связи / Под ред. С.В. Бородича. - М.: Радио и связь. 1981. - 416 с.

99. Справочные данные по режиму ветра и волнения Японского и Карского морей / Под ред. Л.И. Лопатухина, А.В. Бухановского, Е.С. Чернышовой. СПб: Российский морской регистр судоходства. 2009. 355 с.

100. Тищенко М.Г. Проектирование радиорелейных линий. М.: Связь. 1976. - 240 с.

101. Толстых М.А., Ибраев Р.А., Володин Е.М., Ушаков К.В., Калмыков В.В., Шляева А.В., Мизяк В.Г., Хабеев Р.Н. Модели глобальной атмосферы и Мирового океана: алгоритмы и суперкомпьютерные технологии: Учебное пособие. Серия «Суперкомпьютерное образование». - М.: Изд-во МГУ, 2013. - 144 с.

102. Финкельштейн М.И. Основы радиолокации. - М.: Радио и связь, 1983.

536с.

103. Фомин А.Н. Общая теория радиолокации и радионавигации. Распространение радиоволн: учебник / В.А. Копылов, А.А. Филонов, А.В. Андронов; под общ. ред. А.Н. Фомина. - Красноярск: Сиб. федер. ун-т. 2017. 318 с.

104. Черный Ф.Б. Распространение радиоволн. М.: Сов. радио. 1973.

105. Яковлев О.И., Якубов В.П., Урядов В.П., Павельев А.Г. Распространение радиоволн: Учебник / под ред. О.И. Яковлева. - М.: ЛЕНАНД. 2009. - 496 с.

106. Abdelmoula Ait Allai, Khalifa Mansouri, Mohamed Youssfi, Mohammed Qbadou Toward a new maritime communication system in Detroit of Gibraltar where

conventional and autonomous ships will co-exist. IEEE international conference on wireless networks and mobile communications WINCOM'17. Rabat. Morocco. 2017. pp. 255-262.

107. Abichar Z., Yanlin Peng, Chang J.M. WiMax: the emergence of wireless broadband. IT Professional. № 4(8). 2006. С. 44-48. DOI: 10.1109/MITP.2006.99.

108. Ahmad S. Abdulrasool, Jabir S. Aziz, Sadiq J. Abou-Loukh Calculation algorithm for diffraction losses of multiple obstacles based on Epstein-Peterson approach. International journal of antennas and propagation. 2017. 9 p. https://doi.org/10.1155/2017/3932487.

109. Ali Hosseini-Fahraji, Kexiong Zeng, Yaling Yang, Majid Manteghi, A self-sustaining maritime mesh network, Electrical and computer engineering Virginia tech Blacksburg. USA. 2019.

110. Bronk K., Lipka A., Niski R., Wereszko B., Wereszko K. Hybrid communication network for the purpose of maritime applications. Maritime. №2 159. 2017. pp. 115122.

111. Campos R., Oliveira T., Cruz N., Matos A., Almeida J.M. BLUECOM+: Cost-effective broadband communications at remote ocean areas. OCEANS'16. Shanghai. 2016.

112. Chunxia Liu, Ermin Lin, Lisha Cai, Guo Huang The challenges and key technologies of wireless transmission and mobile networking in near maritime environment. IOP conference series: materials science and engineering. 2018. pp. 1 - 7.

113. Dae-Seung Yoo, Hyung-Joo Kim, Jin-Kyu Choi, Byung-Tae Jang, Soong-Hwan Ro Novel antenna tracking technique for maritime broadband communication system (MariComm). 17-th IEEE international conference on advanced communications technology (ICACT). South Korea. 2015. pp. 225-229.

114. Davydov D.S., Riabovol D.A., Kramarenko A.O., Kvitka A.V. The role of cloud technologies in the digital economy // Бизнес Информ. № 8(511). 2020 С. 171177.

115. Dellios K., Papanikas D. Deploying a maritime cloud. IT Professional. № 5(16). 2014. pp. 56-61. DOI: 10.1109/MITP.2014.67.

116. Ghosh A., Ratasuk R., Mondal B., Mangalvedhe N., Thomas T. LTE-ad-vanced: next-generation wireless broadband technology. IEEE Wireless Communications. № 3(17). 2010. C. 10-22. DOI: 10.1109/MWC.2010.5490974.

117. Hikmaturokhman A., Wahyudin A., Yuchintya A. S. Nugraha T. A. Comparison analysis of passive repeater links prediction using methods: Barnett Vigants & ITU models. 2017 4-th International Conference on New Media Studies (CONMEDIA). 2017. pp. 142-147. DOI: 10.1109/C0NMEDIA.2017.8266046.

118. Hoeft M., Gierlowski K., Rak J., Wozniak J. NetBALTIC system - heterogeneous wireless network for maritime communications. Gdansk University of Technology. Poland. 2018. pp. 14-26.

119. Jeon S., Yim Z., Seo J.-S. Path loss model for coupling loop interference with multiple reflections over single frequency network. IETE Tech. Rev. № 6(29). 2012. pp. 499-505.

120. Jue Wang, Haifeng Zhou, et al. Wireless Channel Models for Maritime Communications. 2018.

121. Lee D., Park N. Geocasting-based synchronization of Almanac on the maritime cloud for distributed smart surveillance. Supercomput № 73. 2017. pp. 1103-1118.

122. Liu Y., Xu X. Industry 4.0 and cloud manufacturing: a comparative analysis. ASME. Manuf. Sci. Eng. 2016. 139(3): 034701. 8 p.

123. LTE, Wi-Fi and 5G Massive MIMO communications in maritime propagation environment (MAMIME). Research council of Norway. Oslo. 2019.

124. Mikkonen J., Corrado C., Evci C., Progler M. Emerging wireless broadband networks. IEEE Communications Magazine. № 2(36). 1998. C. 112-117. DOI: 10.1109/35.648777.

125. Ming-Tuo Zhou, Minh Dien Hoang, and Hiroshi Harada TRITON: Highspeed maritime wireless mesh network. IEEE Wireless Communications. № 20(5). 2013. pp. 134-142.

126. Monica P., Martins A., Olivier A., Matos A. TEC4SEA - A modular platform for research. Test and validation of technologies supporting a sustainable blue economy. OCEANS'14. MTS/IEEE. Canada. 2014. pp. 1-6.

127. Sanchez-Gonzalez P.-L., Díaz-Gutiérrez D., Leo T.J., Núñez-Rivas L.R. Toward digitalization of maritime transport. Sensors. 2019 № 926.

128. Skvarnik I.S., Sovkova O.I., Statsenko L.G. Wireless broadband access technology for building of communication and data transfer networks of vessel traffic management system // 2019 International multi-conference on industrial engineering and modern technologies (FarEastCon-2019). DOI: 10.1109/FarEastCon.2019.8934744.

129. Sovkova O.I., Statsenko L.G., Bernavskaya M.V. Application of wireless broadband technology to build communication channel in the vessel traffic service of Peter the Great Gulf. International multi-conference on industrial engineering and modern technologies (FarEastCon). 2020. pp. 1-6. DOI: 10.1109/FarEastCon50210.2020.9271509.

130. Sung-Woong Jo, Woo-Seong Shim LTE-Maritime: High-speed maritime wireless communication based on LTE technology. Marine safety and environmental research department. Korea Research Institute of Ships and Ocean Engineering (KRISO). South Korea. IEEE Access. 2019. pp 172-181.

131. Terje Roste, Kun Yang Coastal coverage for maritime broadband communications. Norwegian university of science and technology. Trondheim. Norway. 2013.

132. Unni S., Raj D., Sasidhar K., Rao S. Performance measurement and analysis of LongRange Wi-Fi network for over-the-sea communication. Proc. 13-th international symposium on modeling and optimization in mobile ad hoc wireless network (WiOpt). Mumbai. India. 2015. pp. 36-41.

133. Wali S., Oguichen T.C., Worgu S. Computation of 10 knife edge diffraction loss using Epstein-Peterson method. American Journal of Software Engineering and Applications. No. 1. 2017. pp. 1-4. DOI: 10.11648/j.ajsea.20170601.11.

134. Weintrit A. E-Navigation revolution - maritime cloud concept. Telematics - support for transport. Communications in computer and information science. № 471. 2014. Springer.

135. Xia T., Wang M. M., Zhang J., Wang L. Maritime internet of things: challenges and solutions. IEEE Wireless Communications. 2020. № 2. pp. 188-196. DOI: 10.1109/MWC.001.1900322.

136. Yang T., Liang H., Cheng N., Deng R., Shen X. Efficient scheduling for video transmissions in maritime wireless communication networks. IEEE Trans. Veh. Technol. №9. 2015. pp. 215-229.

137. Yusupbekov N.R., Abdurasulov F.R., Adilov F.T., Ivanyan A.I. Application of cloud technologies for optimization of complex processes of industrial enterprises. 13th international conference on theory and application of fuzzy systems and soft computing (ICAFS-2018). Advances in intelligent systems and computing. Springer.

138. Zahir Zainuddin, Wardi, Yurika Nantan Applying maritime wireless communication to support vessel monitoring. 4-th international conference on information technology, computer, and electrical engineering (ICITACEE). Gowa. Indonesia. 2017. pp. 158 - 161.

139. DRRL 8.0 Проектирование радиорелейных линий и сетей радиодоступа. Центр телекоммуникационных технологий. [Электронный ресурс]. - URL: https://www.ctt-group.ru/drrl. (Дата обращения: 03.08.2020).

140. EfficienSea 2. [Электронный ресурс]. - URL: https://efficiensea2.org/. (Дата обращения: 12.05.2019).

141. IALA Guideline No. 1111. Preparation of operational and technical performance requirements for VTS systems. Edition 1. 2015. p. 111. [Электронный ресурс]. - URL: https://www.mar-sat.ru/files/%D0%B 1%D0%B5%D0%B7%D0%BE%D0%BF%D0%B0%D 1%81%D0 %BD%D0%BE%D 1%81 %D 1%82%D 1 %8C%20%D0%BC%D0%BE%D 1%80%D0% B5%D0%BF%D0%BB%D0%B0%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D1%8F/% D0%BD%D0%BE%D 1%80%D0%BC%D0%B0%D 1%82%D0%B8%D0%B2%D0%B D%D1%8B%D0%B5%20%D0%B4%D0%BE%D0%BA%D1%83%D0%BC%D0%B5 %D0%BD%D1%82%D1%8B/iala%20guideline%20no.%201111%20on%20preparatio n%20of%20operational%20and%20technical%20performance%20require-ments%20for%20vts%20systems,%20edition%201,%20may%202015.pdf. (Дата обращения: 19.04.2019).

142. IALA Recommendation V-128. Operational and technical performance requirements for VTS equipment. 2005. p. 68. [Электронный ресурс]. - URL:

https://www.e-navigation.nl/sites/default/files/V-128%20Operational%20and%20Tech-nical%20Performance%20Requirement%20for%20VTS%20Equipment.pdf. (Дата обращения: 19.04.2019).

143. InfiNet Wireless and Trellisworks provide high-speed ethernet network connectivity for Red Funnel Ferries. InfiNet Wireless Ltd and Trellisworks wireless connectivity. 2016. [Электронный ресурс]. - URL: https://infinetwireless.com/success-sto-ries/Infinet_Wireless_and_Trellisworks_Provide_High-Speed_Ethernet_Network_Con-nectivity_for_Red_Funnel_Ferries. (Дата обращения: 23.04.2019).

144. INFINET wireless. [Электронный ресурс]. - URL: https://infinet.ru/. (Дата обращения: 02.03.2020).

145. LTE police communication keeps river safe. [Электронный ресурс]. - URL: https://e.huawei.com/uk/case-studies/global/older/hw 314635. (дата обращения: 25.04.2019).

146. MarineTraffic [Электронный ресурс]. - URL: https://www.marinetraffic.com/en/ais/home/centerx:106.2/centery:-17.8/zoom:2. (Дата обращения: 04.08.2020).

147. MARS ANTENNAS. [Электронный ресурс]. - URL: https://mars-anten-nas.com/. (Дата обращения: 03.03.2020).

148. RADWIN. [Электронный ресурс]. - URL: https://www.radwin.com/. (Дата обращения: 02.03.2020).

149. Ubiquiti Networks [Электронный ресурс]. - URL: https://www.ui.com/. (Дата обращения: 02.03.2020).

150. Анализ и состояние аварийности. Министерство транспорта РФ. Ро-странснадзор (Госморречнадзор). [Электронный ресурс]. - URL: https://sea.rostrans-nadzor.gov.ru/funktsii/rassledovanie-transportny-h-proisshes/analiz-i-sostoyanie-ava-rijnost. (Дата обращения: 11.12.2018).

151. Васильев В.Г. Применение оборудования Wi-Fi стандарта IEEE a/b/g/n в сетях фиксированного БШД. [Электронный ресурс]. - URL: http://unidata.com.ua/add/WiFi deployment.pdf. (дата обращения: 18.11.2019).

152. Волны и ветер. Расчет характеристик волны. [Электронный ресурс]. -URL: https://planetcalc.ru/4406/. (Даты обращения: 16.11.2019-20.06.2020).

153. Гидрометеорологический портал VENTUSKY. [Электронный ресурс]. -URL: https://www.ventusky.com/. (Даты обращения: 16.11.2019-20.06.2020).

154. Международная морская организация. [Электронный ресурс]. - URL: https://www.imo.org/en/About/Conventions/Pages/ListOfConventions.aspx. (Дата обращения: 19.12.2018).

155. Мукимов Ш.С., Бойко В.В. Расчет пропускной способности каналов связи для корпоративных сетей. 9 с. [Электронный ресурс]. - URL: https://ict4d.tj/wp-content/uploads/2014/02/Raschet-propusknoy-sposobnosti-kanalov-svyazi-dlya-korporativnyih-setey.pdf. (дата обращения: 18.11.2019).

156. Навигационные услуги с использованием СУДС. Дальневосточный бассейновый филиал ФГУП «Росморпорт». [Электронный ресурс]. - URL: https://www.rosmorport.ru/filials/vlf serv vts/. (Дата обращения: 21.04.2019).

157. Оборудование Инфинет помогло улучшить систему движения судов крупнейшего порта Индонезии. URL: https://infinet.ru/success-stories/In-fiNet%20Wireless%20Improve%20Vessel%20Traffic%20Sys-tem%20for%20The%20Busiest%20Shipping%20Port%20in%20Indonesia. (дата обращения: 22.04.2019).

158. Операционная система WANFleX. Руководство пользователя. [Электронный ресурс]. - URL: https://wiki.infinetwireless.com/pages/viewpage.action?pageId=9044944. (Дата обращения: 02.03.2020).

159. Программный комплекс «Альбатрос-Территория» (Версия 5.2). Руководство пользователя. ЗАО «Информационный Космический Центр «Северная корона». - Санкт-Петербург. 2013 - 84 с. [Электронный ресурс]. - URL: http://www.spacecenter.ru/Resurses/Terrain.pdf. (дата обращения: 21.04.2019).

160. Технологическая сеть радиосвязи «Росморпорт» в акватории Финского залива. [Электронный ресурс]. - URL: https://infinet.ru/news/Gulf%20of%20Fin-land%20Request%20In-fiNet%20Wireless%E2%80%99. (дата обращения:

22.04.2019).

ПРИЛОЖЕНИЯ

ПРИЛОЖЕНИЕ А

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

Уровень мощности на приеме АС

= -60 дБм &40АМ (5/6) (99 МЬ :."=;

■ = -71 -Бч МОАМ (3/4) (93 МЬ :."=;

■ > -72 дБм 640АМ (2/3) (ВО МЬ Щ Ш > -77 -Бч 160АМ (3/4) (63 МЬ Уз;

■ > -80 дБм 160АМ (1/2) (40 МЬ №)

■ > -33 ДЕ.М ОРЗК {3/45 [30 МЬВ/З) = -8Б дБм 0=в< С/2) (20 МЬИф > -37 дБм ВРЗК {1/2) (10 РИЬгУй)

nPH^O^EHHE B

# coding: utf-8

import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt import math import scipy.special import scipy.stats as stats from enum import Enum

# earth radius, [m] EARTH_RADIUS = 6370000

# sea dielectric constant EPSILON_SEA = 80

# light velocity, [m/s] LIGHT_VELOCITY = 3e8

class Polarization(Enum): HORIZONTAL = 0 VERTICAL = 1

class Antenna:

def_init_(self, platform_height, stick_height,

transmit_power, gain_coefficient, sensitivity, polarization: Polarization):

# platform height above sea self._platform_height = platform_height

# stick height

self._stick_height = stick_height

# relative distance between common height (platform + stick) and plane self._relative_height = None

self._transmit_power = transmit_power

self._gain_coefficient = gain_coefficient self._sensitivity = sensitivity self._polarization = polarization

def get_platform_height(self): return self._platform_height

def get_stick_height(self): return self._stick_height

def set_relative_height(self, rel_height): self._relative_height = rel_height

def get_relative_height(self): return self._relative_height

def get_common_height(self): return self._platform_height + self._stick_height

def get_polarization(self): return self._polarization

def get_transmit_power(self): return self._transmit_power

def get_gain_coeificient(self): return self._gain_coefficient

def get_sensitivity(self): return self._sensitivity

class Attenuation:

def_init_(self):

# signal frequency, [Hz]

self._freq = None

# signal wave length, [m] self._lambda_s = None

# distance between antennas, [m] self._distance = None

# mean gradient of the dielectric permittivity at given area self._mean_g = None

# mean quadratic deviation of gradient of the dielectric permittivity at given area self._sigma_g = None

# length of sea wave, [m] self._seawave_lambda = None

# height of sea wave, [m] self._seawave_height = None

# direction of sea wave, [degrees] self._seawave_direction = None

self._wind_height = None self._wind_lambda = None

self._ripple_height = None self._ripple_lambda = None

self._antenna_1 = None self._antenna_2 = None

# equivalent earth radius, [m] self._ae = None

# surface form constant self._x_offset = None

# sliding angle self._theta_rad = None

# reflection distance coefficient self._k = None

# reflection area sizes, [m] self. amin = None

self._bmin = None self._cmin = None self._h0 = None self._h_0 = None self._g0 = None

def set_wind_parameters(self, wind_height, wind_lambda, wind_direction_deg): self._wind_height = wind_height

self._wind_lambda = wind_lambda / math.cos(wind_direction_deg * math.pi / 180)

def set_ripple_parameters(self, ripple_height, ripple_lambda, ripple_direction_deg): self._ripple_height = ripple_height

self._ripple_lambda = ripple_lambda / math.cos(ripple_direction_deg * math.pi / 180)

# surface function

def _sea_level(self, coord): return math.sqrt(self._ae ** 2 - (coord - self._x_offset) ** 2) - math.sqrt(self._ae ** 2 - self._x_offset ** 2)

# derivative of sea_level function def _sea_level_derivative(self, coord):

return -(2 * coord - self._distance) / (2 * math.sqrt(self._ae ** 2 - (coord - self._x_offset) ** 2))

def set_radioroute_parameters(self, freq: float, distance: int, antenna_1: Antenna, antenna_2: Antenna, mean_g: float, sigma_g: float):

self._freq = freq self._distance = distance self._mean_g = mean_g self._sigma_g = sigma_g self._antenna_1 = antenna_1 self. antenna 2 = antenna 2

self._lambda_s = LIGHT_VELOCITY / self._freq

self._ae = EARTH_RADIUS / (1 + (EARTH_RADIUS * self._mean_g / 2))

self._x_offset = self._distance / 2

alpha1 = [math.atan(coord / (self._sea_level(coord) - self._antenna_1.get_common_height())) +

math.pi / 2 + math.atan(self._sea_level_derivative(coord)) for coord in range(self._distance)]

alpha2 = [math.atan((self._antenna_2.get_common_height() - self._sea_level(coord)) / (self._distance -coord)) -

math.atan(self._sea_level_derivative(coord)) for coord in range(self._distance)] dalpha = [math.fabs(alpha1[coord] - alpha2[coord]) for coord in range(self._distance)]

# center of the reflection area index = dalpha.index(min(dalpha)) self._k = index / self._distance

# sliding angle, [rad] self._theta_rad = alpha1[index]

A0 = 2 * self._ae * self._antenna_1.get_common_height() / (self._distance ** 2) B0 = 2 * self._ae * self._antenna_2.get_common_height() / (self._distance ** 2)

self._antenna_1.set_relative_height(self._antenna_1.get_common_height() * (1 - (self._k ** 2) / A0)) self._antenna_2.set_relative_height(self._antenna_2.get_common_height() * (1 - ((1 - self._k) ** 2) / B0))

tmp_a = self._lambda_s * self._distance * \ (self._lambda_s * self._distance +

12 * self._antenna_1.get_relative_height() * self._antenna_2.get_relative_height()) tmp_b = self._lambda_s * self._distance + \

3 * ((self._antenna_1.get_relative_height() + self._antenna_2.get_relative_height()) ** 2)

self._amin = self._distance * math.sqrt(tmp_a) / (2 * tmp_b) self._bmin = math.sqrt(tmp_a / (3 * tmp_b)) / 2

self._cmin = self._distance * (self._antenna_2.get_relative_height() - self._antenna_1.get_relative_height())

/\

(2 * (self._antenna_1.get_relative_height() + self._antenna_2.get_relative_height()) * (1 + 3 * ((self._antenna_1.get_relative_height() + self._antenna_2.get_relative_height()) ** 2) /

(self._lambda_s * self._distance)))

# formulas accuracy condition

tmp = math.pow(math.pi * self._ae / self._lambda_s, (1 / 3)) * math.sin(self._theta_rad) if tmp <= 0.7: print("Sliding angle too small") return None

delta_z = self._sea_level(self._k * self._distance)

# minimal clearance without refraction, [m]

# or 1 / 3 of the 1st Frenel zone size

self._h0 = math.sqrt((self._distance * self._lambda_s * self._k * (1 - self._k)) / 3)

# distance between

# highest sea level point in reflection area and

# radio route.

# It is clearance without refraction

self._h_0 = self._antenna_1.get_common_height() * 2 * (1 - self._k) - delta_z return tmp

def set_sea_parameters(self, seawave_lambda: float, seawwave_height: float): self._seawave_lambda = seawave_lambda self._seawave_height = seawwave_height

def _wave_form(self, coord): return self._seawave_height * math.cos(2 * math.pi * coord / self._seawave_lambda)

def _wave_form_derivative(self, coord): return (-2 * math.pi / self._seawave_lambda) * self._seawave_height * math.sin(2 * math.pi * coord

/ self._seawave_lambda)

def calculate_attenuation(self): total_reflection_count = 0 mirror reflection count = 0

if self._seawave_lambda > self._amin * 2:

dots_count = int(self._amin * 2 * 2 / self._lambda_s) else:

dots_count = int(self._seawave_lambda * 2 / self._lambda_s) # dots_count = 2000

if self._seawave_lambda > self._amin * 2:

x = [self._amin * 2 / dots_count * i for i in range(dots_count)] else:

x = [self._seawave_lambda / dots_count * i for i in range(dots_count)] fall_refl = [] for coord in x:

wave = self._wave_form(coord)

falling_ray = -math.tan(self._theta_rad) * coord + self._seawave_height if wave >= falling_ray: mirror_angle = 2 * math.atan(self._wave_form_derivative(coord)) + self._theta_rad if mirror_angle > 0: total_reflection_count += 1 dphi = ((self._seawave_height - wave) *

(1 / math.sin(self._theta_rad) + 1 / math.sin(mirror_angle) -

math.cos(self._theta_rad) * (1 / math.tan(self._theta_rad) + 1 / math.tan(mirror_angle)))) \ % self._lambda_s fall_refl.append(mirror_angle - self._theta_rad) if dphi <= self._lambda_s / 4 or dphi >= 3 * self._lambda_s / 4: mirror_reflection_count += 1

max_fall_refl = max(fall_refl) min_fall_refl = min(fall_refl)

tmp1 = self._distance / 2 / math.cos(self._theta_rad) * math.tan(max_fall_refl) tmp2 = self._distance / 2 / math.cos(self._theta_rad) * math.tan(min_fall_refl) divergence = 1 / (1 + (tmp1 - tmp2) / (2 * self._amin) / 2 / math.cos(self._theta_rad)) return math.sqrt(mirror_reflection_count / total_reflection_count) * divergence

# refraction distance coefficient

def _p_g(self, g):

return (-g * self._k * (1 - self._k) * (self._distance ** 2)) / (4 * self._h0) + self._h_0 / self._h0

def _calculate_free_space_loss(self): return 20 * math.log(4 * math.pi * self._distance / self._lambda_s, 10)

def _calculate_atmosphere_attenuation(self): return 0

def _calculate_minimum_attenuation_coefficient(self) : return self._antenna_1.get_transmit_power() + self._antenna_1.get_gain_coefficient() + \ self._antenna_2.get_gain_coefficient() - self._calculate_free_space_loss() + \ math. fabs(self._antenna_2. get_sensitivity())

def _calculate_wind_reilection_coeificient(self) : self.set_sea_parameters(seawave_lambda=self._wind_lambda,

seawwave_height=self._wind_height) return self.calculate_attenuation()

def _calculate_ripple_reflection_coeificient(self) : self.set_sea_parameters(seawave_lambda=self._ripple_lambda,

seawwave_height=self._ripple_height) return self.calculate_attenuation()

def _calculate_common_reflection_coefficient(self) : Dwind = self._calculate_wind_reflection_coefficient() Dripple = self._calculate_ripple_reflection_coefficient() return math.sqrt(Dwind ** 2 + Dripple ** 2)

def _calculate_attenuation_V(self) : D = self._calculate_common_reflection_coefficient() # reflection coefficient

if self._antenna_1.get_polarization() == Polarization.HORIZONTAL: F = 1 - 2 * math.sin(self._theta_rad) / math.sqrt(EPSILON_SEA - 1) elif self._antenna_1.get_polarization() == Polarization.VERTICAL:

F = 1 - 2 * EPSILON_SEA * math.sin(self._theta_rad) / math.sqrt(EPSILON_SEA - 1) return math.sqrt(1 + (F ** 2) * (D ** 2) - 2 * F * D * math.cos(math.pi * (self._p_g(self._mean_g) ** 2) /

)

def _calculate_fading_percent(self, Vmin) : # coefficient for sea area ksi = 5

Vmin2 = math.pow(10, -Vmin / 20) ** 2

Ttr = Vmin2 * 1.3e-3 * ksi * ((self._distance / 1e3) ** 2) * ((self._freq / 1e9) ** 1.5) / math.pi def f_pg_A(a, pg_m):

return ((2 * a) / (math.pi ** 1.5)) * sum(

[1 / math.sqrt(i + 1) * (math.exp((-8 / 3) * (a ** 2) * (pg_m - math.sqrt(6 * (i + 1))) ** 2) / math.sqrt(i + 1)) for i in range(100)])

A = (1 / self._sigma_g) * math.sqrt(self._lambda_s / ((self._distance ** 3) * self._k * (1 - self._k))) Tint = f_pg_A(A, self._p_g(self._mean_g)) * math.pow(10, -Vmin / 20)

if self._antenna_1.get_polarization() == Polarization.HORIZONTAL:

F_g = 1 - 2 * math. sin(self._theta_rad) / math.sqrt(EPSILON_SEA - 1) elif self._antenna_1.get_polarization() == Polarization.VERTICAL:

F_g = 1 - 2 * EPSILON_SEA * math.sin(self._theta_rad) / math. sqrt(EPSILON_SEA - 1) D_g = self._calculate_common_reflection_coefficient()

self._g0 = (self._h_0 / self._h0 - math.sqrt(3 * math.acos(F_g * D_g / 2) / math.pi)) / \ (self._k * (1 - self._k) * (self._distance ** 2) / (4 * self._h0))

psi0 = 2.31 * A * (self._p_g(self._mean_g) - self._p_g(self._g0)) T0 = 0.5 * (1 - math.erf(psi0 / math.sqrt(2))) Tg = T0 + Tint

def Td(i):

return 10 ** (-math.log(i - 7, math.e) / 1.69)

if self._freq < 3.4e9:

Tgm = 0 else:

alpha_d = 1.47 - 0.09 * math.sqrt(self._freq / 1e9) beta_d = -1e-3 + 5.1e-5 * (self._freq / 1e9) ** 2.45

Im = (Vmin / (100 * beta_d) * math.sqrt(alpha_d / math.pi)) ** (2 / (2 * alpha_d - 1)) Tgm = Td(Im)

def _v_g(g, f): return math.sqrt(1 + (f ** 2) * (D_g ** 2) - 2 * f *

D_g * math.cos(math.pi * (self._p_g(g) ** 2) / 3))

def _p_g(g):

return -(g * self._k * (1 - self._k) * (self._distance ** 2)) / (4 * self._h0) + self._h_0 / self._h0

# nearest interference minimum

n = int(( 1 + (_p_g(self._mean_g) ** 2) / 3) / 2) pg_min = math.sqrt(6 * n)

g_min = (4 * self._h0 * (self._h_0 / self._h0 - pg_min)) / (self._k * (1 - self._k) * self._distance ** 2)

deltaz = (self._antenna_1.get_common_height() * 2 * (1 - self._k) -

(pg_min * 4 * self._h0 + g_min * self._k * (1 - self._k) * self._distance ** 2)) / 4

g_start = 4 * self._h_0 / (self._k * (1 - self._k) * (self._distance ** 2)) x = np.linspace(self._mean_g - g_start, g_start, 10000) vg = [_v_g(g, F_g) for g in x]

# normal distribution of "g"

distribution_g = stats.norm.pdf(x, self._mean_g, self._sigma_g)

# integral of normal distribution

cdf = [(scipy.special.erfc((self._ mean_g - v) / (math.sqrt(2) * self._sigma_g))) / 2 for v in x]

pg = [_p_g(g) for g in x]

plt.subplot(411) plt.plot(x, vg) plt.ylabel(r'$V(g)$')

plt.xlabel(r'$g$')

plt.axvline(x=self._mean_g, color='#aG2cGG', label=r'$\bar g$') plt.axvline(x=self._gG, color='#2caGGG', label=r'$g_G$') plt.axvline(x=g_min, color='red', label=r'$g_{min}$') plt.grid() plt.legend()

plt.subplot(4l2) plt.plot(x, pg) plt.ylabel(r'$P(g)$') plt.xlabel(r'$g$')

plt.axvline(x=self._mean_g, color='#aG2cGG', label=r'$\bar g$') plt.axvline(x=self._gG, color='#2caGGG', label=r'$g_G$') plt.axvline(x=g_min, color='red', label=r'$g_{min}$') plt.grid() plt.legend()

plt.subplot(4l3) plt.plot(x, cdf)

plt.ylabel(r'$\int\ \omega(g)$') plt.xlabel(r'$g$')

plt.axvline(x=self._mean_g, color='#aG2cGG', label=r'$\bar g$') plt.axvline(x=self._gG, color='#2caGGG', label=r'$g_G$') plt.axvline(x=g_min, color='red', label=r'$g_{min}$') plt.grid() plt.legend()

plt.subplot(4l4) plt.plot(x, distribution_g) plt.ylabel(r'$\omega(g)$') plt.xlabel(r'$g$')

plt.axvline(x=self._mean_g, color='#aG2cGG', label=r'$\bar g$') plt.axvline(x=self._gG, color='#2caGGG', label=r'$g_G$') plt.axvline(x=g_min, color='red', label=r'$g_{min}$') plt.grid()

plt.legend() plt.show()

return Tg + Ttr + Tgm

def calculate(self): free_space_loss = self._calculate_free_space_loss() atmosphere_attenuation = self._calculate_atmosphere_attenuation() minimum_attenuation_coefficient = self._calculate_minimum_attenuation_coefficient() attenuation_coefficient = self._calculate_attenuation_V()

fading_percent = self._calculate_fading_percent(minimum_attenuation_coefficient)

print(free_space_loss, atmosphere_attenuation, minimum_attenuation_coefficient, attenuation_coefficient, fading_percent)

return free_space_loss, atmosphere_attenuation, minimum_attenuation_coefficient, attenuation_coefficient, fading_percent

def calculate_V(self): D_g = self.calculate_attenuation()

if self._antenna_1.get_polarization() == Polarization.HORIZONTAL:

F_g = 1 - 2 * math. sin(self._theta_rad) / math.sqrt(EPSILON_SEA - 1) elif self._antenna_1.get_polarization() == Polarization.VERTICAL:

F_g = 1 - 2 * EPSILON_SEA * math.sin(self._theta_rad) / math.sqrt(EPSILON_SEA - 1)

_h_0 = self._antenna_1.get_common_height() * 2 * (1 - self._k) - self._sea_level(self._k * self._distance) -self._seawave_height

def _p_g(g):

return (-g * self._k * (1 - self._k) * (self._distance ** 2)) / (4 * self._h0) + _h_0 / self._h0

def _v_g(g, f): return math.sqrt(1 + (f ** 2) * (D_g ** 2) - 2 * f *

D_g * math.cos(math.pi * (_p_g(self._mean_g) ** 2) / 3))

return _v_g(self._mean_g, F_g)

if_name_== '_main_':

freq_s = 7.2e9

dist = 458GG mean_g = -l.le-7 sigma_g = 8.5e-8

antl = Antenna(platform_height=64.2, stick_height=2G, transmit_power=2l, gain_coefficient=4G.6, sensitivity=-67,

po larizatio n=Polarizatio n. VERTICAL) ant2 = Antenna(platform_height=l98.l, stick_height=l5, transmit_power=2l, gain_coefficient=4G.6, sensitivity=-67,

po larizatio n=Polarizatio n. VERTICAL) att = Attenuation()

if att.set_radioroute_parameters(freq=freq_s, distance=dist, antenna_l=antl, antenna_2=ant2, mean_g=mean_g, sigma_g=sigma_g):

att.set_wind_parameters(wind_lambda=wind_lambda, wind_height=wind_height, wind_direction_deg=G)

att.set_ripple_parameters(ripple_lambda=ripple_lambda, ripple_height=ripple_height, ripple_direc-tion_deg=G)

att.calculate()

ПРИЛОЖЕНИЕ Г

© РОСМОРЛОРТ

федеральное государственное унитарное 1 i г i ди риятие «рогчорпорт

дальневосточный тссейновыё филиал

Влади восток

Директор Дальний

АКТ

о внедрении материя л аь дкссергацЕюляого исследования Гшрййкв

Игоря Святославовича и Дальневосто........ Гпктсшювом филиале ФГУП

■«Рос мор порт»

Мы, нижеподписавшиеся члены крмцее...... уставе:

председатель комиссии;

Начал biiHK СУД Г Владивосток Козлов Александр Маркович и члены комиссии:

1. Начальник ¡отдела радиотехнического обеспечения СУДС Владивосток Портнягин Сергей Анатольевич;

2. Ведущий инженер электро....... СУДС Владивосток Кучеренко Александр

Викторович,

составили настоящий акт о гом, что материалы диссертационной работы аспиранта ФГАОУ ВО «Дальневосточный Федеральный университет?

Сквйрника Игоря Снятое лаеОЕ и ча на с о иск,...... ученой степени кандидата

технических наук по специальности 03.06.1)1 Физика и астрономия, профиль радиофизика, используются в работе ДильиевоеточЕЮга бассейнового филиала ФГУП «lJoe мор порт» для модернизации сети cut ¡и и передачи данных системы управления движением судов.

I федседатель комиссии

ПРИЛОЖЕНИЕ Д

УТВЕРЖДАЮ

АКТ

о внедрении

Мы, нижеподписавшиеся члены комиссии, в составе! Председатель комиссии:

главный научный сотрудник, доктор технических наук Парамонов Н,Б и члены комиссии;

составили настоящие акт о tont, что результаты работы аспиранта Дальневосточного Федерального университета, г. Владивосток, Скварника Игоря Святославовича использовались в ходе выполнения НИР шифр «Про йидец-205(ИТНЭУ М»,

Предложенный Сварником И,С, метод, изложенный в статье; «Опенка производительности беспроводной сети связи для сбора информации о воздушной обстановке» (I Вестник воздушно-космической обороны № 3(19), 201S г,, применен при обосновании путей создания интеллектуальных систем поиска и семантического анализа неструктурированной информации в распределенных автоматизированных системах. Отчет по НИР инв, ЖШан-к от 10.09.201В.

веду щи и инженер-программ ист

начальник отдела

Бочаров H.A. Панова О.Ю.

Председатель комиссии: Члены комиссии:

ПРИЛОЖЕНИЕ Е

РОССИЧСКЛД ФЬДЬРАЦИЛ