Техническое извещение 17

Сравнительный анализ радиосетей на примере задачи обновления Государственных электронных навигационных карт (ГЭНК) внутреннего водного транспорта на борту судов речного флота Российский Федерации

В настоящем техническом извещении представлена оценка возможностей различных радиосетей обмена данными в части распределения информации на примере задачи обновления Государственных электронных навигационных карт (ГЭНК) внутреннего водного транспорта на борту судов речного флота Российский Федерации. Результаты настоящего анализа актуальны для аналогичных задач распределения информации, предусматривающих удаленное автоматическое обновление данных на стационарных и подвижных объектах. Материал предназначен для специалистов, занимающихся созданием интегрированных информационно-управляющих систем в промышленности и на транспорте, и может использоваться при выборе технических решений для проектов, связанных с организацией удаленного управления и сбора данных.   

Анализ выполнен на основании классических критериев (требований) оценки систем связи различных типов с использованием бальной системы. Каждому критерию присваивается соответствующий балл исходя из полноты удовлетворения требований конкретной радиосетью:

-  неудовлетворительно – 0 баллов;

-  удовлетворительно – 1 балл;

-  хорошо – 2 балла;

-  очень хорошо – 3 балла.

Дополнительно вводится коэффициент, отражающий важность заданного критерия для рассматриваемой задачи:

- неважно – 0;

- важно – 1;

- очень важно – 2.

Сравнительный анализ проводится для следующих радиосетей связи/обмена данными:

- широкополосная сеть связи свободного доступа¹ IEEE 802.11 WiFi (2,4 ГГц и 5 ГГц);

- сеть сотовой связи общего пользования² стандартов GSM/LTE (900, 1800, 2100 и 2600 МГц);

- отраслевая технологическая³ узкополосная радиосеть обмена данными (диапазоны рабочих частот 136-174, 215-240, 300-340, 406-450 МГц).

Все критерии сведены в две группы: общие требования и дополнительные технико-экономические. Критерии, относящиеся к каждой из групп, являются равнозначными, поскольку относятся к практической реализации конкретной задачи, предполагающей организацию распределенной радиосети обмена данными для судов речного флота, находящихся в акваториях рек и озер Российской Федерации.  

I Общие требования

1 Надежность работы радиосети

Способность сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания и транспортирования.

В соответствии с техническими нормами показателей надежности сети электросвязи коэффициент оперативной готовности⁴ для передачи данных в сетях сотовой связи общего пользования составляет 0,99. Для технологической радиосети обмена данными он составляет не менее 0,999. Требования к коэффициенту оперативной готовности сети связи общего доступа не предъявляются.

Наименование радиосети	Балл
Широкополосная сеть связи свободного доступа	0
Сеть сотовой связи общего пользования	1
Отраслевая технологическая узкополосная радиосеть обмена данными	3

Коэффициент важности – 2.

2 Своевременность доставки данных в радиосети

Способность обеспечивать доставку сообщений или ведение переговоров в заданные сроки.

В радиосетях общего пользования задержки в доставке данных могут изменяться в широких пределах, поскольку зависят от многих факторов, включая нагрузку на сеть, определяемую количеством подключенных к ней абонентов и генерируемым ими потоков данных, а также оперативно-техническими возможностями применяемых аппаратно-программных средств.

В технологической радиосети обмена данными все задержки строго детерминированы, поскольку число подключенных абонентов и генерируемый ими поток данных точно определяются на этапе проектирования радиосети и остаются неизменным в процессе ее эксплуатации. Подключение новых устройств производится с учетом имеющейся пропускной способности радиосети и допустимых задержек в доставке информации. Кроме того, эти задержки оказываются существенно ниже, чем в сетях сотовой связи общего пользования.

Наименование радиосети	Балл
Широкополосная сеть связи свободного доступа	1
Сеть сотовой связи общего пользования	2
Отраслевая технологическая узкополосная радиосеть обмена данными	3

Коэффициент важности – 1.

3 Достоверность циркулирующей в радиосети информации

Однозначное соответствие пакетов информации, переданных абонентским терминалом, являющимся одной стороной установленного соединения по сети передачи данных, и принятых абонентским терминалом, являющимся другой стороной данного соединения.

Этот показатель примерно одинаков для всех трех видов радиосетей, однако, в технологической радиосети дополнительные мероприятия по повышению достоверности данных с учетом реальной обстановки могут оперативно выполняться владельцем сети, а в радиосетях общего пользования – только ее оператором исходя из целесообразности таких мероприятий для всех пользователей сети и самого оператора. При этом в технологической радиосети возможности внешнего воздействия на радиосеть, направленного на компрометацию данных, значительно ограничены за счет того, что доступ к радиосети имеют только «свои» пользователи.

Наименование радиосети	Балл
Широкополосная сеть связи свободного доступа	2
Сеть сотовой связи общего пользования	2
Отраслевая технологическая узкополосная радиосеть обмена данными	3

Коэффициент важности – 2.

4 Доступность радиосети

Способность предоставлять пользователям доступ к ресурсам радиосети и сервисам в любое время.

Для трех типов радиосетей в обычной обстановке доступность примерно одинакова, однако при внешнем воздействии и выводе из строя компонентов системы управления радиосетью доступность радиосети сотовой связи общего пользования может быть утрачена на длительный срок. В соответствии с законодательством Российской Федерации, национальными стандартами, техническими нормами и правилами, лицензиями, а также договором об оказании услуг связи, оператор сети сотовой связи оказывает услуги связи круглосуточно. Если иной срок не установлен законодательством Российской Федерации, оператор устраняет неисправности, препятствующие пользованию услугами связи, в течение семи рабочих дней с даты регистрации обращения абонента. Неисправности, вызванные действиями третьих лиц, подлежат устранению в течение 30 (тридцати) рабочих дней с момента, когда оператору стало об этом известно. В отдельных случаях (обстоятельства непреодолимой силы, крупные аварии и т.п.) сроки устранения неисправностей определяются оператором. Периодические отключения сетей сотовой связи в связи с проведением специальной военной операции полностью подпадают под данную норму.

Технологическая радиосеть обмена данными имеет существенно более короткие сроки восстановления. При этом мероприятия по восстановлению доступности к ней выполняются ее владельцем исходя из действующих приоритетов.

Наименование радиосети	Балл
Широкополосная сеть связи свободного доступа	1
Сеть сотовой связи общего пользования	1
Отраслевая технологическая узкополосная радиосеть обмена данными	3

Коэффициент важности – 2.

5 Скрытность работы радиосети

Способность сохранять в тайне информацию, циркулирующую в системе, а также изменение структуры и характера функционирования.

Технические параметры работы сетей связи свободного доступа и общего пользования имеются в открытом доступе и хорошо известны. Возможности по обнаружению работы технологической радиосети значительно уже, что обусловлено специфическими характеристиками применяемого радиотехнического оборудования,  ограниченной зоной ее электромагнитной доступности (ЭМД), возможностью ее оперативного развертывания в любом районе на временной основе, изменения мест размещения базовых станций и ретрансляторов и связанной с этим реконфигурацией зон ЭМД.

Наименование радиосети	Балл
Широкополосная сеть связи свободного доступа	1
Сеть сотовой связи общего пользования	1
Отраслевая технологическая узкополосная радиосеть обмена данными	2

Коэффициент важности – 1.

6 Живучесть радиосети

Способность выполнять установленный объем функций в условиях воздействия внешней среды и отказов компонентов системы в заданных пределах.

Живучесть сети связи свободного доступа является крайне низкой, поскольку меры по ее повышению не предусматриваются. Радиосеть сотовой связи общего пользования строится на коммерческой основе и для объектов, не относящихся к критической информационной инфраструктуре. Живучесть технологической радиосети обмена данными существенно выше поскольку:

- она может изначально создаваться как сеть повышенной надежности и живучести за счет использования отказо- и катастрофоустойчивых технических решений⁵, предусматривающих дублирование наиболее важных компонентов и исключение единой точки отказа;

- ее архитектура может предусматривать взаимное перекрытие оперативных зон соседних базовых станций, обеспечивая надежную работу даже в случае полного вывода из строя одной из них;

- в случае внешних воздействий технологическую радиосеть проще адаптировать к складывающейся обстановке, поскольку соответствующие мероприятия могут быть предусмотрены на этапе ее проектирования и выполняться специалистами владельца радиосети исходя из реальных потребностей.

Наименование радиосети	Балл
Широкополосная сеть связи свободного доступа	1
Сеть сотовой связи общего пользования	1
Отраслевая технологическая узкополосная радиосеть обмена данными	3

- Коэффициент важности – 2.

7 Безопасность циркулирующей в радиосети информации

Способность противодействовать определенному множеству угроз, преднамеренных или непреднамеренных дестабилизирующих воздействий на входящие в состав сети средства, линии связи и технологические процессы, которые могут привести к ухудшению качества услуг, предоставляемых сетью электросвязи.

Все три типа радиосетей используются для обмена открытой информацией, доступ к которой определяется возможностями доступа к радиосети. С учетом применяемой архитектуры подключение к сети связи свободного доступа и сети связи общего пользования может быть выполнено из любой удаленной точки, включая находящиеся за пределами страны.

Безопасность информации в технологической радиосети оказывается выше в связи с более ограниченными возможностями по внешнему воздействию на радиосеть и вмешательству в ее работу. В связи с ограниченной зоной ЭМД для доступа в технологическую радиосеть и воздействия на нее необходимо находиться в пределах этой зоны. Мероприятия по защите информации проводятся владельцем радиосети исходя из текущих и вновь возникающих угроз, а также действующих приоритетов, перечень таких мероприятий может быть значительно шире, чем в сетях двух других типов, и предусматривать применение криптографических средств.

Наименование радиосети	Балл
Широкополосная сеть связи свободного доступа	0
Сеть сотовой связи общего пользования	1
Отраслевая технологическая узкополосная радиосеть обмена данными	3

- Коэффициент важности – 2.

8 Устойчивость функционирования радиосети

Способность сохранять свою целостность в условиях эксплуатации, установленных производителями средств электросвязи, при отказе части элементов сети электросвязи, а также в условиях внешних дестабилизирующих воздействий природного и техногенного характера.

В технологической радиосети этот параметр определяется реальными требованиями ее владельца и может быть существенно выше аналогичного параметра для сетей двух других типов. При этом технически параметры радиосети, например, выходная мощность базовых станций и аппаратуры пользователей, могут гибко адаптироваться к складывающейся оперативной обстановке в автоматическом режиме, в том числе, с использованием элементов искусственного интеллекта.

Наименование радиосети	Балл
Широкополосная сеть связи свободного доступа	0
Сеть сотовой связи общего пользования	1
Отраслевая технологическая узкополосная радиосеть обмена данными	3

- Коэффициент важности – 2.

9 Целостность радиосети

Способность обеспечения взаимодействия средств электросвязи одной и той же сети электросвязи, а также сетей электросвязи между собой для целей установления соединений между пользователями услугами электросвязи.

Данный параметр примерно одинаков для всех трех видов радиосетей, поскольку все они могут функционировать на основе открытого протокола обмена данными TCP/IP. Однако возможности по интеграции в состав технологической радиосети обмена данными новых технических решений за счет адаптации уже эксплуатирующегося оборудования значительно шире, а внедрение новых технологий может происходить значительно быстрее, поскольку технологии двух других типов радиосетей развиваются исходя из широких потребностей, предъявляющих к радиосети различные, порой даже противоречивые требования.

Наименование радиосети	Балл
Широкополосная сеть связи свободного доступа	1
Сеть сотовой связи общего пользования	1
Отраслевая технологическая узкополосная радиосеть обмена данными	1

- Коэффициент важности – 1.

II Технико-экономические требования

Передача данных ГЭНК имеет ряд специфических технико-экономических требований, которые должны учитываться при анализе и развертывании радиосети.

Радиосеть передачи данных ГЭНК использует топологию связи «точка – много точек», основу которой выполняют базовые станции (БС) или точки доступа применительно к радиосети свободного доступа, обеспечивающие двусторонний обмен данными в направлении «берег-судно».

1 Размер оперативной зоны базовой станции

Оперативная зона (зона обслуживания) базовой станции — это территория покрытия, где обеспечивается качественный сигнал для удаленных устройств.

Оперативная зона точки доступа радиосети связи свободного доступа при работе вне помещений составляет до 300 метров.

Оперативная зона БС сотовой связи общего пользования варьируется в пределах 5–25 км в зависимости от применяемой частоты, высоты подвеса антенн и рельефа местности. На размер такой зоны также влияет плотность (количество) находящихся в ней абонентов. Однако, дальность связи определяется возможностями удаленных терминалов пользователей, имеющих существенно меньшую, чем у БС, выходную мощность, составляющую 0,125-2 Вт против 5-30 Вт у БС, и составляет несколько километров.

Номинальная оперативная зона БС технологической радиосвязи составляет 25 км и может быть увеличена до 320 км при соответствующем подъеме приемопередающей антенны. Это значение будет соответствовать и дальности связи, поскольку удаленный терминал имеет одинаковую с БС выходную мощность, находящуюся в пределах 1-10 Вт. 

Наименование радиосети	Балл
Широкополосная сеть связи свободного доступа	0
Сеть сотовой связи общего пользования	1
Отраслевая технологическая узкополосная радиосеть обмена данными	3

- Коэффициент важности – 1.

2 Пропускная способность радиосети

Пропускная способность радиосети – максимальный объем данных, который может передаваться при заданных ширине полосы частот, соотношении сигнал/шум, модуляцией и условиями распространения радиоволн, а также максимальное количество пользователей, которое может обслуживаться при заданных задержках в доставке информации.

Пропускная способность радиосети в значительной степени определяется временем доступа к ее ресурсам, а также характером (длиной пакетов) передаваемой информации. В связи с этим в отдельных случаях (при обмене короткими сообщениями) радиосети с более высокой скоростью обмена данными могут иметь меньшую пропускную способность по сравнению с радиосетями, работающими на более низких скоростях. 

Наименование радиосети	Балл
Широкополосная сеть связи свободного доступа	3
Сеть сотовой связи общего пользования	2
Отраслевая технологическая узкополосная радиосеть обмена данными	1

- Коэффициент важности – 2.

3 Стоимость эксплуатации радиосети

В связи с тем, что оценку стоимости создания и развертывания радиосети можно определить только на основании проектной документации по заданным объектам, имеет смысл оценить стоимость ее эксплуатации, то есть финансовых затрат на поддержание ее работоспособности и выполнение процедур связи. Тем более, что стоимость развертывания является разовой и, в значительной степени, определяемой действующими государственными тарифами и долгосрочными договорами с производителями программно-технических средств. 

Сеть связи свободного доступа имеет самую низкую стоимость эксплуатации, связанную с невысокой ценой берегового и судового оборудования. Однако при этом необходимо учитывать значительное количество комплектов первого, необходимых для обеспечения обмена данными в обширной зоне.

Использование сети связи общего пользования предполагает задействование береговой инфраструктуры оператора такой радиосети там, где она имеется. В районах, где такая инфраструктура отсутствует, решение рассматриваемой задачи оказывается невозможным. Владельцы судовых терминалов должны оплачивать услуги связи сотового оператора по действующим тарифам, которые, как показывает практика, имеют тенденцию к постоянному росту. Задержка срока оплаты услуг связи в этом случае может приводить к отказу от обслуживания.

В технологической радиосети обмена данными затраты на содержание береговой инфраструктуры относятся на счет ее владельца. Однако они могут быть существенно сокращены за счет использования при развертывании уже имеющегося антенно-фидерного хозяйства, а также полностью компенсированы за счет включения расходов в счета за услуги пользования портовой инфраструктурой⁶.

Наименование радиосети	Балл
Широкополосная сеть связи свободного доступа	3
Сеть сотовой связи общего пользования	0
Отраслевая технологическая узкополосная радиосеть обмена данными	3

- Коэффициент важности – 2.

Ниже представлена сводная таблица комплексной оценки радиосетей различных типов для обновления Государственных электронных навигационных карт (ГЭНК) внутреннего водного транспорта на борту судов речного флота Российский Федерации с учетом коэффициентов важности каждого критерия оценки.

№	Наименование критерия	Коэфф. важности	А	Б	В	А1	Б1	В1
1	Надежность работы радиосети	2	1	2	3	2	4	6
2	Своевременность доставки данных в радиосети	1	1	2	3	1	2	3
3	Достоверность циркулирующей в радиосети информации	2	2	2	3	4	4	6
4	Доступность радиосети	2	1	1	3	2	2	6
5	Скрытность работы радиосети	1	1	1	2	1	1	2
6	Живучесть радиосети	2	1	1	3	2	2	6
7	Безопасность циркулирующей в радиосети информации	2	0	1	3	0	2	6
8	Устойчивость функционирования радиосети	2	0	1	3	0	2	6
9	Целостность радиосети	1	1	1	1	1	1	1
10	Размер оперативной зоны базовой станции	1	0	1	3	0	1	3
11	Пропускная способность радиосети	2	3	2	1	6	4	2
12	Стоимость эксплуатации радиосети	2	3	0	3	6	0	6
	ИТОГО:		14	15	31	25	25	53

 

Условные обозначения:

А – широкополосная сеть связи свободного доступа (без учета коэффициента важности критерия);

А1 – то же с учетом коэффициента важности критерия;

Б – сеть сотовой связи общего пользования (без учета коэффициента важности критерия);

Б1 – то же с учетом коэффициента важности критерия;

В – отраслевая технологическая узкополосная радиосеть обмена данными (без учета коэффициента важности критерия);

В1 – то же с учетом коэффициента важности критерия.

 

Представленные выше данные подтверждены практическими результатами натурных испытаний цифровой системы связи при бедствии (ЦССБ) и доведения корректуры государственных электронных навигационных карт до судов внутреннего водного транспорта, проведенных в ноябре 2025 года на базе Федерального государственного бюджетного учреждения «Канал имени Москвы» (www.kim-online.ru) силами специалистов ООО «Научно-производственное предприятие «НавМарин» (www.navmarine.ru).

Приложение: видеоотчет об испытаниях ЦССБ и доведения корректуры государственных электронных навигационных карт до судов внутреннего водного транспорта Российской Федерации: https://t.me/navcom_ru/10/3197.