Развитие информационно-телекоммуникационной среды в Арктике Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 654.16

М.В. Мальков РАЗВИТИЕ ИНФОРМАЦИОННО-ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННОЙ СРЕДЫ В АРКТИКЕ

Аннотация

В обзоре рассмотрены основные проекты, направленные на развитие информационно-телекоммуникационной среды в Арктике. Особое внимание в статье уделено вопросам надежной связи в Арктической зоне РФ.

Ключевые слова:

Арктика, связь, проект, спутниковая система, информационные технологии.

M.V. Malkov DEVELOPMENT OF THE TELECOMMUNICATION ENVIRONMENT IN THE ARCTIC

Abstract

This review is devoted to the main projects, which consider development of the telecommunication environment in the Arctic. Special attention is paid to possibilities of establishing reliable communications within the Arctic zone of Russia.

Keywords:

Ат^ю, connection, project, spacecraft system, information technologies.

Введение

В сентябре 2008 года Президент РФ утвердил документ «Основы государственной политики Российской Федерации в Арктике на период до 2020 года и дальнейшую перспективу». В этом документе определяются главные цели, основные задачи, стратегические приоритеты и механизмы реализации государственной политики Российской Федерации в Арктике, а также система мер стратегического планирования социально-экономического развития Арктической зоны РФ и обеспечения национальной безопасности России. Один из пунктов данного документа посвящен развитию информационно -телекоммуникационной среды в Арктике, а именно: в сфере информационных технологий и связи - формирование единого информационного пространства Российской Федерации в ее Арктической зоне с учетом природных особенностей. В частности, там указывается, что в сфере информационных технологий и связи необходимо:

• внедрить современные информационно-телекоммуникационные технологии и средства (в том числе подвижные) связи, телерадиовещания, управления движением судов и полетами авиации, дистанционного зондирования Земли, проведения площадных съемок ледового покрова, а также системы гидрометеорологического и гидрографического обеспечения и обеспечения научных экспедиционных исследований;

• создать надежную систему оказания навигационных, гидрометеорологических и информационных услуг, обеспечивающую эффективный контроль хозяйственной, военной, экологической деятельности в

Арктике, а также прогнозирование и предупреждение чрезвычайных ситуаций, снижение ущерба в случае их возникновения, в том числе за счет применения глобальной навигационной спутниковой системы ГЛОНАСС и многоцелевой космической системы.

Основные меры по реализации государственной политики в сфере информационных технологий и связи в Арктической зоне РФ должны быть направлены на разработку и широкое использование новейших технологий, в том числе космических средств различного назначения и многопроцессорных универсальных территориально-распределенных сетей [26].

Безусловно, что одним из основных вопросов развития информационно -телекоммуникационной среды в Арктике является вопрос о надежной связи. В интересах преодоления транспортной недоступности арктические территории должны иметь самые современные высокоскоростные средства электронной коммуникации - лучшую в России оснащенность телекоммуникационными сетями, возможности высокоскоростного Интернет-трафика. Арктическая зона РФ должна быть прочно интегрирована в единое информационное пространство страны и мировое.

Проблемы связи в Арктике

Связь в Арктической зоне не очень надежна. В Арктике прохождение КВ-радиосигналов в высокоширотной зоне характеризуется большой нестабильностью. Во многих случаях такая связь практически невозможна. Нестабильность обусловлена воздействием «солнечного ветра» на авроральную зону (где магнитно-силовые линии геомагнитного поля имеют практически вертикальное положение) [25]. Также при мощной вспышке на Солнце, либо при прохождении активной области через центральный меридиан диска, на Землю извергается мощный поток корпускулярного излучения, что может явиться причиной магнитной бури, а затем и ионосферной бури, приводящей к резкому ухудшению, а порой, и полному прекращению прохождения связи на КВ диапазонах. В этом случае нарушение может быть в 40% случаев [21].

Радиосвязь на КВ обеспечивается преломлением (отражением) волны внутри какого-либо слоя ионосферы. Напомним, что ионосфера Земли представляет собой совокупность ионизированных слоев или областей (Б, Е, Б и расположенных на расстоянии 60-400 км от поверхности Земли), возникших под влиянием солнечной радиации и плавно переходящих одна в другую. Ионосфера состоит из смеси газа нейтральных атомов и молекул (в основном азота N2 и кислорода О2) и квазинейтральной плазмы (число отрицательно заряженных частиц примерно равно числу положительно заряженных). Степень ионизации становится существенной уже на высоте 60 километров и неуклонно увеличивается с удалением от Земли.

В ночное время, когда отсутствует излучение Солнца, концентрация ионизированных частиц падает, что приводит к ослаблению преломляющих свойств ионосферы [20]. Это обстоятельство также может сказываться на распространении радиоволн.

В настоящее время системы связи не только не обеспечивают возможности навигации на всей территории Арктической зоны, но и не предоставляют гражданам возможности пользоваться современными

информационно - коммуникационными услугами в полном объеме. В то же время потенциальными потребителями услуг связи в Арктической зоне помимо населения являются федеральные и региональные органы исполнительной власти, силовые структуры, транспортные (в том числе судоходные и авиационные) компании и предприятия ТЭК [12].

Основные телекоммуникационные проекты

Основные задачи системы связи Арктики - это обеспечение надежной работы всех технологических систем отраслевых предприятий, силовых министерств и ведомств в рамках общей мультисервисной сети связного холдинга с возможностью предоставления услуг:

• телефонной связи, включая обеспечение беспроводными телефонами;

• передачи данных для систем управления, мониторинга, видеонаблюдения за объектами, передачи данных для ситуационных и логистических центров;

• диспетчерской связи, электронной почты и факсимильных сообщений;

• доступа к информационным ресурсам и информационно-справочным службам.

Современная связь в Арктике должна быть реализована в цифровом формате. Основные требования к цифровой сети связи Арктики:

• создание цифровой полносвязной сети связи региона на базе собственных линий и готовых цифровых сетей различных операторов, наземных спутниковых терминалов и местных соединительных линий для включения всех объектов региона в общую сеть;

• формирование с помощью сети непрерывной транспортной среды с возможностью подключения любого объекта к общей цифровой сети и получения необходимых услуг в любой точке расположения объекта сети;

• создание пользовательского узла доступа на однотипном оборудовании, обеспечивающем подключение всех технологических подсистем, их работу и возможность соединения объектов внутри холдинга в соответствии с технологическими нуждами;

• обеспечение надежности и оперативности путем создания нескольких маршрутов соединений для каждого объекта, автоматической маршрутизации и коммутации, постоянного мониторинга состояния и работы сети.

В соответствии с Программой развития Арктической зоны РФ в период 2013-2017 гг. должно быть обеспечено создание единого информационного пространства. Технологической основой информационного пространства должны стать:

• единая телекоммуникационная сеть, обеспечивающая взаимодействие

ведомственных телекоммуникационных сетей и АСУ единой

телекоммуникационной сетью;

• АСУ единой системы контроля использования воздушного пространства и единой системы организации воздушного движения;

• АСУ единой системы контроля использования морского пространства;

• АСУ РЖД и морского (речного) транспорта;

• автоматизированная система управления войсками и средствами межведомственной, межвидовой и межродовой группировки войск;

• АСУ ГО и ЧС, МВД, ФСБ;

• АСУ предприятий горной, металлургической, лесной, нефтедобывающей промышленности, рыболовства, звероводства и т. п.

Важнейшим элементом перечисленных АСУ являются средства обнаружения и контроля наземной, воздушной, морской, метеорологической, радиационной, химической, биологической, сейсмической и другой обстановки.

Представители ряда ведомств [1] предлагают создать технологическую основу сети связи на базе модернизированной линии радиорелейнотропосферной связи «Север» построенной на 46 тропосферных станциях УКВ-диапазона «Горизонт-М». Эта линия в 2000 году снята с эксплуатации как выработавшая свой ресурс основного оборудования. Задачи, которые решались этой системой, были переданы на систему спутниковой связи (ССС). Следует отметить, что тропосферные линии связи (ТЛС) являются одним из наиболее эффективных способов связи с морскими буровыми платформами, удаленными от материка островами, труднодоступными и малонаселенными районами, расположенными в высокоширотных областях, а также при организации линий связи в чрезвычайных условиях [15]. Опыт эксплуатации и развития системы спутниковой связи в Арктике показал, что темпы развития региона и потребности в информационном обслуживании развитием только ССС не удовлетворяются и экономически весьма дорогие, а по надежности еще и не всегда отвечают требованиям эксплуатации. Возврат в УКВ-диапазон должен произойти на модернизированном возрождении тропосферной системы связи «Горизонт-М». Основой модернизации является замена старого аналогового оборудования приемо-передатчиков и каналообразования, на цифровое оборудование. При этом в эксплуатации остается оборудование антенных систем, которое является наиболее дорогостоящим и трудоемким по доставке на объекты и развертыванию. В то же время современное цифровое оборудование приемо-передающих трактов и цифрового каналообразования построено на применении новых технологий, является малогабаритным и слаботочным. Оно позволяет обеспечить его размещение непосредственно на антенных опорах с дистанционным управлением и контролем. При таком подходе структура сети будет представлять основную магистраль от Мурманска до Владивостока вдоль Северного морского пути (СМП) с узлами выделения каналов (узлами доступа) на всех портовых объектах морских и речных побережьях Арктики. От основной магистрали вдоль побережья рек будут развернуты рокадные тропосферные линии, выходящие на основную кабельную (волоконно-оптическую) магистраль «Европа - Дальний Восток». Сопряжение модернизированной цифровой сети «Север-М» с системой спутниковой связи Северо-Восточного региона и сетью первичной связи сотовых операторов позволит промышленным объектам СМП, пунктам управления силовых министерств и административным органам на местах обеспечить полнодоступный информационный выход, как в пределах России, так и на международных операторов. На местах развертывания узловых и ретрансляционных станций предполагается развивать цифровые мультисервисные сети сотовой связи, дежурные сети радиодоступа в виде сетей транкинговой системы радиосвязи общего пользования в интересах мобильных

абонентов (кораблей на СМП, самолетов, различных экспедиций, бригад геологоразведки и т. д.) [1].

Для сопряжения модернизированной цифровой сети «Север-М» с системой спутниковой связи существует план запуска на высокоэллиптические орбиты двух спутников. Высокоэллиптические орбиты находятся на максимальном удалении от Северного полюса, что позволяет обеспечивать более качественную связь и получать со спутников на Землю более полную информацию из Арктики. Существующие спутники не обеспечивают эффективную связь в Арктике, поскольку спутниками на геостационарных орбитах арктические широты покрываются ненадёжно. Однако данный проект не входит в Федеральную космическую программу и пока находится в стадии формирования [2].

Существует также и иной план развития информационно -телекоммуникационной среды в Арктике. Роскосмос совместно с Росгидрометом, Минсвязи России, другими федеральными органами работает над реализацией принципиально новых проектов, направленных на достижение нового качества использования космических технологий в интересах развития экономики России, в частности Арктической зоны РФ. Этими организациями ведется разработка новейшей системы наблюдения и связи - многоцелевой космической системы (МКС) «Арктика». МКС «Арктика» разработана в подпрограмме «Освоение и использование Арктики» ФЦП «Мировой океан». Создание МКС «Арктика»:

• позволит комплексно решать задачи экономического развития, международного транспортного сообщения, обороны и контроля иных видов деятельности;

• обеспечит решение задач контроля чрезвычайных ситуаций, оценки ущерба и управления процессами ликвидации последствий;

• предоставит возможность создания развитой информационной инфраструктуры, что будет способствовать решению многочисленных задач обеспечения безопасной эксплуатации транспортной системы Арктики;

• создаст информационную основу для расширения углеводородной и минерально-сырьевой базы и контроля климатических процессов в Арктике;

• обеспечит прогресс в области прогноза погоды, что позволит странам Северного полушария Земли и мировому сообществу в целом лучше прогнозировать погодные и климатические аномалии, которые могут причинить значительный социально-экономический ущерб;

• создаст информационную основу для мониторинга экологической обстановки в Арктике;

• обеспечит передачу широкозонных дифференциальных данных систем ГЛОНАСС и GPS;

• обеспечит развитие спутникового радио-телевещания и предоставление полного спектра услуг связи в арктическом регионе гражданским организациям и населению;

• обеспечит президентскую и правительственную связь в арктической

зоне;

• будет способствовать укреплению позиции Российской Федерации в решении сложных экономических и политических задач во взаимоотношениях с

другими государствами, имеющими территории или интересы в арктическом регионе [11].

В соответствии с данным проектом главными узлами инфраструктуры связи в Арктике будут системы ГЛОНАСС и МКС «Арктика». МКС «Арктика» состоит из трёх подсистем. Подсистема «Арктика М» предназначена для гидрометеорологического и климатического мониторинга, служебной и аварийной связи. «Арктика-М» состоит из орбитальной группировки двух космических аппаратов на высокоэллиптической орбите. Начало её испытаний запланировано на 2014 год, эксплуатация - на 2016 год. Подсистема «Арктика-Р» создаётся для радиолокационного мониторинга ледовой обстановки. Начало её испытаний состоится в 2015 году, эксплуатация - в 2018 году. Радиолокационный спутник «Арктика-Р» сможет отслеживать ледовую обстановку, что необходимо для проводки судов по Северному морскому пути и в устьях сибирских рек. Он также поможет в разведке нефти, газа и других полезных ископаемых. Наконец, два спутника связи «Арктика-МС» будут обеспечивать телефонную связь, телевизионную и радиопередачу в FM-диапазоне в арктическом регионе, в том числе для морских и воздушных судов [8]. «Арктика МС» - это спутниковая связь, вещание и навигация. Её коммерческий сегмент - «Арктика МС1» - разрабатывает ООО «Газпром -космические системы», «Арктика МС2» - это государственный сегмент. «Арктика МС2» - космическая подсистема правительственной связи, управления воздушным движением, ретрансляции навигационных сигналов. Все подсистемы имеют наземные комплексы управления, приема, обработки и распространения данных. Эксплуатация спутников будет способствовать динамичному социально-экономическому развитию северных территорий России и приполярных стран. Предпроектная разработка универсальной космической системы «Арктика» показала, что ее создание возможно в ближайшие четыре года. Система «Арктика» позволит нашей стране стать лидером в одном из важнейших направлений космической деятельности, поможет в освоении северных территорий и создании на них комфортных условий для проживания и работы [6]. Сегодня нет космических систем подобного рода. Кроме России только Канадское космическое агентство начинает работать над созданием аналогичной системы, основанной на принципах создания МКС «Арктика» [4].

По оценкам экспертов, в случае успешной реализации проекта, новшество позволит России занять лидирующие позиции в освоении Арктики и решить ряд задач по мониторингу Полярного круга. Проект «Арктика» получил поддержку от Всемирной Метеорологической Организации [9].

Кроме вышеуказанных, также разрабатывается международный проект «Поларнет». Это транснациональный телекоммуникационный проект, который преследует цель объединить три континента - Европу, Азию и Америку мощными морскими оптико-волоконными кабельными линиями связи по дну Арктических морей [3]. Волоконно-оптическая линия связи (ВОЛС) - это вид системы передачи, при которой информация передается по оптическим диэлектрическим волноводам, известным под названием «оптическое волокно». Технологии ВОЛС помимо вопросов волоконной оптики охватывают также вопросы, касающиеся электронного передающего оборудования, его стандартизации, протоколов передачи, вопросы топологии сети и общие

вопросы построения сетей. Следует отметить, что ВОЛС являются одним из самых перспективных направлений в области связи. Пропускные способности оптических каналов на порядки выше, чем у информационных линий на основе медного кабеля. Оптоволокно невосприимчиво к электромагнитным полям. Оптические сети способны передавать сигнал на большие расстояния и с меньшими потерями [22]. Широкая полоса пропускания обусловлена

чрезвычайно высокой частотой несущей - 1014 Гц. Это дает потенциальную возможность передачи по одному оптическому волокну потока информации в несколько терабит в секунду [23]. В настоящее время скорость передачи информации достигает 10 Гб/сек [24].

C 2000 года российская компания ЗАО «Поларнет Проект» проводит комплекс подготовительных работ по строительству данной глобальной сети [17]. В основном кабель будет прокладываться по морским путям.

Магистральную линию планируется уложить вдоль территории России по дну Арктических морей. Протяженность российского участка трассы составляет около 6500 км [16]. Общая протяженность кабельной системы «Поларнет» составит около 18000 км [18].

На базе строящейся инфраструктуры создается уникальная глобальная сетевая платформа «Поларнет-Грид», которая даст массовому потребителю возможность пользоваться практически всем набором современных

информационно-вычислительных и коммуникационных услуг с помощью универсальных клиентских устройств доступа [17].

Выше говорилось о возможном сопряжении модернизированной цифровой сети «Север-М» с сетью первичной связи сотовых операторов и создании общей сети связи. Некоторые представители сотовой связи уже ведут работу в Арктике по созданию первичной сети связи для предоставления гражданам возможности пользоваться современными информационно -коммуникационными услугами. Так, сотовый оператор ОАО «Мобильные ТелеСистемы» (МТС), расширил зону покрытия сети в обеспечении связью арктической территории России. В 2010 году компания МТС обеспечила связью северные точки Дальнего Востока. Связь появилась в ряде поселков Чукотского АО и на севере Якутии. Воспользоваться услугами сети МТС теперь могут еще более десяти тысяч человек, проживающих на Крайнем Севере. Благодаря проведенным работам зона покрытия МТС на Чукотке увеличилась на 30% и в Якутии на 10%. Жителям арктических территорий России доступны звонки, отправка SMS и MMS-сообщений, мобильный Интернет. В некоторых населенных пунктах мобильная связь - единственная возможность для недорогой связи и выхода в Интернет. Компания МТС развивает сеть и в других северных районах России. Так, с начала 2010 года связью МТС были обеспечены поселки Магаданской области и Чукотский АО. Кроме того, МТС -единственный оператор, обеспечивающий сотовой связью поселки Таймырского АО. МТС также является единственным оператором связи, запустившим сети 3G в Таймырском АО еще в 2008 году.

*

Сотовый оператор ОАО «Мобильные ТелеСистемы» (МТС) - крупнейший оператор мобильной связи в России и странах СНГ, консолидированная абонентская база компании составляет более 100 млн. абонентов [10].

Затраты на обеспечение связью арктических территорий и районов Крайнего Севера на 30% выше, чем регионов в средней полосе России. Сложности связаны с доставкой оборудования, отсутствием навигации в период с октября по май, организацией транспортной сети. Температура в Арктике может опускаться до -600С, поэтому оборудование, устанавливаемое МТС в арктических регионах, способно бесперебойно работать даже при низких температурах. Самая северная точка, где работает сеть МТС, находится на Новой Земле [5,7].

Заключение

Основой телекоммуникационной связи в Арктике, по мнению правительства РФ, должна стать многоцелевая космическая система (МКС) «Арктика». Это не значит, что остальные проекты не будут реализованы. Подразумевается, что МКС «Арктика» будет реализовываться в первую очередь. Остальные проекты будут реализованы позже.

Литература

1. Направление развития информационно-телекоммуникационной среды Арктики.

- Режим доступа: http://www.armv.informost.ru/2010/sbomik/3-2.php

2. Россия намерена запустить два спутника для обеспечения связи в Арктике. -Режим доступа: http://www.s1043.ru/newness.html?id=418

3. Госполитика в Арктике: не мычим, не телимся.

- Режим доступа: http://www.innoedu.ru/analvtics/?ELEMENT Ю=14759

4. Пресс-конференция о проекте многоцелевой космической системы «Арктика». - Режим доступа: http://www.federalspace.ru/

5. МТС обеспечивает сотовой связью Арктику.

- Режим доступа: http://www.procontent.ru/news/18513.html

6. Роскосмос: Реализации космического проекта «Арктика» ждут не только в России, но и в приполярных странах мира. - Режим доступа: http: //www .gisa.ru/42459 .Ыш1

7. МТС расширил зону покрытия до Арктики.

- Режим доступа: Ошибка! Недопустимый объект гиперссылки.

8. Россия будет наблюдать за Арктикой из космоса. - Режим доступа:

http://www.nkj.ru/archive/artic1es/13947/

9. «Арктика» выйдет в космос. - Режим доступа: http://vz.m/society/2009/1/14/246386.htm1

10. Сотовый оператор «Мобильные ТелеСистемы» (МТС) расширил зону покрытия сети и обеспечил связью арктическую территорию России. -Режим доступа: http://www.comnews.ru/index.cfm?id=58839

11. Разработка системного проекта многоцелевой космической системы «Арктика» в части проведения научно-экономической оценки создания и эксплуатации МКС «Арктика». - Режим доступа: http://www.imce.ru/Annotation2009/mks-ark0109.htm

12. Для Арктической зоны создадут систему спутниковой связи. - Режим доступа: http://www.rosinvest.com/news/288972/

13. Радиолюбители смогут выходить на связь с экспедицией в Арктике! - Режим доступа: http://news.cqham.ru/webnews/?id=806

14. « Мобильные ТелеСистемы» сообщил о расширении зоны покрытия сети и обеспечении связью арктической территории России. - Режим доступа: http://www.sotovik.ru/news/mts-v-arctike.html

15.Второе пришествие ТСЛ. - Режим доступа: http : //www. connect.ru/article. asp?id=7172

16. Три континента свяжет «Поларнет». - Режим доступа: http ://press.msco. ru/news/

17. Проект «Поларнет-Грид». - Режим доступа: http://www.polarnetproject.ru/ru/about.html

18. Евроазиатский транзит. - Режим доступа: http://viperson.ru/wind.php?ID=437559

19. Прохождение на КВ диапазонах. - Режим доступа: http://www.qrz.ru/solar/

20. Особенности радиосвязи. - Режим доступа: http://www.t-a.ru/stati/

21. О КВ радиосвязи. - Режим доступа: http: //www .etc-com.ru/radio/HF -

about/?dir=1

22. Волоконно-оптические линии. - Режим доступа: http://www.regionstplus.ru/

23. Кабель волоконно оптический, линии связи. - Режим доступа: http://optical-

clip.ru/

24. Волоконно-оптические сети передачи данных. - Режим доступа:

http://www.askud.ru/services/

25. Прохождение сигнала по «высокоширотным трассам». - Режим доступа:

http://www.radioscanner.ru/forum/ topic31995.html

26. Россия озвучила основы своей политики в Арктике. - Режим доступа:

http://vpk .name/news/

Сведения об авторе Мальков Михаил Васильевич

к.ф.-м.н, научный сотрудник. Учреждение Российской академии наук Институт информатики и математического моделирования технологических процессов Кольского научного центра РАН.

Россия, 184209, г. Апатиты Мурманской обл., ул. Ферсмана, д. 24А. е -mail : malkov@iimm. kolacs.net.ru

Michael V. Malkov

Ph.D. (Phys.&Math. Sci.), researcher. Institution of Russian Academy of Sciences, Institute for Informatics and Mathematical Modeling of Technological Processes, Kola Science Center оf RAS.

Russia, 184209, Apatity Murmansk region, Fersman St. 24 А.