11 августа 2016

Применение новых космических телекоммуникационных технологий в интересах ПАО«Газпром»


Анализ совместного использования наземных и спутниковых каналов в составе ведомственной сети ПАО «Газпром»

Сеть связи ПАО «Газпром» является объединяющим звеном деятельности всех функциональных подразделений и оказывает значительное влияние на эффективность технологических процессов бурения, добычи, транспортировки, хранения и переработки газа.

В рамках реализации стратегии информатизации ПАО «Газпром» повсеместно внедряются ИУС. Эти системы предъявляют высокие требования к пропускной способности используемых каналов связи, к их надежности и безопасности.

Ведомственная сеть технологической связи ПАО «Газпром» создавалась на протяжении многих лет одновременно со строительством газопроводов, и часть линий связи еще функционирует на устаревших технологиях и оборудовании. Поэтому текущее состояние сети технологической связи затрудняет внедрение ИУС, в основе которых находится центр обработки данных ПАО «Газпром» (ЦОД), так как требуется наличие цифровых, высокоскоростных и надежных каналов связи для передачи больших объемов информации между администрацией ПАО «Газпром»и дочерними предприятиями, необходимой для их производственно-хозяйственнойи финансово-экономической деятельности.

На практике для формирования цифровых высокоскоростных каналов связи используются составные, разнородные и не всегда резервированные наземные линии связи. Собственной канальной емкости на многих участках недостаточно, в связи с этим возникает необходимость использования арендуемых составных наземных каналов связи у сторонних операторов. Это снижает потенциальную надежность и целостность сети, увеличивает риски в части обеспечения информационной безопасности.

В то же время в ПАО «Газпром» создана и развивается собственная система спутниковой связи «Ямал». Современные спутниковые технологии позволяют организовывать высокоскоростные каналы спутниковой связи до 155–310 Мбит/с «точка — точка» при небольших капитальных затратах и сроках развертывания спутниковых линий связи по сравнению со строительством наземных линий связи.

Тем не менее использование спутниковой связи для организации цифровых высокоскоростных каналов пока ограниченно. В основном спутниковая связь используется как пионерная на период строительства, а также для резервирования наземных ли ний связи, но со скоростями 2–10 Мбит/с.

Основным препятствием применению спутниковой связи для организации высокоскоростных первичных каналов в технологической сети связи ПАО «Газпром»являлось опасение, что повсеместно вводимые ИУС не будут корректно функционировать при использовании спутниковых каналов связи из-за задержки передачи сигнала примерно на 0,2 с, связанной с особенностями спутниковой связи.

По поручению управления связи ПАО «Газпром» на базе дочернего предприятияООО «Газпром добыча Ямбург» при участии ОАО «Газпром космические системы»,ООО «Газпром информ», ООО «Газпром связь» и ООО «Газпром телеком» (рис. 1) были проведены испытания высокоскоростного магистрального канала спутниковой связи для решения задач ИУС ПАО «Газпром».

Испытания показали, что использование высокоскоростных спутниковых каналов связи не нарушает работу ЦОД ПАО «Газпром», сервисы передачи данных, телефония, видеоконференцсвязь (ВКС) и сервисы ИУС работоспособны. При этом наблюдаются увеличение отклика интерфейса системы (около 0,5 с) в интерактивном режиме работы ИУС, а также увеличение времени входа пользователей в ИУС ПАО «Газпром» для работы в интерактивном режиме.

Но доля интерактивного трафика ИУС в канале связи не превышает 15%. Остальной трафик используется дочерними предприятиями ПАО «Газпром» для доступа в Интернет и Интранет, для телефонии, электронной почты, ВКС и др., где задержка спутникового сигнала не ощущается и не является критичной.

В настоящее время на сети технологической связи ПАО «Газпром» внедряются технологии Ethernet и IP MPLS. Это позволяет разделять трафик в групповом канале связи по разным маршрутам. То есть передавать трафик, критичный к задержкам сигнала, по наземному каналу, а основной объем трафика — по высокоскоростному спутниковому каналу.

При этом спутниковый канал может также одновременно резервировать наземный канал связи, по которому идет интерактивный трафик ИУС, а в случае отсутствия надежного наземного канала — быть основным, так как интерактивные сервисы ИУС также остаются работоспособными при использовании спутникового канала.

Состояние космической группировки ПАО «Газпром»

Возможность более широкого использования спутниковой связи появилась благодаря обновлению орбитальной группировки спутников связи ПАО «Газпром»в период с 2012 по 2014 г., которая была осуществлена в соответствии с Программой развития сети связи ОАО «Газпром» на период 2009–2014 гг. [1].

На сегодняшний день орбитальная группировка ПАО «Газпром» состоит из четырех спутников связи: «Ямал-202», «Ямал-300К», «Ямал-401» и «Ямал-402» (рис. 2) с общей пропускной способностью 24 Гбит/с, которые обеспечивают зоной покрытия практически все восточное полушарие Земли [2].

При этом необходимо иметь в виду, что каждый производственный объект ПАО «Газпром» на территории России находится в зоне обслуживания двух или трех собственных спутников связи «Ямал». Это создает возможность орбитального резервирования спутниковых каналов связи, о необходимости которой часто говорят ведомственные связисты.

В Московской обл. (г. Щелково) построен новый телекоммуникационный центр спутниковой связи ПАО «Газпром» (рис. 3), который соединен резервированнымиволоконно-оптическими линиями связи с центральным узлом связи ПАО «Газпром»и основными узлами обмена трафиком сети общего пользования (ММТС-9,ММТС-10, ММТС-5).

В сочетании с большой телекоммуникационной емкостью и широкой полосой транспондеров (72 МГц), установленных на спутниках связи «Ямал», а также современными возможностями спутниковых модемов, применяемых на наземных сетях спутниковой связи, с поддержкой стандартов DVB-S2 и DVB-S2X, использующих высокоскоростные спектрально эффективные методы модуляции (32APSK и выше) и адаптивные методы передачи информации [3, 4], появилась возможность формировать цифровые спутниковые каналы связи со скоростью от 1 до 310 Мбит/с. Основные параметры станций спутниковой связи в зависимости от скоростей в каналах, организованных через телепортОАО «Газпром космические системы», представлены в таблице.

Показатели надежности спутниковых каналов вышли на новый уровень и сегодня не уступают наземным каналам, а часто и превосходят их. Начиная с 2013 г. усредненный коэффициент готовности каналов спутниковой связи в интересах ПАО «Газпром» растет и превысил 0,999.

Этому способствовал ряд технических мер, реализованных на сети спутниковой связи ПАО «Газпром», таких как перевод каналов на новые спутники связи, внедрение технологий автоматической компенсации потерь в радиолиниях (адаптивная модуляция и кодирование (ACM), автоматическая регулировка мощности передатчика (AUPC) и др.), установка специальных радиопрозрачных чехлов на антеннах для уменьшения влияния мокрого снега и дождя. Кроме этого создан единый телекоммуникационный и диспетчерский центр для круглосуточного мониторинга и управления сетью спутниковой связи ПАО «Газпром», организованы поиск и устранение искусственных радиопомех в местах установки станций, обеспечивается тесное взаимодействие с подразделениями связи дочерних обществ ПАО «Газпром».

Новые космические телекоммуникационные технологии

Обновленная космическая группировка ПАО «Газпром» позволяет оперативно организовывать высокоскоростные магистральные каналы спутниковой связи для единой ведомственной сети передачи данных (ЕВСПД) ПАО «Газпром», которые могут соединять центральный офис ПАО «Газпром» с дочерними предприятиями со скоростью 50–155 Мбит/с (рис. 4).

Пропускная способность может гибко наращиваться в зависимости от текущих потребностей и задач. По мере строительства новых наземных линий связи спутниковые каналы могут обеспечивать их резервирование, образуя кольцевые структуры, или переключаться на другие направления.

Спутниковая связь успешно применяется в интересах систем телемеханики, развернуты малые станции спутниковой связи для передачи телеметрической информации от оборудования крановых узлов в интересахООО «Газпром трансгаз Югорск» (рис. 5).

Кроме того, ведется разработка технологии управления крановыми узлами через спутниковые каналы повышенной автономности (система «АСДУК-ПКС»), которая позволяет обеспечить непрерывность дистанционного управления и контроля параметров с центрального пульта управления, автономность оборудования на удаленном узле при отсутствии электроснабжения составляет не менее одного года, а скорость в канале до 1 Мбит/с. Проведена опытная эксплуатация системы на крановом узле ООО «Газпром трансгаз Ухта» на ЛЧМГ Северные районы Тюменской области (СРТО) — Торжок, которая получила положительные отзывы оперативного и обслуживающего персонала и подтвердила возможность использования на газотранспортных объектах.

Одной из приоритетных задач в разработанной комплексной целевой программе развития сети связи ПАО «Газпром» на период 2015–2020 гг. является создание мобильного виртуального оператора (MVNO) в стандарте GSM. Организация каналов спутниковой связи с требуемыми параметрами QoS (доля потерь пакетов — менее 1%, джиттер — не более 20 мс) для сопряжения удаленных базовых станций с контроллерами и центрами коммутации позволит обеспечить быстрое развертывание сети и запуск услуги в максимально короткие сроки при минимальных капитальных вложениях в транспортную магистральную сеть. При этом пропускная способность таких спутниковых каналов может адаптивно увеличиваться по мере роста числа абонентов в сети MVNO.

Все чаще спутниковая связь используется для организации IP-телефонии (в том числе для селекторной связи) с использованием станций с малыми диаметрами антенн (0,75 м). При этом обеспечивается высокое качество речи, так как данная услуга обеспечивается на базе системы широкополосного доступа.

Для организации широкополосного доступа в Интернет развернута сеть станций спутниковой связи в удаленных вахтовых поселках для работников ПАО «Газпром»(рис. 6). Коллективный доступ абонентов к сети обеспечивается с использованием технологии беспроводного доступа Wi-Fi. Услуга доступна на всей территории России, и уже около четырех десятков вахтовых поселков ПАО «Газпром» имеют доступ в Интернет на скорости до 10 Мбит/с.

С использованием космической группировки ПАО «Газпром» организованы каналы спутниковой связи для подвижных объектов (морских, воздушных и наземных), проектируется сеть для обеспечения аварийно-восстановительных работ (рис. 7).

Дальнейшее развитие орбитальной группировки предусматривает создание комплексов связи на базе спутников связи нового поколения (HTS) «Ямал-601»и «Ямал-501» со сроками запуска в 2018 и 2020 гг. Общая пропускная способность спутника «Ямал-601» составит 32 Гбит/с, а спутника «Ямал-501» — 140 Гбит/с, что позволит значительно расширить объем предоставляемых услуг связи на всей территории России. Спутники связи «Ямал-601» и «Ямал-501» открывают новые возможности как для коммерческого применения в рамках предоставления услуг широкополосного доступа, так и для нужд технологической связи ПАО «Газпром»за счет значительного расширения телекоммуникационной емкости и снижения себестоимости услуг связи.

Список литературы

1. 4120ДС1-НИР-1. Программа развития сети связи ОАО «Газпром» на период 2009–2014 годы. — М. : Газпром, 2010. — 173 с.

2. Севастьянов Н. Н. Космические системы Газпрома — М. : Рестарт, 2014. — 248 с.

3. ETSI EN 302 307–1 V1.4.1 (2014–11) Digital Video Broadcasting (DVB); Second generation framing structure, channel coding and modulation systems for Broadcasting, Interactive Services, News Gathering and other broadband satellite applications; Part 1:DVB-S2. — [Электронный ресурс.] — Режим доступа: http://www.etsi.org/deliver/etsi_en/302300_302399/30230701/01.04.01_60/en_30230701v010401p.pdf (Дата обращения: 01.04.2016 г.)

4. ETSI TR 102 376–2 V1.1.1 (2015–11) Digital Video Broadcasting (DVB); Implementation guidelines for the second generation system for Broadcasting, Interactive Services, News Gathering and other broadband satellite applications; Part 2: S2 Extensions (DVBS2X). — [Электронный ресурс.] — Режим доступа: http://www.etsi.org/deliver/etsi_tr/102300_102399/10237602/01.01.01_60/tr_10237602v010101p.pdf (Дата обращения: 01.04.2016 г.)

Загрузить (PDF, 752 КБ)

Автор: Н.Н. Севастьянов (ОАО «Газпром космические системы», РФ, Московская обл.)

Источник: Специальный выпуск журнала «Газовая промышленность»