Мультисервисные сети2

411

или использования наушников, наукой окончательно не доказан. К примеру, провод от наушника представляет собой антенну, на которую может наводиться значительная часть излучения, а стальной салон автомобиля хоть и ослабляет сигнал, но одновременно и неплохой полый резонатор, в котором напряженность поля возрастает пропорционально его объему.

Вдействующих санитарных нормах нормируется уровень ЭМИ абонентского аппарата. То есть фактически вводятся ограничения на максимальную мощность радиотелефона. Не учитывается, что уровень электромагнитного излучения абонентского аппарата определяется не его максимальной мощностью, а, прежде всего месторасположением пользователя относительно базовой станции и эффективностью работы всей сети сотовой связи.

Впервую очередь, необходимо нормировать не максимальную мощность ЭМИ радиотелефона, а вводить определенные правила эксплуатации всей сети сотовой связи. Обычно на первом этапе создания сети сотовой радиосвязи операторы развертывают незначительное количество базовых станций, у которых зона охвата максимально возможная. В дальнейшем, на втором этапе, с ростом числа абонентов число базовых станций увеличивается, а зона их охвата ограничивается.

Вчастности, проведенные на территории города N измерения уров-

ня электромагнитного излучения абонентских аппаратов показали, что плотность потока мощности излучения не превышает 10 мкВт/см2 при расстоянии до базовой станции до 2...3 км, минимально зафиксиро-

ванный уровень ППМ радиотелефона в стандарте GSM (технология TDMA) – 25 мкВт/см2 (минимально зафиксированный уровень ППМ радиотелефона, работающего по технологии CDMA – 4 мкВт/см2).

Уровень ППМ не превышает 100 мкВт/см2 для радиотелефона стандарта CDMA при удалении от базовой станции на расстояние до 7...8 км, для радиотелефона стандарта GSM – 3...4 км. На границе зоны обслуживания при расстоянии до базовой станции 20...30 км

уровень ППМ радиотелефонов стандарта GSM и СDMA примерно одинаков и достигает 800...1200 мкВт/см2. В стандарте радиотелефона CDMA максимальная мощность излучения радиотелефона достигалась непосредственно перед обрывом связи, а в стандарте GSM – вдали от границы зоны обрыва связи с запасом в 10...15 дБ,

Измерения проводились на территории города на высоте 1,8 м от поверхности земли с максимальной звуковой нагрузкой. Без звуковой нагрузки уровень электромагнитного излучения радиотелефона стандарта CDMA в зоне уверенного приема уменьшается в 5...10 раз, в стандарте GSM в 3...4 раза.

Столь значительное различие эколого-технических характеристик радиотелефонов стандартов GSM и CDMA лишь частично могут быть

объяснены техническими характеристиками абонентских и базовых станций, а также технологией передачи сигнала. Во многом же это объясняется тем, что технические условия на абонентский аппарат с кодовым разделением каналов (CDMA) протокола IS-95 (РД 45.1772001 Минсвязи России) предполагают жесткую, независящую от оператора связь уровня мощности и принимаемого сигнала радиотелефона.

Технические требования к абонентскому аппарату стандарта GSM (РД 45.187-2001 Минсвязи России) регламентируют лишь качественные требования к системе регулировки мощности и даже допускают возможность отключения. Некоторые операторы пытаются компенсировать недостатки частотно-территориального планирования сети сотовой радиосвязи (особенно на первом этапе ее развертывания) изменением параметров системы регулирования мощности.

Результаты проведенных измерений показывают, что решающую роль в уменьшении риска воздействия ЭМИ, создаваемого системами сотовой связи должен сыграть научно-технический прогресс. Далеко не исчерпаны возможности по уменьшению риска воздействия ЭМИ существующих на данный момент сетей сотовой связи.

Впервую очередь это касается оптимизации частотно-территори- альных планов сетей сотовой радиосвязи. Следует также учесть, что существующие модели расчета распространения сигнала не являются универсальными и дают неплохое приближение лишь при свободном распространении радиоволн и больших макросотах. Спроектированные на основании этих расчетов частотно-территориальные планы нуждаются в корректировке на основании инструментальных измерений.

Впринципе операторы заинтересованы в уменьшении ЭМИ абонентского аппарата, поскольку это позволяет увеличить срок службы батареи, уменьшить энергопотребление сети и уровень помех. Однако, когда встает вопрос выбора: меньший уровень воздействия ЭМИ на абонента либо хорошая связь и устойчивая работа сети, «интеллектуальная» система управления сети сотовой связи выдает последнее. И это понятно, поскольку воздействие ЭМИ человек не чувствует, а за плохую связь он строго спросит с оператора. Неоправданно большую мощность излучает радиотелефон в момент передачи абонента от одной базовой линии к другой. Особенно это характерно для операторов, работающих по технологии TDMA.

Хотя пока до конца не ясен «экологический» облик сетей сотовой связи третьего поколения, понятно одно – число базовых станций в данных сетях значительно возрастет, а уровень излучения перспективных мультисервисных терминалов вряд ли уменьшится (скорее, наоборот). Так что проблемы останутся и, очевидно, еще усилятся. В то время как типичным источником добровольного риска воздействия ЭМИ является носимый радиотелефон, типичным источником вынужденного риска воздействия ЭМИ является базовая станция сотовой связи.

413

Считается, что в настоящее время ЭМИ каждой отдельно взятой базовой станции не представляет опасности для населения. Так, проведенные в Москве инструментальные измерения показали, что уровень ЭМИ 99% базовых станций лежит в пределах 10 мкВт/см2 ( действующий гигиенический норматив), причем 91% случаев они были ниже 0,17 мкВт/см2 [6]. Однако максимальные измеренные значения ЭМИ базовых станций сотовой связи составляют 31,2 мкВт/см2, причем они зафиксированы на территориях возможного неконтролируемого доступа населения.

Необходимо также учитывать, что каждый оператор сотовой связи стремится обеспечить достаточный уровень электромагнитного излучения во всех местах возможного скопления населения. В этих условиях на определенные участки городской территории оказывают свое воздействие одновременно несколько базовых станций и последствия такого комплексного воздействия практически не изучены.

При расположении нескольких базовых станций на крыше одного здания возможно превышение ЭМИ на расстояниях до 80 м, В этих случаях операторы сотовой связи пытаются уменьшить уровень ЭМИ изменением направлениям секторов антенн по азимуту. При этом не учитывается, что суммарная равносигнальная зона секторных антенн при удалении более чем на 30 м представляет собой окружность с неравномерностью распределения поля по азимуту в пределах 15...20%.

Проведенные расчеты показывают, что гораздо больший эффект может быть получен при изменении высот подвеса антенн и их наклона по углу места. Особо следует отметить, что в этом случае основное значение должны иметь расчетные результаты, а не инструментальные измерения, так как мощность ЭМИ базовой станции определяется ее загруженностью и реальные методики вывода базовой станции на полную мощность излучения фактически отсутствуют.

При моделировании результатов воздействия микроволнового излучения на человека исследования показали, что ППМ не является интегральным параметром, поэтому была введена норма поглощения мощности электромагнитного излучения, отнесенная к массе тела, в частности, норма допустимого облучения человека, выраженная в мощности электромагнитной волны (Вт), приходящейся на 1 кг живого веса. Эта величина в основном лежит в пределах от 0,28 до 1,5 Вт/кг. Сегодня эта норма даже вводится для обязательного указания в паспорте сотового телефона.

Представленная оценка уровней ППМ, создаваемых различными источниками микроволнового излучения, показывает, что сотовый телефон в этом списке стоит на первом месте. Не следует также сбрасывать со счетов, что уровни ППМ других источников превышают естественный уровень (на семь, восемь порядков) и вносят в экологическую обстановку свой вклад, хоть и не так заметный.

414Глава 15. Экологические аспекты развития мобильной связи

Содной стороны, датские ученые-медики, обследовавшие почти полмиллиона пользователей сотовых телефонов (одно из самых масштабных исследований), не выявили причинно-следственной связи между их использованием и возникновением лейкемии, рака мозга, нервной системы или слюнной железы. Однако и это не дает ответ на вопрос о характере воздействия волнового излучения мобильных телефонов на организм человека, ведь инкубационный период развития медленнорастущей опухоли мозга равен десяти годам, и лишь у нескольких тысяч датчан опыт пользования «мобильниками» приближается к этой цифре.

Большинство радиочастотных волн излучаются антеннами, находящимися в непосредственной близости от мозга пользователя, и уже встречались сообщения ученых из США и Швеции об учащении возникновения опухолей мозга именно с той стороны головы, где обычно во время разговора находится сотовый телефон. В частности, в Швеции получены результаты исследований, согласно которым использование аналоговых мобильных телефонов в течение 10 и более лет увеличивает риск развития рака мозга.

Английские исследователи установили, что через шесть минут температура кожи вблизи от телефона возрастает на 2-3 градуса, изменяется поток воздуха, вдыхаемого через нос со стороны, ближайшей к телефону.

Ученые склонны считать, что долговременное воздействие излучения может-таки привести к непредсказуемым для здоровья последствиям. Австралийская группа ученых ссылается на случай с мужчиной, у которого было нервное расстройство, причину которого они не могли обнаружить даже с помощью сканирования мозга. Исследователи установили, что мужчина имел заметную разницу в реакции одного из полушарий, а также после пользования мобильным телефоном испытывал непрерывные головные боли в течение одного-двух дней.

Ученые из Австралии утверждают, что им удалось разгадать механизм поражения клеток излучением от мобильных телефонов. По словам специалистов из Сиднея, пользование сотовыми аппаратами, образно говоря, вгоняет клетки в «стрессовое состояние» и заставляет их вырабатывать особый белок. Обычно его выброс в организм происходит, например, после травмы или проникновения инфекции. В случае с излучением от сотовых телефонов эти процессы длятся намного дольше и нарушают нормальное функционирование клеток, которые, повреждаясь, могут превращаться в раковые. По признанию самих авторов теории, их гипотеза нуждается в доказательной базе.

Исследование, проведенное шведским национальным институтом труда и норвежским управлением по защите от излучения, показало, что даже люди, которые используют телефон меньше двух минут в день, испытывают дискомфорт и побочные эффекты. Однако при

415

оценке объективности этих исследований нельзя не учитывать и другие факторы. Плохое питание, недостаток сна и постоянный стресс (особенно у деловых людей) могут оказывать воздействие на самочувствие. К тому же абоненты Норвегии, где опасность использования мобильной связи широко обсуждалась в прессе, в два раза чаще сообщали о проблемах, чем абоненты из Швеции, где пресса практически не уделяла ей внимания.

Очевидно, при регулировании воздействия ЭМИ базовых станций, как источника вынужденного экологического риска, предпочтение следует отдать административным (нормативно-правовым, экономическим) механизмам регулирования.

Российские нормы основаны на таком пороге чувствительности, при котором возникают какие-либо физиологические изменения, исчезающие с прекращением воздействия электромагнитной волны. Американский подход к гигиеническим нормам можно назвать «тепловым». В качестве порога выбирался тот уровень излучения, которому соответствует начальная стадия какого-либо патологического или необратимого процесса. В последнее время нормативы разных стран начали сближаться, но, тем не менее, разница все равно достигает 10 и более раз.

Внастоящее время согласно законам РФ «Об охране окружающей природной среды», «Об охране атмосферного воздуха» ЭМИ официально признается загрязнителем окружающей природной среды, со всеми вытекающими отсюда последствиями.

Всоответствии со ст. 12 Федерального закона «Об экологической экспертизе» проекты всех базовых станций должны проходить государственную экологическую экспертизу. Закон РФ «Об охране окружающей природной среды» предполагает введение экономических механизмов регулирования уровня воздействия ЭМИ путем взимания специальной платы за это воздействие. Введение экологического налога предполагается проектом главы «Экологический налог» второй части Налогового кодекса России.

На первом этапе введения экологического налога его действие распространится на передающие радиотехнические объекты, работающие в диапазоне частот 30 кГц – 300 МГц. Для этого диапазона имеются отработанные методики взимания налога и даже проведены расчеты экономического ущерба от воздействия ЭМИ в денежном выражении [7].

То есть действие налога распространится на телевизионные и радиостанции, базовые станции мобильной связи, радиорелейные станции, земные станции спутниковой связи, радиолокационные системы, радиомаяки, прочие функциональные передатчики. Однако пользователи могут облегченно вздохнуть – под действие налога не подпадают носимые радиопередающие объекты, а также осуществляющие свою работу в движении (в том числе абонентские станции сотовой связи).

Предполагается, что за налоговую базу будет принят фактический уровень воздействия на окружающую среду. Под уровнем фактического воздействия, очевидно, следует понимать не только интенсивность электромагнитного излучения (плотность потока мощности, напряженности электрического и магнитного полей), но и масштабы его воздействия (площадь территории, подвергающейся воздействию, количество проживающего там населения). За площадь территории, подвергающейся воздействию, может быть взята зона ограничения застройки.

До недавнего времени сложность введения платы за воздействие электромагнитного излучения обуславливалась отсутствием методик расчета фактического ущерба в результате этого воздействия на здоровье человека и окружающую среду. К настоящему времени проведен целый ряд научных исследований, которые позволяют оценить риск воздействия ЭМИ в денежном выражении (т.е. постепенно вырисовывается ущерб, наносимый здоровью человека при воздействии ЭМИ).

Эксперименты на животных показали, что практически все контрольные системы организма реагируют именно на модулированный сигнал при низкой интенсивности энергии воздействия (100 мкВт/см2). При исследовании теплового воздействия электромагнитного излучения необходимо иметь в виду и тот факт, что ткани живого организма неоднородны. Например, в тканях головного мозга есть участки, которые из-за высокой проводимости способны поглотить значительно большую часть энергии электромагнитного излучения, чем соседние ткани. Возможность такого «локального» перегрева была достоверно установлена еще до изобретения радиотелефона. При превышении некоторых доз высокочастотного излучения в мозгу подопытных животных наблюдались микроскопические участки, которые были буквально сварены.

Не исключено, что подобное явление приведет к раку мозга. Вопрос о воздействии радиотелефонов на здоровье человека остается по сей день открытым.

Практически все группы настаивают на продолжении экспериментов для установления причинной связи между изменениями в состоянии человека и использованием радиотелефона. Ведь исследования обойдутся значительно дешевле, чем лечить «вареные» мозги и возмещать ущерб тысячам людей.

Расчеты, проведенные на основании этих исследований, показывают, что сумма платежа не будет превышать 0,5% от эксплуатационных расходов для предприятий, интенсивность воздействия ЭМИ которых лежит в пределах московских гигиенических нормативов, и 1,5% – интенсивность воздействия ЭМИ которых лежит в пределах федеральных нормативов. К примеру, для базовой станции системы сотовой связи суммарной мощностью 80 Вт с высотой подвеса антенны 45 м годовой размер платежа составит порядка 12 тыс. руб.

417

Внастоящее время дискутируется также вопрос о введении специального налога акцизного типа для товаров, оказывающих негативное воздействие на окружающую природную среду и здоровье человека. Теоретически под действие такого налога могут попасть и абонентские терминалы.

Вероятно, кроме несомненного природоохранного и экономического эффекта введение экологического налога будет стимулировать приоритетное развитие прогрессивных технологий и иметь важный социальный эффект. Наиболее ярко это должно проявиться на системах сотовой радиосвязи. Введение налога за воздействие ЭМИ даст несомненные преимущества системам сотовой радиотелефонной связи и будет способствовать их приоритетному развитию. Можно также прогнозировать отказ многих предприятий от эксплуатации собственных систем мобильной радиосвязи и переход к услугам сотовых систем.

С 1 июня 2003 г. в РФ введены в действие санитарно-эпидеми- ологические правила и нормативы «Гигиенические требования к размещению и эксплуатации средств сухопутной подвижной радиосвязи.

СанПиН 2.1.8/2.2.4.1190-03" (утвержденные 30.01.2003 г. Главным государственным санитарным врачом РФ Г.Г. Онищенко). Указанные нормы действуют на всей территории РФ и устанавливают требования к размещению и эксплуатации средств мобильной радиосвязи в диапазоне радиочастот 27...2400 МГц. В данном документе Минздрав РФ официально рекомендовал некоторые ограничения по использованию сотовых телефонов. В частности, его п. 6.9 гласит: «В целях защиты населения – пользователей подвижных (мобильных) станций сухопутной радиосвязи – рекомендуются следующие мероприятия:

максимально возможно сократить время пользования мобильной радиостанцией;

ограничить возможность использования подвижных радиостанций лицами, не достигшими 18 лет, женщинами в период беременности, людьми, имеющими имплантированные водители ритмов».

Вроссийском подходе к изучению воздействия ЭМИ принято, чтобы оно не вызывало у человека даже временного нарушения биологических функций (т.е. отсчет ведется с момента начала подстройки организма под изменившуюся электромагнитную обстановку), тогда как западные исследователи полагают, что можно спокойно повышать уровень ЭМИ, пока не возникнет патология (т.е. уже наступит болезнь).

Большинство проблем обеспечения электромагнитной безопасности систем сотовой связи обусловлены несовершенством действующей нормативно-правовой базы регулирования. И в этом случае свое слово могут сказать операторы сотовой связи, взяв на себя дополнительные добровольные обязательства.

Контрольные вопросы

1.Каковы возможные последствия бума в области мобильной связи?

2.Какова цель предлагаемой сегодня системы электромагнитной безопасности?

3.Что дает использование технологии CDMA с точки зрения электромагнитной безопасности?

4.Как и почему отличаются показатели потока мощности излучения стан-

дартов GSM и CDMA?

5.Дайте краткую характеристику законов РФ, направленных на обеспечение электромагнитной безопасности?

Список литературы

1.http://www.izvestia.ru/economic/36710 31/07/03.

2.Радиационная медицина, т. 4. Гигиенические проблемы неионизирующих излучений. Авторский коллектив под ред. Ю.Г. Григорьева и B.C. Степанова. М.: Изд. AT, 1999. – 304 с.

3.Григорьев Ю.Г., Степанов B.C., Григорьев О.А., Меркулов А.В. Электромагнит-

ная безопасность человека. Москва, 1999. – 145 с.

4.Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы СанПиН 2.1.8/2.2.4.1190-03 «Гигиенические требования к размещению и эксплуатации средств сухопутной подвижной радиосвязи».

5.Григорьев Ю.Г. Сотовая связь: радиобиологические проблемы и оценка опасности // Радиационная биология. Радиоэкология, 2001. – Т. 41. – № 5. – С. 500-513.

6.Григорьев О.А., Меркулов А.В., Темников А.Г. Оценка электромагнитной обста-

новки в районах размещения базовых станций системы сотовой связи // Материалы 2-й международной конференции «Электромагнитные поля и здоровье человека».

М., 1999. – С. 114-115.

7.Бабина Ю.В. Электромагнитные излучения: будем ли мы платить за их вредные воздействия? // Экос-информ, 1999. – № 12. – С.26-35.

Глава 16. Моделирование мультисервисных сетей в NS2

Сетевой симулятор NS2 (Network Simulator version 2) – результат работы над проектом VINT (Virtual InterNetwork Testbed), организован-

ным агентством передовых оборонных исследовательских проек-

тов DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) и реали-

зуемым под руководством таких научных организаций, как USC/ISI, Xerox PARC, LBNL и UC Berkley. Разработка NS2 велась с 1995 г. на основе пакета REAL network simulator, созданного Калифорнийским университетом в 1989 г., и продолжается по сей день силами множества разработчиков со всего мира [1].

16.1. Основные сведения об NS2

NS2 – это дискретно-событийный симулятор, предназначенный для исследования динамики телекоммуникационных систем [2]. С его помощью осуществляется симуляция поведения проводных и беспроводных сетей связи, используемых для их организации протоколов (IP, TCP, UDP и др.), алгоритмов маршрутизации и передачи различных видов трафика.

Перед разработчиками проекта VINT была поставлена цель – построение программного продукта, позволяющего осуществлять имитационное моделирование сетей связи и обладающего такими характеристиками, как высокая производительность, хорошая масштабируемость, гибкость и возможность визуализации результатов.

NS2, как и REAL, на основе которого создавался данный симулятор, является программным обеспечением с открытым кодом OSS (Open Source code Software). Такое программное обеспечение распространяется бесплатно, без каких-либо ограничений на право использования, модификации и продвижения третьими лицами.

Таким образом, NS2 имеет ряд преимуществ перед коммерческим программным обеспечением:

бесплатность самого пакета и его библиотек, on-line обновлений и изменений;

возможность модификации ядра программы и гибкой настройки в соответствии с требованиями конкретного пользователя;

мультиоперационность (с поддержкой GNU/Linux, FreeBSD, Solaris, Mac OS X и Windows с эмулятором Cygwin).

16.1.1. Архитектура NS2

NS2 представляет собой объектно-ориентированное программное обеспечение, использующее два основных языка: C++ для ядра симулятора и язык скриптов OTcl (Object oriented Tool command language объектно-ориентированный командный язык метапрограммирования) для интерпретации объектов симуляции. Применение двух языков программирования является компромиссом между скоростью обработки событий и удобством использования [1, 2].

Вкачестве системного языка NS2 использует C++, позволяющий обеспечить:

высокую производительность;

работу с пакетами информационного потока на низком уровне абстракции модели;

модификации ядра NS2 для поддержки новых функций и протоколов.

Вкачестве языка программирования высокого уровня абстракции используется язык скриптов OTcl, являющийся объектно-ориентированным расширением языка Tcl (Tool Command

Language командный язык метапрограммирования). OTcl обладает следующими свойствами:

простота синтаксиса;

простота построения сценария моделирования;

возможность соединения блоков, выполненных на системных языках программирования, и простота манипуляции ими.

ВNS2 объекты двух используемых языков объединяются с помощью интерфейса TclCl (Tcl Classes классы Tcl), который сопоставляет объекты C++ обработчикам (handles) языка OTcl.

Общая архитектура NS2, соответствующая представленным выше подходам, приведена на рис. 16.1.

NS2 обеспечивает огромное количество встроенных объектов C++, которые рекомендуется внедрять в скрипт Tcl при создании модели. Однако, если их оказывается недостаточно для целей моделирования, разработчик может создавать собственные объекты C++ и использовать интерфейс TclCl в совместной работе C++ и OTcl.

Результатом симуляции в NS2 являются различные файлы трассировки (трейс-файлы). Трейс-файл – это текстовый документ в формате ASCII, который содержит описание событий, происходящих

вмоделируемой сети.