Качество обслуживания абонентов при беспроводном доступе в телекоммуникационных сетях железнодорожного транспорта тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.17, кандидат технических наук Подворный, Павел Валерьевич

• Подворный, Павел Валерьевич
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Подворный, Павел Валерьевич

ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЗОР ТЕХНОЛОГИЙ БЕСПРОВОДНОГО ДОСТУПА В ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СЕТХ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

1.1. Технологии низкоскоростного доступа

1.1.1. Технология стандарта GSM-R

1.1.2. Технология стандарта TETRA

1.2. Технологии высокоскоростного беспроводного доступа

1.2.1. Общие сведения о технологиях высокоскоростного беспроводного доступа

1.2.2. Технология стандарта CDMA 2000 1x450 (IMT-MC-450)

1.2.3. Технология стандарта IEEE 802.11 (Wi-Fi)

1.2.4. Технология стандарта IEEE 802.16 (WiMAX)

1.3. Выводы

2. МЕТОДИКА ОЦЕНИВАНИЯ КАЧЕСТВА ОБСЛУЖИВАНИЯ АБОНЕНТОВ В СЕТЯХ БЕСПРОВОДНОГО ДОСТУПА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО УЗЛА. КАЧЕСТВО ОБСЛУЖИВАНИЯ В СЕТЯХ НИЗКОСКОРОСТНОГО БЕСПРОВОДНОГО ДОСТУПА

2.1. Аналитические модели распределения абонентов по территории обслуживания сети

2.2. Сопоставление аналитических и экспериментальных оценок качества обслуживания абонентов в железнодорожном узле при беспроводном доступе стандартов GSM-R и TETRA

2.3. Учет нагрузки транзитных для соты абонентов

2.4. Выводы

3. AHA ЛИЗ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ СЕТЕЙ И СРЕДСТВ РАДИОДОСТУПА ПРИ ОРГАНИЗАЦИИ ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ НА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ СТАНЦИЯХ. КАЧЕСТВО ОБСЛУЖИВАНИЯ В СЕТЯХ ВЫСОКОСКОРОСТНОГО БЕСПРОВОДНОГО ДОСТУПА

3.1. Анализ функциональных возможностей сетей радиодоступа при организации высокоскоростной передачи данных на железнодорожных станциях на примере технологии Radio Ethernet стандарта IEEE 802.

3.2. Анализ функциональных возможностей средств радиодоступа при организации высокоскоростной передачи данных на железнодорожных станциях на примере технологии Radio Ethernet стандарта IEEE 802.

3.3. Оценка качества обслуживания абонентов в железнодорожном узле при беспроводном доступе стандарта IEEE 802.

3.4. Выводы

4. МЕТОДИКА ОЦЕНИВАНИЯ КАЧЕСТВА ОБСЛУЖИВАНИЯ АБОНЕНТОВ В СЕТЯХ БЕСПРОВОДНОГО ДОСТУПА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА ПРИ СКОРОСТНОМ ДВИЖЕНИИ

4.1. Влияние скорости движения на показатели качества обслуживания при беспроводном доступе стандарта TETRA

4.2 Влияние скорости движения на показатели качества обслуживания цифровых сетей беспроводного доступа технологии CDMA

4.3. Выводы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Качество обслуживания абонентов при беспроводном доступе в телекоммуникационных сетях железнодорожного транспорта»

Актуальность темы. В настоящее время происходит модернизация систем и сетей связи Федерального железнодорожного транспорта. Особенно актуальными являются задачи создания новых сетей радиодоступа по организации высокоскоростной передачи данных на железнодорожных станциях, исследования характеристик цифровой сети технологической радиосвязи с учетом специфики скоростного движения. Настоящая работа решает вопросы научного обоснования решения перечисленных задач.

В настоящее время на сети железных дорог сложилась сложная ситуация с сетями беспроводного доступа (прежде всего - сетями технологической радиосвязи). В эксплуатации находится более 183 тысяч радиостанций, в том числе стационарных - 35 тысяч, локомотивных - 58 тысяч, носимых - 90 тыс. Более 50% средств технологической радиосвязи различного назначения выработали свой ресурс, более 40% - не соответствуют установленным требованиям. Поскольку используются устаревшие аналоговые технологии, то независимо от степени износа все 100% средств беспроводного доступа подлежат замене.

В программе развития цифровых вторичных сетей связи железнодорожного транспорта предусмотрена и модернизация сетей беспроводного доступа ( сетей технологической радиосвязи). Одним из ее направлений является строительство цифровых систем.

Цифровые сети должны строиться на направлениях транспортных коридоров, на линиях с максимальными объемами грузовых и пассажирских перевозок.

Основными целями создания цифровых систем беспроводного доступа являются решение задач по информационному и технологическому перевооружению железнодорожного транспорта, информационного сопровождения скоростного и высокоскоростного движения поездов, создание многоуровневой комплексной системы безопасности движения поездов. Это способствует повышению пропускной способности железнодорожных участков и станций, увеличению участковой скорости движения поездов, развитию услуг для пассажиров и клиентов ж.д. транспорта в части информационных услуг и мониторинга перевозок.

Цель работы состоит в совершенствовании методики аналитического оценивания качества обслуживания абонентов в сетях беспроводного доступа железнодорожных узлов, оценивания качества обслуживания абонентов в сетях беспроводного доступа железнодорожного транспорта при скоростном движении.

Реализуется следующая последовательность решения задач диссертационной работы:

Заключение диссертации по теме «Теоретические основы информатики», Подворный, Павел Валерьевич

4.3. Выводы

1 .Предложена методика оценивания качества обслуживания абонентов в сетях беспроводного доступа железнодорожного транспорта при скоростном движении. В расчетные формулы методики расчета зон обслуживания в сетях низкоскоростного беспроводного доступа железнодорожного транспорта введен поправочный коэффициент - дополнительное затухание, учитывающее увеличение отношения сигнал/шум (ОСШ) на входе приемника при существенном увеличении скорости движения. Определена его зависимость от скорости движения подвижного объекта.

2. Предложено дополнение методики расчета зон обслуживания в сетях низкоскоростного беспроводного доступа железнодорожного транспорта формулой, ориентированной на определение координационного расстояния.

3. Определена необходимость существенного уменьшения расстояния между БС в сетях беспроводного доступа железнодорожного транспорта на участке скоростного движения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании выполненных исследований получены следующие результаты и выводы.

1 .Для получения оценок (в том числе граничных) необходимого числа каналов систем беспроводного доступа в телекоммуникационных сетях железнодорожного транспорта использованы модели, основанные на двумерных равномерном, причинно-вырожденном, гиперпричинном, композиции причинно-вырожденного и равномерного, усеченном пуассоновском распределениях абонентов на территории обслуживания. Замена реального кластера, образованного кругами (при круговых диаграммах направленности антенн базовых станций БС), на используемый при моделировании кластер, состоящий из равновеликих квадратов, не вносит погрешности в расчет количества каналов БС.

2.На примере оценивания качества обслуживания абонентов в сетях низкоскоростного беспроводного доступа (стандартов TETRA и GSM-R) Московского железнодорожного узла иллюстрированы сформулированные в диссертации общие для сетей беспроводного доступа выводы

- модели, основанные на двумерных равномерном и причинно-вырожденном распределениях абонентов на территории обслуживания, предоставляют граничные оценки необходимого числа каналов (групп каналов) БС причем реальное значение существенно ближе к верхней оценке, предоставляемой моделью равномерного распределения;

- при известном общем количестве абонентов на территории обслуживания следует использовать модель усеченного пуассоновского распределения для определения количества каналов (групп каналов) БС с последующим завышением полученных результатов на 10-15%;

- при известных общем количестве абонентов на территории обслуживания и максимальном количестве абонентов в одной из сот следует использовать модель композиции причинно-вырожденного и равномерного распределений (с определением значения коэффициента композиции ге) для определения количества каналов (групп каналов) БС с последующим завышением полученных результатов на 10-15%. И в том, и в другом случаях превышение на 10-15% полезно и в плане учета перспективы развития сети;

- использование аналитических моделей для моделирования количества групп каналов БС обеспечивает более высокую точность по сравнению с моделированием количества каналов БС.

- использование аналитического моделирования позволяет производить оценку количества каналов (групп каналов) БС, исключающую достаточно трудоемкое статистическое обследование для определения реального количества каналов.

3.В качестве базовой технологии сети высокоскоростного беспроводного доступа в телекоммуникационных сетях железнодорожного транспорта выбран перспективный стандарт IEEE 802.16., для которого определены принципы организации, обеспечивающие доступ стационарных и мобильных пользователей к необходимым информационным ресурсам, высокоскоростную беспроводную передачу видеоинформации и телеметрии в режиме реального времени в интересах конкретных служб, решения задач по обеспечению безопасности движения поездов.

4.На примере сети высокоскоростного беспроводного доступа (стандарта IEEE 802.16) Московского железнодорожного узла при различных вариантах размещения базовых станций БС произведена оценка необходимого числа каналов.

5.Предложена методика оценивания качества обслуживания абонентов в сетях беспроводного доступа на железнодорожном транспорте при скоростном движении. В расчетные формулы известной методики расчета зон обслуживания в сетях низкоскоростного беспроводного доступа железнодорожного транспорта введено дополнительное затухание, учитывающее увеличение отношения сигнал/шум (ОСШ) на входе приемника при существенном увеличении скорости движения. Определена его зависимость от скорости движения подвижного объекта. Предложено дополнение методики ориентированное на определение координационного расстояния. Определена необходимость существенного уменьшения расстояния между БС в сетях беспроводного доступа на железнодорожном транспорте при скоростном движении.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Подворный, Павел Валерьевич, 2006 год

1.Концепция технического и организационного развития хозяйства связи и вычислительной техники ОАО «РЖД» 4.1 Книга 1, 2. ЦСВТ, 2005г.

2. Инвестиционная программа Департамента связи и вычислительной техники. ЦСВТ, 2005г.

3. Antscher М. Signal und Draht. 1998. № 10, стр. 5-7 (Цифровая система радиосвязи GSM-R. Железные дороги мира. 12.1998)4. http://www.mobil.ru/GSM-R5. www.siemens.ru SIEMENS Communication: GSM-R:2G/2.5G

4. Ицкович Б.С. Железные дороги переходят на «цифру». BKCC-Connect № 07, 2003г.

5. Уоткинс М. Новый стандарт цифровой мобильной радиосвязи для железных дорог Европы. Железные дороги мира, 2000г., №7

6. Arms J.-Ch. Signal und Draht. 1999. № 12, стр. 17-19 (Испытание системы управления движением поездов на базе радиосвязи. Железные дороги мира. №04, 2000г.)

7. Pinter R. TETRA Approaches for Unison // Mobile Communications International. April, 1995.

8. Журавлев A. GSM-R мобильная радиосвязь для железных дорог. ALcom ELECTRONICS №9, 2005г.

9. Горелов Г.В., Кудряшов В. А., Шмытинский В.В. и др. Телекоммуникационные технологии на железнодорожном транспорте. Под ред. Г.В.Горелова. М.УМК МПС России, 1999 г.

10. Renduchintala М., Razzell Ch. TETRA Radio Terminal Desigh: Technical Challenges of the Thisical Layer. Philips Telecommunication Review. October, 1995. p. 52-56.

11. Description of the TOMSON-CSP Speech Coder for TETRA Standardisation. ETSI/STC REC 6.5 (94) 26 rev.l

12. Neue Trends in Bundelfunk// Funkschau 24/95. p. 58-59.

13. Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы.- СПб.: Питер, 2002

14. Блэк Ю. Сети ЭВМ: протоколы, стандарты, интерфейсы перев. с англ.-М.: Мир, 1990

15. Engineering memorandum. Truked System in the Land Mobile device, MPT 1318, Department of trade and industriy.

16. Aguilar M., Barcelo F., Paradells J. Mean Waiting Time in the M/H2/s Queue: Application to Mobile Communications Systems, IMACS'97. C. 577-582.

17. Armando Annunziato and Davide Sorbara, TETRA radio performance evaluated via the software package TETRASIM, Mobile Networks and Applications №5, 2000.- C. 17-26.

18. Пинтер Ранко, TETRA основные положения (часть 1). Сети, №1, 2000 г.

19. Пинтер Ранко, TETRA основные положения (часть 2). Сети, №2, 2000 г.

20. Тамаркин В. М., Невдяев JI. М., Сергеев С. И. Современные системы связи. М.: ЦНТИ «Информсвязь», 1994. - С. 103.

21. Громаков Ю. А. Стандарты и системы подвижной радиосвязи. М.: ЦНТИ, 1997.-С. 124.

22. Тамаркин В.М., Невдяев JI.M., Сергеев С.И. Транкинговые системы связи. М.: «Сети и системы связи», №9, 1996. - С. 27.

23. Громаков Ю. А. Стандарты и системы подвижной радиосвязи. М.: МЦНТИ, 1997.-С. 124.

24. Тамаркин В. М., Громов В. Б., Сергеев С. И. Транкинговые системы радиосвязи. М.: МЦНТИ, 1997. - С. 108.

25. Ватолло В. В., Пропускная способность систем радиосвязи Средства связи и телекоммуникации № 2, 1996г.

26. Шварц М. Сети связи: протоколы, моделирование и анализ: В 2-х ч. Ч. I: Пер. с англ. М.: Наука, 1992. - С. 258.

27. Шварц М. Сети связи: протоколы, моделирование и анализ: В 2-х ч. Ч. II: Пер. с англ. М.: Наука, 1992. - С. 272.

28. Кий Н. TETRA в России итожит прожитое и ищет свои частоты. М.: ИнформКурьерСвязь, №11 2004.-С. 18-19.

29. Шельгов В.И. Новинки всемирного TETRA-Конгресса. М.: Сети и системы связи, №4, 2005.- С.81-82.

30. Хорошилов В. Перспективы развития цифрового транкинга в России -М.: Mobile Communications International, №1, 2001,стр. 58-64.

31. Шельгов В.И. Перспективы проекта «ТЕТИАРУС», М.:. Сети и системы связи, №5, 2004.- С. 63-67.43Шельгов В.И. Новое в технологии TETRA, М.:. Сети и системы связи, №5, 2004.-С. 68-72.

32. Шельгов В.И. Оборудование TETRA на российском рынке, М.:. Сети и системы связи, №5, 2004.- С. 74-83.

33. Шельгов В.И. Новинки всемирного TETRA-конгресса, М.:. Сети исистемы связи, №4, 2005.- С. 81-84.46.0вчинников A.M., Воробьев С.В., Сергеев С.И. Открытые стандарты цифровой транкинговой радиосвязи. М.: Связь и бизнес, 2000г.

34. Транкинговые системы радиосвязи, www.radiocom.poltava.ua.48. www.Tetra-rus.ru. ТЕТРАРУС49.http://cdma450.by.ru/imtmc.html.

35. Евстратов Г.Н. Некоторые аспекты построения сетей 1МТ-МС-450 в России. 08.04.2004 Информационный портал CDMA.ru51. http:// www.Mobil.ru/ieee802.1152. www.wifi-ufa.ru

36. Решения для мобильных абонентов http://www.romb.net/topics/radio/?id=l 7 Источник: Diamond communications.

37. Беспроводные сети и системы связи Стандарт IEEE 802.16 http://si.ibs.ru

38. Буров П. Н., Дедоборщ В. Г., Зарецкий К. А. и др. О единой системе показателей надежности и качества функционирования коммутационных узлов и станций Электросвязь, 1978, № 12.

39. Руководящий документ по Общегосударственной системе автоматизированной телефонной связи (ОГСТфС). Ч. 1. М.: Радио и связь, 1982.-С. 143.

40. Хинчин А. Я. Работы по математической теории массового обслуживания. М.: Физматгиз, 1963. - С. 235.

41. Бакланов Ю. А., Дедоборщ В. Г., Иванова О. Н., Основные понятия в области качества обслуживания абонентов телефонных сетей, М.: Электросвязь, 1983,№ 11.

42. Семенов Ю.А. Стандарт широкополосной беспроводной связи IEEE 802.16. ГНЦ ИТЭФ http://grouper.ieee.org/groups/802/16/index.html.

43. ETSI TR101 177 VI.1.1, Broadband Radio Access Networks (BRAN); Requirements and architectures for broadband fixed radio access networks (HIPERACCESS).

44. ETSI TR101 853 VI.1.1 (2000-10), Rules for Coexistence of P-P and P-MP systems using different access methods in the same frequency band.

45. ITU-R Recommendation F.746-1, Radio frequency channel arrangements for fixed services in the range 22.0 GHz to 29.5 GHz.

46. ITU-R Recommendation F.758-2, Considerations in the development of criteria for sharing between the terrestrial fixed service and other services.

47. ITU-R Recommendation F.l 191, Bandwidths and unwanted emissions of digital radio relay systems.

48. ITU-R Recommendation F.l249-1, Maximum equivalent isotropically radiated power of transmitting stations in the fixed service operating in the frequency band 25.25.27.5 GHz shared with the intersatellite service.

49. ITU-R Recommendation F.l 399, Vocabulary of terms for wireless access.

50. ITU-R Recommendation P.452, Prediction procedure for the evaluation of microwave interference between stations on the surface of the Earth at frequencies above about 0.7 GHz.

51. ITU-R Recommendation P.676-4, Attenuation by atmospheric gases.

52. ITU-R Recommendation P.838, Specific attenuation model for rain for use in prediction methods.

53. ETSI EN 301021 vl.4.1 (2001/03) Fixed Radio Systems; Point-to-multipoint equipment; Time division Multiple access (TDMA); Point-to-Multipoint digital radio systems bands in the range 3 GHz to 11 GHz.74. http://www.mobil.ru/IEEE 802.16 (WiMAX)

54. Горелов Г.В. Сопоставление оценок числа каналов в сотовой сети связи.// Информационно-управляющие системы на железнодорожном транспорте.-2000-Ж с. 12-13.

55. Горелов Г.В. Нерегулярная дискретизация сигналов. М. Радио и связь.-1982.-256с.

56. Горелов Г.В. ,Казанский Н.А., Неклюдов А.Б., Артемов А.А. Аналитические модели распределения по территории обслуживания абонентов сотовой системы. Телекоммуникации, №4, 2001. с.27-32.

57. Горелов Г.В., Подворный П.В. Оценивание качества обслуживания абонентов сети цифровой технологической радиосвязи BKCC-Connect №01, 2005г.

58. Babenko S.V., Tolmachev P.N., Petrov A.A., Podvorny P.V. and other Actual questions of telecommunication systems and networks research // Advances in Electrical and Electronic Engineering, Slovakia, Zilina.-2006.-№3. P. 421425.

59. Горелов Г.В., Подворный П.В. Технологии беспроводного доступа в телекоммуникационных сетях железнодорожного транспорта. ВКСС-Connect № 02, 2006г.88. www.mobil.ru Информационный портал. 25.03.2004 WiMAX -беспроводная сеть завтрашнего дня

60. DNews: Сети и телекоммуникации В. Романченко WiMAX -беспроводная магистраль в будущее 15.11.2005г.

61. Gutierrez F., Valdovinos A.Digital Timing-Recovery Techniques for TETRA Systems. University of Zaragoza, Spain, http://www.techonline.com/community/edresource/14779.

62. Леднев A.B., Каргулин С.Г., Климова T.B. Расчет зон обслуживания транкинговых систем радиосвязи. Автоматика, связь, информатика, №12,2002. с. 16,17.

63. МККР. Отчет 567-4, вопрос 11/5. Данные о распространении радиоволн и методы прогнозирования для наземной сухопутной подвижной службы, использующей полосу частот от 30МГц до 1500МГц. 1990.

64. Ваванов Ю.В., Горелов Г.В. Применение ЭВМ при проектировании технологической железнодорожной радиосвязи. М.: МИИТД990.

65. Горелов Г.В., Авдеев М.А., Иванов П.А., Подворный П.В., Смагин О.С. Влияние скорости движения на дальность уваренной радиосвязи. BKCC-Connect №04, 2005г.

66. Pirard W. Data transmission on the French MORANE trial site. Measurements carried out in Februaiy 1998. ISSeP. О 25 T 8003 2. 1998r.

67. Горелов Г.В., Моторина Е.Г., Подворный П.В., Карпов А.В. Качество IP-телефонии по радиолинии, организованной по технологии Radio-Ethernet с использованием триаксиального излучающего кабеля. Автоматика, связь, информатика. №7, 2005, с 15.

68. Исследование характеристик функционирования цифровых телекоммуникационных систем и сетей железнодорожного транспорта. Отчет по НИР № 101Н/04-179Н/04. МИИТ.2004г. (Заказчик-ВНИИАС МПС РФ)

69. Горелов Г.В., Моторина Е.Г., Подворный П.В. Расчет радиолинии диапазона 450 МГц. Научно-техническая конференция Неделя науки-2004 «Наука-транспорту».- М: МИИТ, 2005г.

70. Горелов Г.В., Подворный П.В. Качество обслуживания абонентов сети с сотовой структурой. Международная научно-техническая школа-конференция «Молодые ученые-2005».26-30.09.2005