Разработка методов проектирования и оценки производительности гибридных телекоммуникационных систем на базе лазерной и радио технологий тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.12.13, кандидат наук Шаров, Станислав Юрьевич

• Шаров, Станислав Юрьевич
• кандидат наук
• 2014

Оглавление диссертации кандидат наук Шаров, Станислав Юрьевич

Оглавление

Введение

1 Тенденции развития технологий гибридных каналов связи

1.1 Лазерные и беспроводные технологии

1.2 Миллиметровый радиоканал

1.3 Стандарт беспроводной связи IEEE 802.lin

1.4 Гибридные каналы передачи информации на базе радио и лазерных технологий

2 Способы переключения

2.1 Мощностной гистерезис (РН, power hysteresis)

2.2 Временной гистерезис (ТН, time hysteresis)

2.3 Фильтрация (Filtering)

2.4 Комбинированные алгоритмы

3 Математическая модель гибридного беспроводного канала связи с холодным резервом

3.1 Описание математических моделей гибридного беспроводного канала связи

3.1.1 Стационарное распределение вероятностей состояний системы

3.1.2 Матрично-аналитический метод вычисления стационарных вероятностей

3.1.3 Стационарное распределение вероятностей состояний системы в произвольный момент времени

3.1.4 Условия существования стационарного режима

3.1.5 Характеристики производительности системы

4 Математическая модель беспроводного гибридного канала связи с горячим резервом

4.1 Статистическая обработка метеоданных и отыскание функции распределения периодов доступности и недоступности оптического канала

4.2 Описание математических моделей гибридного беспроводного канала связи с горячим резервом

4.2.1 Марковский процесс, описывающий состояния системы, и условия эргодичности

4.2.2 Стационарное распределение марковского процесса, описывающего состояния системы

4.2.3 Характеристики производительности системы

5 Пакет программ для аналитического и машинного (имитационного)

моделирования гибридного канала связи

5.1 Общее описание функционала пакета программ

5.2 Архитектура программного комплекса

5.2.1 Графический пользовательский интерфейс

5.2.2 Консольный интерфейс

5.3 Public API для взаимодействия со сторонними программами

5.4 Оркестратор

5.4.1 Одноразовый обсчет модели

5.4.2 Усреднение по нескольким итерациям

5.4.3 Варьирование интенсивности входящих пакетов

5.4.4 Варьирование времен переключения между каналами

5.4.5 Варьирование параметров погоды

5.5 Функциональный блок для имитационного моделирования

5.5.1 Планировщик

5.5.2 Вспомогательные модели: модель погоды и модель трафика

5.5.3 Модель гибридного устройства

5.6 Блок вспомогательного функционала

5.7 Отладка и оптимизация алгоритмов

5.8 Входные параметры

6 Численные результаты

Заключение

Список иллюстраций

Список литературы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка методов проектирования и оценки производительности гибридных телекоммуникационных систем на базе лазерной и радио технологий»

Введение

Системы атмосферной оптической линии связи (АОЛС) все активней завоевывают рынок беспроводных устройств связи, обеспечивающих высокую пропускную способность. На больших расстояниях оптоволоконные кабели по-прежнему предпочтительнее для обеспечения высокой скорости передачи данных. Однако благодаря тому, что системы АОЛС значительно дешевле, а время развертывания системы намного меньше, применение этой технологии вместо волоконной оптики считается эффективным на расстояниях до 5 км.

Благодаря высокой несущей частоте, находящейся в диапазоне 300 ТГц, технология лазерных атмосферных каналов позволяет осуществлять высокоскоростную передачу данных необходимую для таких приложений, как потоковое видео и звук, видео по запросу, конференцсвязь с использованием телевизионных каналов и т.д. Атмосферная оптическая линия связи может быть также широко использована для организации корпоративных сетей. Однако подобные оптические беспроводные линии подвержены сильному влиянию со стороны среды, по которой распространяется сигнал, которая в абсолютном большинстве случаев является земная атмосфера. Среди всех факторов, ослабляющих сигнал в атмосферной оптической линии, туман вносит наибольший вклад, т.к. размер капелек тумана сравним с длиной волны в используемом оптическом диапазоне; в тоже время затухание из-за дождя относительно менее значимо для таких беспроводных оптических линий. Сравнимую высокую скорость передачи данных может обеспечить и радиоканал [1], например, радиоканал в миллиметровом диапазоне, работающий в диапазоне частот от 30 до 300 ГГц. Для таких радиоканалов наибольшую проблему представляют дождь, град и мокрый снег, значительно уменьшая мощность сигнала в радиоканале. Особенно важно отметить, что туман не оказывает значительного влияния на функционирование миллиметрового радиоканала, т.к. повышенная влажность вызывает затухание менее чем 5 дБ/км.

Гибридные системы связи находят широкое применение для решения проблемы последней мили и в ad-hoc сетях. Применение различных комбинаций атмосферных оптических линий и радиоканала предлагались во множестве областей, например, было предложено использовать гибридный канал совместно с аэростатами [2], в мобильных ad-hoc сетях [3], [4], совместно с другими наземными и спутниковыми линиями связи [5], [6], [7], [8], [9], [10] и т.д. Проведён ряд экспериментов по сбору статистики работы гибридных систем. Так, в работе [11] в течение 14 месяцев собиралась статистика для двух дублирующих друг друга каналов: AOJ1C и миллиметрового радиоканала. «Дублирующие» в данном случае означает, что одни и те же данные одновременно передавались по двум параллельным каналам и измерялся коэффициент доступности как для каждой линии в отдельности, так и для всего гибридного канала в целом. Согласно собранной статистике время доступности гибридного канала составило 99.93%. Это значение в большинстве случаев приемлемо для построения корпоративных сетей.

В целом рассматриваются два основных подхода для построения гибридных систем. Первый заключается в том, что все время параллельно работают обе линии, тем самым приводя к потере 50% доступной пропускной способности, вызванной дублирующей передачей данных. Во втором подходе используется механизм переключение, таким образом, что большую часть времени функционирует только одна линия, тем самым позволяя уменьшить объем излишне передаваемых данных и использовать резервный канал только по мере необходимости, в случае когда в основном канале возникают ошибки. Механизм переключения в гибридных каналах, используемый во втором подходе, обсуждался, например в [12], [13], [14], [15]. Однако во всех этих работах предложенный механизм переключения не использует пропускную способность резервного канала, если доступен основной.

В последнее время стали рассматривать и третий вариант. Предлагается механизм переключения, позволяющий увеличить полезное использование

пропускное способности каналов, применяя механизм распределения нагрузки, когда оба канала доступны. Кроме того, если линия не доступна, то механизм продолжает следить за каналом, до тех пор, пока связь не восстановится. В большинстве работ, например [11], механизм переключения основывается на сравнении уровня полученного сигнала с пороговым значением. Однако такой механизм переключения обладает большим количеством недостатков, поэтому в последнее время появились работы, предлагающие альтернативные способы переключения [15].

Целью диссертационной работы является построение и исследование математических и имитационных моделей для разработки нового гибридного беспроводного оборудования, объединяющего в себе преимущества лазерных атмосферных каналов связи и широкополосных радиосредств. Для достижения цели исследования были поставлены и решены следующие задачи:

• Разработана математическая модель гибридного канала как однолинейной системы массового обслуживания с двумя возможными скоростями обслуживания и ограниченным временем их использования (холодный резерв).

• Разработаны математические модели и методы исследования характеристик гибридного канала связи при параллельном использовании лазерного канала и канала миллиметрового диапазона радиоволн (71-76 и 81-86 ГГц) как системы массового обслуживания с двумя неоднородными приборами (горячий резерв).

• Для исследования моделей гибридного канала с произвольными функциями распределения времен обслуживания и поступления пакетов разработан комплекс имитационных (машинных) моделей.

• Разработан пакет программ для анализа производительности и проектирования гибридных систем, включающий в себя функционал аналитических моделей холодного и горячего резерва, имитационные

модели гибридной системы с холодным резервом, гибридной системы с горячим резервом.

• На базе статистических данных определены параметры функции распределения случайных величин, описывающих времена переходов устройства из одного режима работы в другой, являющиеся исходными данными для исследуемых моделей.

• С помощью разработанного пакета программ проведены численные эксперименты по анализу основных характеристик гибридной системы (средняя длина очереди, среднее время ожидания пакета в очереди) в каждом из описанных вариантов (холодный и горячий резерв), выбора оптимальных времен переключения и т.д.

Методы исследования. Для достижения поставленной цели в диссертационной работе используются методы теории вероятности, теории случайных процессов и комбинаторного анализа, а так же методы имитационного моделирования.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Разработанные математические модели адекватно описывают функционирование гибридной системы на базе атмосферной оптической линии связи и радиоканала, функционирующего под управления протокола IEEE 802.1 In (холодный резерв), или канала миллиметрового диапазона радиоволн (горячий резерв).

2. Характеристики гибридной системы с холодным резервом могут быть рассчитаны как характеристики однолинейной системы массового обслуживания с двумя возможными скоростями обслуживания и ограниченным временем их использования.

3. Характеристики гибридной системы с горячим резервом могут быть рассчитаны как характеристики системы массового обслуживания с

двумя неоднородными приборами. В данном случае в гибридной системе оптический и радио каналы используются параллельно.

4. Разработанный пакет прикладных программ предоставляет возможности анализа характеристик, выбора параметров и проектирования гибридных систем на базе лазерной и радио технологий.

Научная новизна результатов диссертационной работы заключается в следующем:

1. Впервые разработаны математические модели, позволяющие проводить комплексный анализ эффективности работы комбинированных приемопередатчиков:

• системы с холодным резервом - гибридной системы, включающей в себя атмосферную оптическую линию связи и резервный радиоканал, функционирующий под управлением протокола IEEE 802.1 In. Разработанная модель позволяет оценить следующие характеристики системы с холодным резервом: распределение времени работы системы между режимами, средняя длина очереди при работе в каждом из режимов и в произвольный момент времени, среднее время пребывания заявки в системе.

• Системы с горячим резервом - гибридной системы, которая состоит из атмосферной оптической линии связи и резервного канала миллиметрового диапазона радиоволн. Математическая модель позволяет оценить следующие характеристики гибридной системы с горячим резервом: доля использования каждого из приборов (по отношению к общему числу обслуженных заявок), среднее число заявок, обслуженных каждым из приборов, средняя длина очереди, среднее время ожидания в системе.

2. Разработанный пакет программ позволяет моделировать зависимости указанных характеристик гибридной системы с холодным и горячим резервом от следующих параметров:

• интенсивность входящего потока заявок

• времена переключения между режимами

• индивидуальны характеристики отдельных каналов связи входящих в гибридную систему

Практическая ценность и реализация результатов.

Результаты диссертационной работы внедрены при выполнении Государственного контракта № 14.740.11.0392 между Институтом радиотехники и электроники РАН и Минобрнауки РФ, выполняемого в рамках Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» по теме «Разработка нового поколения аппаратуры гибридных каналов передачи мультимедийной информации на базе лазерной и радио технологий».

В состав отчетных документов по Государственному контракту вошли следующие результаты диссертационной работы:

• выбор оптимальных параметров протокола передачи мультимедийной информации, обеспечивающих максимальную производительность гибридной системы связи;

• разработка и исследование математической модели гибридной системы связи с использованием методов, теории стохастических систем и сетей для оценки надежности и других характеристик функционирования системы связи на базе лазерной и радио технологий;

• результаты статистической обработки метеоданных и построение функции распределения периодов доступности и недоступности атмосферных лазерных каналов связи.

Результаты диссертационной работы были внедрены в проектах ЗАО «Мостком», являющимся одним из основных разработчиков в Российской Федерации атмосферных оптических каналов связи и гибридных систем на базе лазерной и радио технологий.

Пакет программ, разработанный в рамках диссертационной работы, эффективно использовался при проектировании нового поколения сверхвысокоскоростных атмосферных оптических каналов связи (свыше 1 Гбит/с) и их резервирования радиоканалами IEEE 802.1 In. Использование результатов диссертации позволило ускорить разработку нового поколения гибридных систем связи и повысить их качество, что подтверждается актом о внедрении результатов диссертационной работы в проектах ЗАО «Мостком».

Получено свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2012611411 от 6 февраля 2012 на «Программный комплекс аналитического и машинного (имитационного) моделирования гибридного канала связи».

Получен патент РФ №2471292 на изобретение «Многоканальная система передачи информации повышенной надежности на базе лазерной и радио технологий» по заявке № 2011128081 от 08.07.2011г.

Апробация результатов работы. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на следующих конференциях:

• Всероссийское совещание по проблемам управления (Москва, 2014, ИПУ РАН);

• Научные семинары РУДН (Москва, 2012-2013);

• Всероссийская конференция «Информационно-телекоммуникационные технологии и математическое моделирование высокотехнологичных систем» (Москва, 2011, РУДН);

• Международная конференция «Распределенные компьютерные и телекоммуникационные сети» (Москва, 2011);

• Международная конференция «Распределенные компьютерные и телекоммуникационные сети» (Москва, 2010);

• Международная конференция «Распределенные компьютерные и телекоммуникационные сети» (Москва, 2009);

• Международная конференция МАСОМ (Санкт-Петербург, 2008);

• Конференция «Информационные технологии и системы» (Звенигород, 2007).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 научных работ [16], [17], [18], [19], [20], [21], [22]. Из них 2 статьи опубликованы в рецензируемых научных журналах, утвержденных в перечне ВАК. 5 работ [18], [19], [20], [21], [22] опубликованы в трудах ведущих международных и российских научно-технических конференций.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка иллюстраций, списка литературы, включающего 54 наименования. Работа изложена на 116 страницах и содержит 23 рисунка и 6 таблиц.

1 Тенденции развития технологий гибридных каналов связи

1.1 Лазерные и беспроводные технологии

Технология AOJIC (её также называют FSO - Free Space Optics, БОКС -Беспроводной Оптический Канал Связи, или JIAJI - Лазерная Атмосферная Линия) основывается на передаче данных модулированным излучением в инфракрасной (или видимой) части спектра через атмосферу и их последующим детектированием оптическим фотоприёмным устройством. При этом в качестве излучателя обычно используются инфракрасные лазеры класса 1 или 1М (к лазерам 1-го класса относят полностью безопасные лазеры, выходное коллимированное излучение которых не представляет опасности при облучении глаз и кожи [23]) Для низкоскоростных коммуникаций на небольшие расстояния могут использоваться свето диоды. В качестве приёмника используются лавинные или кремниевые фотодиоды.

К основным преимуществам атмосферных оптических линий связи относятся [24], [25], [26]:

• высокая пропускная способность и качество цифровой связи. Современные FSO-решения могут обеспечить скорость передачи цифровых потоков до 10 Гбит/с при показателе битовых ошибок всего 10-12, что невозможно достичь при использовании любых других беспроводных технологий;

• отсутствует необходимость получения разрешения на использование частотного диапазона. FSO-системы используют инфракрасный диапазон электромагнитного спектра далеко за границей 400 ГГц (определенной как верхняя граница для радиочастотного регулирования на территории РФ), поэтому никаких лицензий и специальных разрешений не требуется;

• высокая защищённость канала от несанкционированного доступа и скрытность. Ни одна беспроводная технология передачи не может предложить такую конфиденциальность связи как лазерная. Перехватить сигнал можно только установив сканеры-приемники непосредственно в узкий луч от передатчиков. Реальная сложность выполнения этого требования делает перехват практически невозможным. А отсутствие ярко выраженных внешних признаков (в основном, это электромагнитное излучение) позволяет скрыть не только передаваемую информацию, но и сам факт информационного обмена. Поэтому лазерные системы часто применяются для разнообразных приложений, где требуется высокая конфиденциальность передачи данных, включая финансовые, медицинские и военные организации;

• высокий уровень помехоустойчивости и помехозащищенности. FSO-оборудование невосприимчиво к радиопомехам и само их не создаёт;

• возможность установить лазерную атмосферную линию там, где затруднительно проложить проводную линию связи.

В общем, технология является альтернативой традиционным беспроводным линиям радиосвязи с частотами в диапазонах 2.5 и 5.6 ГГц и оптоволоконным линиям связи. Система AOJIC может быть развернута очень быстро, если есть доступ к электроэнергии и возможности закрепления приемопередатчика на стабильной платформе. Это позволяет использовать систему также для временных решений таких как, например, массовые мероприятия или встречи в местах, где отсутствует широкополосный доступ в интернет. Однако система может быть также использована и для обеспечения постоянной связи на небольших расстояниях (не более 4-5 км) в городских районах использую архитектуру точка-точка или точка-многоточка.

Поскольку воздух имеет хороший коэффициент пропускания в тех же окнах частот, что и оптоволокно, т.е., главным образом, при длинах волн в 850 нм и 1550 нм, то системы AOJIC могут использовать ту же технологию. Это

позволяет достичь очень большой пропускной способности для беспроводных систем, вплоть до нескольких Гбит/с, при использовании современных технологий, доступных на сегодняшний день. Технология лазерных атмосферных каналов отличное дополнение к традиционным радиоканалам и волоконно-оптическим каналам. Более того, благодаря линейным характеристикам канала, высокая пропускная способность может быть достигнута, используя кодирование, которое применяется в обычных проводных сетях на физическом уровне [27]. Т.е. нет необходимости в преобразовании кодирования к OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing, мультиплексирование с ортогональным частотным разделением сигналов) или к DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum, технология расширение спектра сигнала посредством прямой последовательности). Также нет необходимости в прослушивании среды перед отправкой данных. И в дополнение технология позволяет достичь практических таких же больших пропускных способностей, как и в проводных сетях [28]. Для работы системы AOJIC не нужна лицензия ни в одной стране мира, и в случае если требования по безопасности лазера удовлетворены, что означает, что система должна быть сертифицирована по Классу 1, 1М или Классу 2, то нет никаких ограничений на использование этой технологии. Для 850 нм технологии разрешена меньшая мощность на выходе, однако приемники могут быть сделаны более чувствительными. Для 1550 нм технологии, напротив разрешена большая выходная мощность, в то время как приемники немного менее чувствительны. Таким образом, достаточный запас мощности может быть достигнут для обоих типов систем обеспечивая работу в режиме с небольшим количеством ошибок. К тому же, благодаря высокой несущей частоте в 200 и 350 ТГц, направленность луча достаточно высока, даже для небольшого оптического диаметра, что приводит к небольшому диаметру светового пучка и обеспечивает дополнительную безопасность на физическом уровне, в дополнение к любому шифрованию, которое может быть также применено.

Главная проблема для систем атмосферных оптических линий передачи данных - это меняющийся коэффициент затухания в воздухе, который сильно зависит от местного климата (сезонного и суточного) и погодных условий [29], [30], [31]. Затухание, вызванное туманом, имеет наибольшее влияние [32]. Поскольку водяные капельки в тумане имеют такой же порядок размера, как и у длин волн в инфракрасном диапазоне, то это вызывает рассеяние (дифракция Ми), что главным образом сказывается на потере направленности, нежели на потере в мощности светового пучка. Дождь вызывает меньшее затухание, но поскольку капли имеют намного большие размеры по сравнению с длинной волны несущей, то они вызывают геометрическое рассеяние, что является менее критичным. Хлопья снега также могут вызывать большой коэффициент затухания, т.к. они не прозрачны. Эффект от снега зависит от отношения между диаметром светового пучка и диаметра хлопьев. Кроме того такие эффекта как прямые солнечные лучи падающие на приемник, завихрения в воздухе, расстройка пучка или же всей системы также могут ухудшать качество связи или вызывать ошибки при передаче.

1.2 Миллиметровый радиоканал

Благодаря высокой несущей частоте в пределах от нескольких десятков ГГц до 100 ГГц, системы, работающие в миллиметровом радиодиапазоне, также могут обеспечить достаточно большую скорость передачи данных, сравнимую с АОЛС [22]. При работе на дифракционном пределе, высокая направленность может быть достигнута даже при небольших размерах антенны, порядка 20 см. Несмотря на то, что по всему миру частотный диапазон в пределах до 375 ГГц находится под контролем различных организаций и комиссий, также существует несколько частотных полос (например, 77 ГГц), не требующих лицензирования, при соблюдении некоторых ограничений по мощности и другим параметрам. Наиболее многообещающая технология с точки зрения экономической эффективности и

широкого распространения на рынке основана на полупроводниковых усилителях. Однако для этой новой технологии все еще есть несколько проблем технического плана. Температурный дрифт осцилляторов и фильтров, шум, низкая выходная мощность, быстрое старение устройства под воздействием тепловых нагрузок - все эти проблемы являются наиболее критическими на сегодняшний день. Поскольку с увеличением расстояния, при фиксированной пропускной способности и коэффициенте доступности, цена миллиметровых полупроводниковых радио усилителей значительно возрастает, то и цена всей системы в целом также увеличивается.

Атмосферный радиоканал в миллиметровом диапазоне имеет характеристики отличные от беспроводного лазерного оптического канала [33], [34]. Дождь вызывает наибольшее затухание. С другой стороны влияние тумана на канал значительно меньше (за исключением длин волн, которые поглощаются водяным паром, как, например, при частотах в районе 22 ГГц).

Это взаимодополняющее поведение оптических и радио- систем позволяет выдвинуть концепцию гибридной системы, объединяющей преимущества атмосферной оптической линии передачи данных и радиоканала в миллиметрового диапазоне. Такая система позволит построить беспроводной канал связи предоставляющий большую пропускную способность и обладающей высоким коэффициентом доступности при умеренной стоимости всей системы в целом.

Несмотря на то, что миллиметровый диапазон уже давно привлекает внимание разработчиков аппаратуры связи, его практическое использование до последнего времени ограничивалось частотами не более 40 ГГц. 30 лет назад Международный союз по телекоммуникациям (International Telecommunication Union - ITU) на международной конференции WRC-79 принял решение об использовании миллиметрового диапазона радиоволн для оказания услуг фиксированной связи. Однако интерес к их использованию появился только в конце 1990-х годов, после того как Федеральная комиссия по связи США (FCC)

опубликовала доклад с подробным описанием возможностей систем, работающих на таких частотах. Выделенные частотные полосы хорошо подходят, в частности, для систем, которые должны функционировать при любой погоде, а также для систем прямой связи на расстояниях в несколько километров. Сейчас полосы частот 71-76 и 81-86 ГГц, известные как частоты Е-диапазона, разрешены для систем прямой связи со сверхбольшой пропускной способностью.

Практическому освоению Е-диапазона в системах беспроводной связи способствовали следующие обстоятельства:

• появление электронных компонентов миллиметрового диапазона с приемлемыми параметрами и стоимостью;

• высокая загрузка наиболее активно используемого СВЧ-диапазона (2-38 ГГц) и необходимость поиска альтернативных частотных диапазонов;

• разработка нового поколения мультимедийных систем связи со сверхвысокими скоростями передачи информации.

После принятия в 2005 году Федеральной комиссией по связи США ряда регламентирующих документов и введения облегченной схемы лицензирования появились первые радиосистемы Е-диапазона. Европейские регулирующие организации беспроводной связи последовали за США, и в 2005 году Европейская конференция администраций почт и телекоммуникаций (СЕРТ) приняла план освоения частотных диапазонов, аналогичный американскому. В 2006 году Европейский институт стандартизации в области телекоммуникаций (ЕТ81) опубликовал технические правила, касающиеся аппаратуры, работающей на частотах 71-76 и 81-86 ГГц. Эти правила соответствовали требованиям ЕС и разрешали коммерческое использование в Европе беспроводной аппаратуры Е-диапазона. Сейчас многие страны осваивают Е-диапазон с целью создания беспроводных систем связи типа "точка-точка", работающих в коротковолновой части миллиметрового диапазона [22].

Е-диапазон состоит из двух частотных полос 71-76 и 81-86 ГГц (рис.1). Такое распределение частот имеет свои достоинства. Во-первых, суммарный спектр, равный 10 ГГц, значительно больше любого другого спектра частот, используемого в настоящее время для связи. Он в 50 раз больше спектра всех видов сотовой связи, принятого в США, и значительно превышает все связные СВЧ-диапазоны. Такой большой охват частот способен обеспечить работу целого поколения новых систем беспроводной связи.

Диапазон Диапазон

Диапазоны 60Тц 90ГГц

сотовой СВЧ \ £-диапазон

связи диапазоны

\ Е-диапазон /

\ (канолы 2x5 ГГц) / ||

1---"1-1-1-Г

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

ГГц

Рис.1 Основные частотные диапазоны беспроводной связи (США)

Во-вторых, распределение частот Е-диапазона, включающего два канала по 5 ГГц, дальше не дробится, как в случае более низкочастотных СВЧ-диапазонов. К примеру, в США Федеральная комиссия по связи делит каждый частотный диапазон с общей несущей на отдельные каналы с полосой не более 50 МГц. Такая ширина канала, в конечном счете, ограничивает объем данных, которые он способен пропустить. Е-диапазон достаточен для передачи данных с высокой скоростью (1 Гбит/с) с применением простейших схем модуляции, например двоичной фазовой манипуляции (ВР8К). При более сложных схемах модуляции скорость передачи в полнодуплексном режиме может достигать 10 Гбит/с.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Шаров, Станислав Юрьевич, 2014 год

Список литературы

1. Вишневский В. М., Портной С. JL, Шахнович И. В. Энциклопедия WiMAX. Путь к 4G. М.: Техносфера, 2009. - С. 470.

2. Wu Н., Kavehrad М. Availability Evaluation of Ground-to-Air Hybrid FSO/RF Links // International Jornal of Wireless Information Networks. - March 2007 -Vol.14.

3. Derenick J., Thorne C., Spletzer J. On the deployment of a hybrid free-space optic/radio frequency (FSO/RF) mobile ad-hoc network // IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS). - August 2005. - pp. 3990-3996.

4. Derenick J., Thorne C., Spletzer J. Hybrid Free-Space Optics/Radio Frequancy (FSO/RF) Networks For Mobile Robot Teams. [Online], http://www.cse.lehigh.edu/~spletzer/publications/multibot05.pdf

5. Вишневский В. M., Кузнецов С. Н., Лаконцев Д. В., Поляков С. Ю. Гибридное оборудование на базе радио и лазерной технологии. // Первая миля, 2007. [Электронный ресурс], http://www.moctkom.ru/articles/article7/article7.htm

6. Bloom S., Hartley W.S. The Last-Mile Solution: Hybrid FSO Radio. [Online], http://www.freespaceoptic.com/WhitePapers/HybridFSO.pdf

7. Akbulut A., Efe M., Ceylan A.M., Ari F., Telaran Z., Ilk H.G., Tugac S. An Experimental Hybrid FSO/RF Communication System. // Communication Systems and Networks. - 2003.

8. Kim I., Kovervaar E. Availability of Free Space Optics (FSO) and hybrid FSO/RF systems // Optical wireless communication - August 2005 - Vol. IV.

9. Sana A., Erkan H., Ahmed S., АН M.A. Design and Performance of Hybrid FSO/RF architecture for Next Generation Broadband Access Networks // SPIE. -2006. - Vol. 6390.

10. Wang D., Aboureid A.A. Throughput of hybrid radio-frequency and free-space optical (RF/FSO) multi-hop networks // Information theory and applications workshop. - 2007. - pp. 1-8.

11. Nadeem F., Gebhart M., Leitgeb E., Kogler W., Awan M.S., Khan M.S., Kandus G. Simulations and Analysis of bandwidth efficient switch over between FSO and mmW Links // SoftCOM. - 2008. - pp. 351-356.

12. Akbulut A., Ilk H.G., Ari F. Design, Availability and reliability analypsis on an experimental outdoor FSO/RF communication system // 7th International Confernce Transparent Optical Networks. - 2005. - Vol. 1 - pp. 403-406.

13. Nadeem F., Leitgeb E., Khan M.S., Awan M.S. Availability simulation of Switch over for FSO and mmW // IEEE International Conference on Information & Emerging Technologies (ICIET). - 2007. - pp. 95-99.

14. Kamalakis Т., Neokosmidis I., Tsipouras A., Sphicopoulos Т., Pantazic S., Andrikopoulos I. Hybrid Free Space Optical/Millimeter Wave Outdoor Links for Broadband Wireless Access Networks // IEEE 8th International Symposium on Personal, Indoor and Mibile Radio Communications (PIMRC) - 2007. - pp. 1-5

15. Nadeem F., Geiger В., Leitgeb E., Awan M.S., Kandus G. Evaluation of Switch over Algorithms for Hybrid FSO-WLAN systems // Wireless VITAE. - 2009. -pp. 565-570. ISBN 978-1-4244-4066-5.

16. Шаров С. Ю. Аналитическая модель гибридного канала связи с холодным резервированием // Труды МФТИ. - 2014. -Т. 6, № 2. - С. 180-187.

17. Вишневский В. М., Семенова О. В., Шаров С. Ю. Моделирование и анализ гибридного канала связи на базе лазерной и радио технологий // Управление большими системами. - 2011. - №35. - С. 237-249.

18. Vishnevskii V.M., Semenova O.V., Sharov S.Yu. Modeling and Analysis of a Hybrid Communication Channel Based on Free-space Optical and Radio-frequency Technologies // Automation and Remote Control - 2013. - Vol. 72 -pp. 345-352.

19. Шаров С. Ю. Пакет программ аналитического и машинного (имитационного) моделирования гибридного канала связи // Труды международной конференции «Распределенные компьютерные и телекоммуникационные сети». - М.: ООО «СВ-Принт», 2011. - С. 172-179.

20. Шаров С. Ю., Семенова О. В. Имитационная модель беспроводного канала связи на основе лазерной и радио технологий // Труды международной конференции «Распределенные компьютерные и телекоммуникационные сети». - М.: ООО «СВ-Принт», 2010. - С. 368-374.

21. Вишневский В. М., Семенова О. В., Шаров С. Ю. Исследование гибридной системы связи с использованием атмосферного оптического канала и радиоканала миллиметрового диапазона радиоволн // Труды международной конференции «Распределенные компьютерные и телекоммуникационные сети». - М.: ООО «СВ-Принт», 2011.-С.1-11.

22. Вишневский В. М., Шаров С. Ю. Математическая модель оценки производительности высокоскоростного гибридного канала связи на базе лазерной и радио технологий // Информационно-телекоммуникационные технологии и математическое моделирование высокотехнологичных систем, 2011. [Электронный ресурс],

http://conf.sci.pfu.edu.ru/index.php/ittmm/201 l/paper/view/28 .

23. Sliney D.,Wolbarsht М. Safety with lasers and other optical sources. New York: Plenum, 1980

24. Казарян P.A., Оганесян A.B. и др. Оптические системы передачи информации по атмосферному каналу. М.: Радио и связь, 1985. - С. 208

25. Гауер Дж. Оптические системы связи, [перев.] пер. с англ. М.: Радио и связь, 1989.-С. 504.

26. Шереметьев А. Г., Толпарев Р. Г. Лазерная связь. М.: б.н., 1974.

27. Наумов В. А. Самуйлов К. Е., Яркин Н. В. Теория телетрафика мультисервисных сетей. М.: РУДН, 2007. - С. 191.

28. Лагутин В. С., Степанов С. Н. Телетрафик мультисервисных сетей связи. М.: Радио и связь, 2000. - С. 320.

29. Клоков А. В. Беспроводная оптическая связь - Мифы и реальность. // Технология и средства связи. - 2000. - №6. - С. 12-13.

30. Зуев В. Е. Перенос оптических сигналов в земной атмосфере в условиях помех. М.: Советское радио, 1977.

31. Зуев В. Е. Распространение видимых и инфракрасных волн в атмосфере. М.: Советское радио, 1970.

32. Flecker В., Gebhart M., Leitgeb Е., Sheikh Muhammad S., Chlestil С. 2006. Results of the attenuation measurements for optical wireless channel under fog conditions regarding different wave lengths // SPIE. - 2006. - Vol. 6306 - pp. 111.

33. Шахгильдян В. В. Проектирование радиопередающих устройств. Учебное пособие для вузов. М.: Связь, 1976.

34. Баскаков С. И. Электродинамика и распространение радиоволн: Учебное пособие для вузов по специальности "Радиотехника". М.: Высшая школа, 1992.

35. Шаров С. Ю., Сафонов А. А. Особенности передачи синхрокадровв mesh-сетях IEEE 802.1 Is // Информационные технологии и системы. - 2007. - С. 44-49. ISBN 978-5-7834-0193-0.

36. Safonov A., Lyakhov A., Sharov S. Synchronization and Beasconing in IEEE 802.1 Is Mesh Networks // Proc. Int. Workshop on Multiple Access Communications. - Saint-Petersburg: s.n., 2008. ISBN 978-1-4244-2035-3.

37. Sharov S. Analysis of Efficiency of Beaconing Mechanism in IEEE 802.1 Is // International Workshop "Distributed Computer and Communication Networks" -Sofia, Bulgaria: s.n., 2009. ISBN 978-5-9901871-1-5.

38. Вишневский В. M., Лаконцев Д. В., Сафонов А. А., Шпилев С. A. Mesh-сети. В ожидании стандарта IEEE 802.1 Is. // Электроника: Наука, Технологии, Бизнес. - 2008. - №3. - С. 98-106.

39. Вишневский В. М., Семенова О. В. Об одной модели оценки производительности широкополосного гибридного канала связи на основе лазерной и радио технологий // Проблемы информатики. - 2010. - №2(6). -С. 43-58.

40. Letzepis N., Nguen K.D., Guillen i Fabregas A., Cowley W.G. Outage analysis of the hybrid free-space optical and radio-frequency channel. IEEE Journal on selected areas in communications. - 2009. - pp. 1709-1719.

41. Nadeem F., Gieger В., Henkel M., Leitgeb E., Loeschnig M., Awan M.S., Motlagh A.C., Kandus G. Switch over implimentation and analysis for hybrid wireless network of optical wireless and GHz links // WTS. - 2009. - pp. 1-6. ISBN: 978-1-4244-2588-4.

42. Nadeem F., Leitgeb E., Kvicera V., Grabner M., Awan M.S., Kandus G. Simulation and analysis of FSO/RF switch over for different atmospheric effects // International conference ConTEL. - 2009. - pp. 39-43.

43. Вишневский В. M. Теоретические основы проектирования компьютерных сетей. М.: Техносфера, 2003.

44. Зеленюк Ю. И., Огнев И. В., Поляков С. Ю., Широбакин С. Е. Влияние погодных условий на надежность атмосферной оптической связи // Вестник связи. - 2002. - №4.

45. Grassman W., Heyman D. Equlibrium distribution of block-structured Markov chains with repeated rows // Journal of applied probability. - 1990. - Vol. 27. -pp. 57-576.

46. Kemeni J., Snell J., Knapp A. Denumerable Markov chains. New York: Van Nostrand, 1966. pp. 348.

47. Breuer L., Dudin A. N., Klimenok V. I. A retrial BMAP/PH/1 system // Queueing Systems - 2002. - Vol. 40. - pp. 433-457

48. Ramaswani V.A. A stable recursion for the steady state vector in Markov chains of M/G/l type // Commun. Statist-Stochastic Models. - 1988. - Vol. 4. - pp. 83188.

49. Dudin A., Semenova O. Stable algorithm for stationary distribution calculation for a BMAP/SM/1 queueing system with Markovian arrival input of disaster // Journal of Applied Probability. - 2004. - Vol. 42. - pp. 547-556.

50. Семенова О. В. Устойчивый алгоритм расчета стационарного распределения системы обслуживания BMAP/SM/1 с марковским потоком сбоев и двумя режимами работы. // Автоматика и вычислительная техника. -2004.-С. 75-84.

51. Cinlar Е. Introduction to stochastic processes. New Jersey : Prentice-Hall, 1975. p. 400.

52. Казимирский A.B. Методика аппроксимации MAP-потоков при помощи МАР-потоков второго порядка // Информационные системы и технологии. -Минск: б.н., 2002. - С. 27-31

53. Fricker С., Jiabi R. Monotonicity and stability of periodic polling models // 1994, Queueing systems. - 1994. - Vol. 15. - pp. 211-238.

54. Степанов С. H., Иверсен В. Б. Способы уменьшения объема вычислений при расчете моделей систем связи с потерями, основанные на игнорировании маловероятных событий // Проблемы передачи информации. -2001.-№37/3.-С. 82-95.