Модернизация системы технологической радиосвязи на участке Инта - Воркута Северной железной дороги

При оценке нагрузки и, следовательно, емкости в сотовых сетях пользуются распространенной моделью Эрланга для систем с отказами (вероятность поступления вызова в момент, когда все каналы заняты) вычисляется как:

                                                                               (2.11)

где A - нагрузка; n - общее число каналов

Данная формула Эрланга является табулированной. Но, как оказалось  на практике, это не всегда является удобным для расчетов нагрузки при  проектировании сотовой сети. Очевидная  сложность процедуры определения  нагрузки непосредственно при помощи формулы не позволяет рекомендовать  ее для инженерного использования, тем более, что по ее виду ничего нельзя сказать о характере зависимости  величины допустимой нагрузки от значений вероятностей отказа и числа каналов.

Точное решение уравнения (2.11) относительно нагрузки (A) невозможно. В то же время  со сколь угодно высокой точностью  оно может быть получено одним из методов приближенного решения нелинейных уравнений, например, с помощью итерационной процедуры Ньютона.

Исходя из формулы Эрланга и  учитывая высокоточную формулу Стирлинга (2.12)

                                                                                 (2.12)

Воспользуемся методом итерационной процедуры Ньютона, в результате чего получим следующие соотношения:

                                                                 (2.13)

где                                                         (2.14)

Основная трудность состоит  в отыскании эффективной аппроксимации  для функции F(n). Как оказалось, удовлетворяющим  этим условиям, достаточно точным и  удобным для последующего использования  является следующее приближение:

                     (2.15)

Таким образом, используя аппроксимацию (2.15) и формулу (2.13.), получаем следующий  приближенный вариант уравнения (2.11):

          (2.16)

Логарифмируя обе части (2.16), получаем:

                                  (2.17)

где                                                                        (2.18)

В дальнейших рассуждениях большую  роль играет параметр, который можно  назвать критическим значением  вероятности отказа в обслуживании p_aкр. Величина p_aкр разделяет множество возможных значений p_a на два подмножества:

                                           (2.19)

Если p_aI I₁, допустимая величина нагрузки меньше числа каналов n, т.е. A< n; напротив, при p_aI I₂ имеет место обратное неравенство, т.е. A> n.

Зависимость критического значения вероятности  отказа от числа каналов приводится на рисунке 2.12

Рисунок 2.12 - Зависимость критического значения вероятности отказа от числа каналов

Решая уравнение (2.17) с учетом уравнений (2.18) и (2.19) получаем:

       (2.20)

где                                          (2.21)

                                (2.22)

где                                                              (2.23)

                                                          (2.24)

                                                       (2.25)

                                                          (2.26)

                                                           (2.27)

Анализ проведенных исследований позволяют сделать следующие выводы:

1. Определение значения p_кр является первым этапом оценки допустимого значения нагрузки A и позволяет указать одну из границ диапазона изменения A. Если задаваемое значение p_a меньше (больше) p_кр, величина A будет меньше (больше) n. Это и есть ориентировочная оценка A;

2. Исследования расчетов подтвердило целесообразность исследования нагрузки при вероятности потерь от 0.01 до 0.05. Сравнительно небольшое возрастание нагрузки приводит к резкому росту вероятности отказа, т.е. к ухудшению качества обслуживания.

График зависимости между поступающей  нагрузкой, числом каналов и вероятностью потерь приводится на рисунке 2.13.

Рисунок 2.13 - График зависимости между поступающей нагрузкой, числом каналов и вероятностью потерь.

В связи с этим, приближенные соотношения, полученные в результате моделирования, представляют собой практический интерес  и позволяют определить абонентскую  нагрузку с заданной вероятностью отказа при заданном качестве связи.

Таким образом, полученная модель системы массового обслуживания и метод расчета нагрузки позволят операторам сотовых сетей прогнозировать распределение нагрузки в пределах зоны действия базовой станции.

Данная формула является не только математическим аппаратом для операторов сотовых сетей, т.к. набор формул без рекомендаций и общих методик  это еще не прикладное средство, которым будут пользоваться операторы. На данном этапе разработана методика планирования сотовых сетей с  учетом конкретных параметров и характеристик  радиооборудования.

Литература [5]

 

2.6 Разработка схемы построения  проектируемой системы радиосвязи

 

Полученные в пункте 2.5.1 расчеты показали, что при расстоянии между базовыми станциями 20-25км, высоте подъема антенны не менее 30 метров, высоте подъема антенным мобильной станции от 1,7 м и выше на участке Инта-Воркута можно организовать систему радиосвязи с подвижными объектами на  базе стандарта GSM-R. В качестве базовых станций используются модели Siemens BS240/241, которые по потоку Е1 подключаются к мультиплексорам СМК-30.

Все базовые станции на рассматриваемом  участке подключаются к одному контроллеру  базовых станций BSC, который находится в Центре управления дороги (г. Ярославль.).

На рисунке 2.14 показана схема организации технологической радиосвязи с подвижными объектами на базе стандарта GSM-R на участке Инта-Воркута Северной железной дороги.

 

            Рисунок 2.14 - Схема организации технологической радиосвязи с подвижными объектами на базе

                             стандарта GSM-R на участке Инта-Воркута Северной железной дороги.

 

При проектировании необходимо выделить четыре пусковых комплекса:

- первый – приспособление помещений, организация внешнего электроснабжения;

- второй – строительство антенно-мачтовых сооружений и антенно-фидерных устройств;

- третий – создание центра коммутации и управления цифровой системой технологической радиосвязи;

- четвертый – построение сети цифровой технологической радиосвязи.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

В "Белой Книге" ОАО "РЖД" одной из целей модернизации сети железных дорог определено создание единого информационного пространства, интегрированного с информационными  системами других видов транспорта и промышленности, иностранных железных дорог. 
Стратегическое направление создания такого информационного пространства - внедрение системы цифровой радиосвязи. Это может быть достигнуто посредством внедрения GSM-R.

В настоящее время GSM-R непрерывно эволюционирует с сохранением обратной совместимости. При этом следует различать меры по развитию сети на уровнях МСЖД и (европейский институт по стандартизации в области телекоммуникаций). Например, в настоящее время на уровне МСЖД подготовлена спецификация на улучшенную адресацию в зависимости от местоположения (eLDA), построенную на базе системы спутниковой навигации GPS и обеспечивающую более точное определение местоположения по сравнению с прежним вариантом LDA на базе ячеек сети. Кроме того, в МСЖД изучают возможность применения улучшенных способов кодирования речи современных алгоритмов шифрования и проверки аутентичности. В то же время институт ETSI намерен создать спецификацию на метод шифрования и управление ключами для групповых разговоров и изучает возможности взаимодействия между службами ASCI и пакетной передачи данных по радио (GPRS), имеющего большое значение для железнодорожного транспорта.

Таким образом, сеть GSM-R будет играть важную роль в развитии железнодорожного транспорта и повышении его эффективности. При этом решающее значение будут  иметь новые услуги на основе информации о местоположении абонентов, GPRS и  сети Интернет.

 

 

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. Маковеева М.М., Шинаков Ю.С. Системы с вязи с подвижными объектами. – М.: Радио и Связь, 2002.

2. Гавриленко В.Г., Яшнов В.А. Передача информации по беспроводным сетям в условиях пересеченной местности. – Нижний Новгород: 2007

3. Панкратов Л.В. Радиотехнические системы на железнодорожном транспорте. 31/15/2 – РГОТУПС, 2007

4. Комплекс оборудования, реализующего услуги пакетной передачи данных (GPRS), Описания коммутационных систем применяемых на ВСС России. – Лаборатория Информационно-справочных систем и сертификации средств связи, 2004

5. Модели и методы расчета абонентской нагрузки в сотовых сетях И. Р. Гершман Интернет сайт http://telecomproject.tripod.com/nagr.htm - ЛОНИИС. 1999г.

6 Правила технической эксплуатации железнодорожного транспорта Российской Федерации. - Министерство транспорта Российской Федерации. 2007г.

7. Рекомендации по разработке эскизного проекта системы цифровой радиосвязи стандарта GSM-R. – Варшава: Разработано экспертами Комиссии ОСЖД по инфраструктуре и подвижному составу 2008

8. Ю. А. Тараненко. Проектирование цифровой сети технологической радиосвязи // Автоматика Связь Информатика, 2008. №12. – с28-29

9. В. Воронин, А.Вериго. Особенности развития технологической радиосвязи ОАО "РЖД" на современном этапе // Connect! Мир Связи, 2009. №3

10. Структурно-функциональное построение систем GSM. Интернет сайт http://alex-bor2006.narod.ru/gsm/3_struk.htm

11 Кшиштоф В. Системы подвижной радиосвязи. – М.: Горячая линия-Телеком. 2006.

12 Печаткин А. В. Системы мобильной связи (часть 1). Рыбинск: 2008.