CC BY
30
Наибольший интерес вызывают такие сценарии, представленные в OPNET, как wlandeployment: в сценарии рассматривается возможность многоадресной передачи по сети, беспроводные локальные сети объединены через проводную сеть управления (рис. 2).
В сценарии wlan_routed_network представлены 4 независимые беспроводные локальные сети, взаимодействующие через проводную сеть маршрутизаторов (рис. 3).
Таким образом, современные локальные беспроводные сети представлены сложными техническими структурами, при развертывании которых требуется большое количество сложных задач. Для снижения затрат проектирования и развертывания необходимо проводить моделирование процессов функционирования беспроводных сетей с использование программных моделирующих сред. OPNET предоставляет большие возможности для проведения данных работ.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Шахнович, И. В. Современные технологии беспроводной связи / И. В. Шахнович. - М. : Техносфера, 2006. - 288с.
2. Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications. ANSI/IEEE Std 802.11, 1999 Ed.
3. Олифер, В. Г. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы : учебник для ву-
зов / В. Г. Олифер, Н. А. Олифер. - 3-е изд. СПб. : Питер, 2008.-958 с.
4. Ратынский, М. В. Основы сотовой связи / М. В. Ратынский; под ред. Д. Б. Зимина. - М. : Радио и связь, 1998. - 248 с.
5. Warren, J., Sargologos N. PRISM NITRO Introduction. Intersil. 2003.
6. Слюсар, В. И. Системы MIMO: принципы построения и обработка сигналов / В. И. Слюсар // Электроника. НТБ. - 2005. - №8. - С.52-58.
7. Шахнович, И. В. Беспроводные локальные сети. Анатомия стандарта IEEE 802.11 / И. В. Шахнович // Электроника: НТБ. - 2001. - №2. -С. 32-38.
8.http://www.quarta.ru/Pages/article.aspx7rootlD
=222&articleID=2471. - Применение решений OPNET в области исследований и разработки.
9. http://www.opnet.com/itguru-academic/ download, html. - Сайт фирмы-разработчика OPNET.
Назаров Сергей Николаевич, кандидат технических наук, доцент кафедры информатики УВАУ ГА (института), докторант кафедры «Телекоммуникации» УлГТУ с 2008 г. Круг интересов: системы и сети беспроводной связи, математические методы моделирования.
УДК 621.317.328
С. В. ЕЛЯГИН, В. Е. ДЕМЕНТЬЕВ
АНАЛИЗ ПЛОТНОСТИ ПОТОКА ЭНЕРГИИ (ППЭ) ВБЛИЗИ АНТЕНН СТАНДАРТА GSM
Предложен и обоснован механизм определения точки максимального уровня электромагнитного поля и направления на антенну, вносящую наибольший вклад в уровень сигнала. Приведены результаты измерений ППЭ на территории действия нескольких антенн стандарта GSM.
Ключевые слова: электромагнитное поле, плотность потока энергии, измерения, антенны GSM.
Поддержано грантом РФФИ 09-07-99002-р_офи.
Введение
В последнее время значительную актуальность имеют задачи, связанные с исследованиями экологической ситуации в той или иной об-
© Елягин С. В., Дементьев В. Е., 2009
ласти. Среди таких задач можно выделить экологический мониторинг электромагнитной обстановки. Важность задачи обусловливается широким распространением радиопередающих устройств высокой мощности и необходимостью контроля влияния этих устройств на здоровье населения. В работах [1-3] предложена новая технология дистанционного автономного
мониторинга, позволяющая получать объективную и актуальную информацию о состоянии электромагнитного поля на заданной территории. Результатом мониторинга электромагнитного загрязнения является набор электронных карт местности с отметками значений плотности потока энергии.
Постановка задачи
Поскольку разработанная технология мониторинга позволяет привязывать значения ППЭ к географическим координатам, то полученные в процессе мониторинга измерительные данные будут носить дискретный характер и будут расположены строго по маршруту движения. В связи с этим возникает ряд задач, связанных с необходимостью:
- прогнозирования значений ППЭ вблизи точек измерений;
- обработки измерений при их значительных частотно-временных флуктуациях [2];
- определения участков местности с наибольшим уровнем ППЭ.
В работе [3] была показана возможность использования выражения (1) [4] для вычисления расстояния от антенны до точки с наибольшим уровнем ППЭ. Также были предложены два метода определения участков местности с наибольшим уровнем ППЭ по экспериментальным данным.
П =
N • Р
1Упп 1 мах
ЛтгЯ2
(1)
где Ипп - число приёмо-передатчиков; Рмах -максимальная мощность передатчика; <3-
коэффициент усиления антенны; 9г{срг) и
06(<рв) - нормированная диаграмма направленности передающей антенны (ДНА) в горизонтальной и вертикальной плоскостях (в статье
будем использовать выражение 5т(^х)/х для
описания ДНА [4]); Я - расстояние от центра передающей антенны до точки наблюдения.
Следует отметить, что использование вышеперечисленных методов возможно лишь при известных координатах установки антенны и при известных углах поворота антенны в азимутальной и угломестной плоскостях. Поскольку при мониторинге зачастую отсутствуют сведения о технических характеристиках антенн, то следует предложить механизм обнаружения участка местности с наибольшим уровнем ППЭ при неизвестных параметрах антенн.
Реализация процедуры поиска участка с наибольшим уровнем ППЭ из-за значительных час-тотно-временных флуктуаций не может заключаться в поиске наибольшего значения ППЭ на заданной территории. Кроме того, по одному значению невозможно определить направление на антенну, формирующую найденное наибольшее значение ППЭ.
Реализация способа
Для решения поставленной задачи предлагается использовать корреляционный анализ двумерной области экспериментальных данных с использованием скользящего окна - шаблона (см. рис. 1), формируемого по формуле (1) с типовыми для антенн параметрами.
•- V « '/ • • ' } У, /'V г у'Л V». {V'»*'Л*Лу,у-/
• V
щшш^шШш
Щ-Щ&к
X
Рис. 1. Вид скользящего окна
Из рис. 1 видно, что шаблон имеет асимметричный вид, позволяющий определить направление на антенну.
Поскольку измерительные данные носят нерегулярный характер, то предлагается выполнять операцию усреднения измерений, попадающих в квадратную ячейку. Следовательно, скользящее окно будет состоять из нескольких ячеек. При этом одновременно необходимо решить три задачи:
1. Определить размер ячейки.
2. Определить размер скользящего окна.
3. Проверить чувствительность метода к угловому сдвигу между измерительными данными и скользящим окном.
Проведём исследование наибольших экспериментальных значений ППЭ от трёх антенн. В качестве типовых параметров антенн при формировании скользящего окна-шаблона примем: ширина ДНА в горизонтальной плоскости 65 градусов, ширина ДНА в вертикальной плоскости 10 градусов, угол наклона антенны 10 градусов, высота подвеса антенны 30 м. Следует отметить, что для корреляционного анализа
мощность излучения антенн не имеет существенного значения, а высота подвеса антенны от 20 м до 40 м даёт изменение коэффициента корреляции не более 4%. На рис. 2 и рис. 3 приведены зависимости коэффициента корреляции от размера ячейки и от углового сдвига. При моделировании размер скользящего окна примерно равен 80 х 80 м2.
Ккорр —
{
0,8 -I-----
0,7----
г«
■ '"1 I."
0,6-
- и
, /А £
--------------------
^ ■ ? а _
Ш-
0,5
-г Л к Л «
¿1 ^ ч
« ' у
ш ш
* 41
Л- *
-Л-Ж-
■аг
¿г
£3
0,4 -
0
10
15
20
г, м
Рис. 2. Зависимость коэффициента корреляции от размера ячейки для трёх антенн
Ккорр
0,8 ' —
0,7 0.6
0,5 0,4
п 3
0,2 ! -0
•(•(•«»•(.•(•••••«и
45
X__*_____J_^
90 135 180 225 270 315 ф, м
Рис. 3. Зависимость коэффициента корреляции от углового сдвига для трёх антенн
Из рис. 2 видно, что наибольшее значение коэффициента корреляции наблюдается при размере ячейки 16 х 16 м2, т. е. при размере скользящего окна 80 х 80 м2 и содержащего 25 ячеек. Таким образом, при корреляционном анализе будет использоваться квадратное 5x5 скользящее окно-шаблон, каждое значение которого является средним арифметическим значением измерений, попадающих в ячейку.
Из рис. 3 следует наличие чувствительности метода к угловому сдвигу, что позволяет оценить направление на антенну, вносящую наибольший вклад в уровень электромагнитного поля.
Следует отметить, что использование медианного фильтра для обработки измерений, попадающих в ячейку, менее эффективен, по сравнению с применённой процедурой усреднения значений.
Для выявления зависимости определения координат участка с наибольшим уровнем ППЭ от числа измерений, попадающих в ячейку скользящего окна, выполним поиск указанного участка при различном числе измерений, приходящихся на одну ячейку (контролируемые значения выбираются случайным образом из общего объёма накопленных данных). Результаты моделирования по экспериментальным данным приведены в таблице. За начало координат принято место установки исследуемых антенн (антенны 1-3).
Табл и ца
Результаты поиска координат участков с наибольшим уровнем ППЭ для трёх антенн при различном числе измерений, попадающих
в ячейку скользящего окна
№ антенны Число Угол, град
измерений не более, шт. X, м У, м Ккорр
1 -197 -34 0 0.698
5 -191 -92 260 0.690
10 -194 -91 260 0.773
15 -194 -91 260 0.779
1 20 -194 -91 260 0.757
25 ш -191 -28 180 0.749
30 -191 -28 180 0.762
35 -191 -27 180 0.788
40 -191 -27 180 0.797
1 21 -164 260 0.781
5 15 -168 260 0.805
10 17 -166 260 0.828
15 18 -166 260 0.804
2 20 15 -164 260 0.797
25 40 -202 180 0.834
30 40 -203 180 0.829
35 40 -203 180 0.822
40 40 -203 190 0.819
1 -112 411 180 0.761
5 -182 317 200 0.743
10 -137 274 270 0.752
15 -129 281 260 0.751
3 20 -130 282 270 0.841
25 -130 282 270 0.881
30 -130 282 270 0.880
35 -130 282 270 0.871
40 -130 282 270 0.865
Из таблицы видно, что при числе измерений на ячейку скользящего окна более 25 значение координат практически не изменяется.
Используя технические характеристики трёх первых антенн, выполним поиск участка местности с наибольшим уровнем ППЭ для трех режимов:
Режим 1. Теоретическая картина электромагнитного поля, формируемая тремя анализируемыми антеннами по формуле (1);
Режим 2. Теоретическая картина электромагнитного поля, формируемая тремя анализируемыми антеннами и девятью соседними антеннами по формуле (1);
Режим 3. Экспериментальная картина электромагнитного поля.
Результат моделирования приведён на рис. 4, из которого видно, что наличие соседних антенн приводит к смещению теоретического максимума и угла антенны в азимутальной плоскости (указан стрелкой), полученных в режиме 1. Отмеченная тенденция присуща как режиму 2, так и режиму 3, хотя между ними наблюдается существенное расхождение, вызванное применением однолучевой модели распространения сигнала и использованием приближённых характеристик соседних антенн.
Следует отметить, что при моделировании использовались основные параметры антенн 4-12, совпадающие с типовыми параметрами, принятыми при формировании скользящего окна-шаблона. Несколько стрелок (рис. 4) указывают наличие нескольких антенн, установленных в одном месте. .
Учёт и уточнение вышеперечисленных параметров видится лишним, поскольку достигнут желаемый результат: найдены участки с наибольшим значением ППЭ, а угол в азимутальной плоскости указывает на антенну, вносящую наибольший вклад в максимальное значение ППЭ на заданном участке. Из рис. 4 легко видеть, что максимум («треугольник»):
- Ml создаётся антенной А1;
- М2 создаётся антенной А2;
- МЗ создаётся антеннами All и А12.
В качестве иллюстрации на рис. 5 приведена экспериментальная картина исследуемого электромагнитного поля. Число измерений составляет 23 768 значений, полученных с временным интервалом в 1 с.
Рис. 4. Схема размещения антенн и мест с наибольшим уровнем ППЭ для трёх режимов
моделирования
Рис. 5. Экспериментальная картина электромагнитного поля
Заключение
Таким образом, в настоящей работе предложен и обоснован механизм определения точки максимального уровня электромагнитного поля и направления на антенну, вносящую наибольший вклад в уровень сигнала. В перспективе предложенная методика может позволить определять неизвестные априори параметры источников электромагнитного загрязнения по результатам мониторинга территории.
А1Х.А12 ...
МЗ
i
ЛЛ1 1-1 А.
А8, А9
- Режим 1
- Режим 2
- Режим 3
- Антенна
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Елягин, С. В. Проверка адекватности измерений, получаемых с помощью мобильного измерительного терминала / С. В. Елягин, В. Е. Дементьев // Альманах современной науки и образования. Тамбов: Грамота: Математика, физика, технические науки, архитектура, строительство и методика их преподавания. - 2009. - №6 (25). - С. 54-57.
2. Елягин, С. В. Измерение плотности потока мощности с помощью мобильного измерительного терминала / С. В. Елягин // Вестник УлГТУ. -2008.-№2.-С. 56-58.
3. Елягин, С. В. Анализ плотности потока мощности (ППМ) вблизи излучающих антенн / С. В. Елягин // Вестник УлГТУ. - 2008. - №4. -
С. 51-54.
4. Марков, Г. Т. Антенны : учебник для студентов радиотехнических специальностей вузов / Г. Т. Марков, Д. М. Сазонов. - Изд. 2-е, пере-раб. и доп. - М.: Энергия, 1975. - 528 с.
Елягин Сергей Владимировичу кандидат технических наук, доцент кафедры «Телекоммуникации» УлГТУ. Имеет работы в области радиотехники и связи.
Дементьев Виталий Евгеньевичу кандидат технических наук, доцент кафедры «Телекоммуникации» УлГТУ. Имеет работы в области статистического анализа и синтеза изображений.
УДК 621.391 С. Н. НАЗАРОВ
ПРИМЕНЕНИЕ ПАКЕТНОЙ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ В СЕТЯХ РАДИОСВЯЗИ ДКМ ДИАПАЗОНА
Проводится анализ протоколов многостанционного доступа к беспроводной среде распространения сигналов, оценка функционирования пакетной сети радиосвязи декаметрового диапазона по помехоустойчивости и своевременности доставки сообщений при использовании протокола со свободным случайным многостанционным доступом, приводятся результаты имитационного моделирования пакетной сети радиосвязи ДКМ.
Ключевые слова: пакетная сеть радиосвязи ДКМ диапазона, детерминированные протоколы, протоколы со случайным доступом к разделяемым ресурсам.
Введение
Современные сети радиосвязи строятся на основе радиосвязи с коммутацией пакетов. В пакетной радиосвязи (ПРС) ДКМ диапазона существенными факторами, влияющими на эффективность радиосвязи, являются помехи различного рода, изменяющееся состояние ионосферы, ограничения на пропускную способность радиоканалов [1]. Одним из перспективных способов повышения эффективности функционирования пакетных сетей радиосвязи (ПСР) является использование пространственно-частотного ресурса радиосвязи ДКМ диапазона [2, 3, 4].
Согласно [4] сети радиосвязи, в которых реализуется механизм пространственного ресурса радиосвязи ДКМ диапазона, объединяют N або-
© Назаров С. Н., 2009
нентских станций (АС) и М1 взаимосвязанных, вынесенных за зону связи базовых станций радиодоступа. При организации каналов радиодоступа (КРД) [4] формирование радиолиний между АС и БСРД осуществляется в условиях конкуренции за доступ к элементам пространственного ресурса сети. Поэтому возникает необходимость разработки нового протокола многостанционного доступа к общесетевому ресурсу или выбора на основе анализа из множества существующих протоколов, оценить надёжность и своевременность доставки сообщений в ПСР ДКМ, использующих выбранный протокол взаимодействия.
Анализ существующих протоколов много-станционного доступа к общему ресурсу сети
радиосвязи ДКМ диапазона
Согласно [1, 5] в ПСР могут быть реализованы протоколы многостанционного доступа следующих видов:
