CC BY
58
© П.С. Шепелев, С.С. Кубрин,
Д.Ф. Балакшев, Ю.А. Филиппов, 2002
УДК 622.03
П.С. Шепелев, С.С. Кубрин, Д.Ф. Балакшев,
Ю.А. Филиппов
ОПТИМАЛЬНОЕ РАСПОЛОЖЕНИЕ БАЗОВЫХ СТАНЦИЙ РАДИОТЕЛЕФОННЫХ СЕТЕЙ СТАНДАРТА DECT, В УСЛОВИЯХ СЛОЖНОГО РЕЛЬЕФА МЕСТНОСТИ
уществует несколько способов строительства сети абонентского доступа: строительство медно-кабельных линий; уплотнение существующих абонентских линий (АЛ); строительство волоконно-оптических линий связи (ВОЛС); построение системы абонентского радиодоступа (САРД).
Стоимость кабельного решения складывается из двух главных составляющих - стоимости кабеля и стоимости строительно-монтажных работ по его прокладке. Уплотнение АЛ предполагает наличие кабельной инфраструктуры, и стоимость оборудования линейно увеличивается с ростом числа подключений абонентов. В случае с ВОЛС, во-первых, возникает необходимость расходов на строительство, то есть трудовых и временных затрат на прокладку кабеля, а также имеет место факт дефицита соответствующих специалистов. Во вторых, в отличие от медных линий, оптический кабель должен быть оборудован специальным оконечным оборудованием приема-передачи, что существенно увеличивает стоимость линий.
Большой интерес вызывает строительство сетей беспроводного доступа, имеющих бесспорное преимущество при отсутствии кабельной инфраструктуры, в труднодоступных и малонаселенных районах.
Способ подключения абонентов радиодоступом в последние годы начал широко применяться во всем мире для решения задач предоставления традиционных услуг аналоговой телефонии. Системы абонентского радиодоступа (САРД) часто применяется альтернативными операторами, не имеющими собственной кабельной распределительной сети. Преимущества систем абонентского радиодоступа -гибкость, мобильность, быстрота развертывания.
В случае с шахтными поселками, где, как правило, кабельная инфраструктура требует полной замены, кабельное решение существенно удорожает и увеличивает трудоемкость процесса телефонизации, и способ радиодоступа оказывается наиболее приемлемой альтернативой. Затраты на построение системы связи на основе радиодоступа складываются, во-первых, из стоимости предпроектного обследования местности, проектирования и стоимости базового оборудования радиодоступа. Эти расходы (назовем их стартовыми) мало зависят от числа абонентов и практически не зависят от длины беспроводной абонентской линии (в пределах зоны действия системы). Их величина существенно зависит от наличия или отсутствие в доступной бли-
;ма/6азмешения базовой станции
зости АТС к телефонизируемому объекту, а также от того, насколько ее интерфейс соответствует современному интерфейсу, которым оснащены системы САРД. Второй составляющей расходов на построение системы радиодоступа является суммарная стоимость абонентских терминалов. Эта составляющая растет линейно с ростом количества абонентов, но также не зависит от длины абонентской радиолинии.
Важными факторами, влияющими на стоимость и трудоемкость построения сети абонентского радиодоступа, являются: характер рельефа местности, особенность застройки объекта жилыми домами и другими сооружениями, характер распределения в зоне действия САРД растительности (деревьев). Это объясняется тем, что гарантированная работоспособность системы обеспечивается только при наличии прямой видимости между базовыми приемо-передатчиками и абонентскими терминалами.
Разработка проекта системы САРД для конкретного населенного пункта (в нашем случае шахтерского поселка), после выбора типа оборудования (в нашем случае система DECT-WLL), начинается с детального изучения топографии местности. При этом производится выбор мест для установки базовых приемо-передатчиков, решается вопрос о способе построения линий связи от них до контроллера, АТС, делается по возможности равномерное распределение (приписка) абонентов по базовым станциям. При этом учитывается реально возможная высота подъема антенн базовых и абонентских станций.
Для квалифицированного выполнения этих работ необходимо решение задачи «Оптимальное размещение базовых станций для радиотелефонных сетей». Решение этой задачи позволит наиболее точно находить места установки базовых станций и равномерного распределения абонентов по прие-мо-передатчикам. Задача состоит в нахождении мест установки оптимального количества базовых станций, при котором абоненты могли равномерно быть распределены по передатчикам. При этом необходимо выбрать такие места размещения аппаратуры, чтобы при строительстве затраты были минимальны, количество установленных передатчиков было бы оптимальным, а зона радиопокрытия от базовых станций охватывала бы всю территорию.
Основные этапы решения поставленной задачи следующие:
1. Трехмерное моделирование поверхности и препятствий;
2. Нахождение точек размещения базовых станций;
3. Распределение абонентов по базовым станциям.
Выполнение 1-го этапа производится путем сканирования топографической карты и оцифровки полученного изображения. В дальнейшем ручным способом производится построение изолиний.
Второй этап задачи достаточно труден для алгоритмизации, поэтому было принято решение о логическом нахождении точек размещения базовых станций путем анализа полученных на 1-м этапе результатов.
Однако ручной способ нахождения точек размещения достаточно трудоемок, поэтому можно предложить способы решения задач размещения базовых станций с некоторыми допущениями.
На рисунке представлена схема размещения базовой станции, абонента и объекта, создающего тень.
Объект, создающий тень (имеющую проек- 7 i
ч vhak Z1БТ _ S2
цию g) находится в точке X0. Абонент нахо- J
дится в точке Xai и имеет приемную антенну Z 2БТ - S2
высотой hai. Z збт _ Sl
Первым допущением будет представление _
задачи как двухмерной. Также допустим, что
поверхность задана в общем случае неявной Z кБТ _ S¡с
функцией у от одного аргумента x - f(x,y)=0.
Сведем задачу к минимизации длины тени за одиночным
препятствием, находящимся в точке X0, высота препятствия
H. В этом случае как критерий оптимизации можно принять
либо минимизацию горизонтальной проекции тени
g2 _[xi (x)-x0]2 ^ min
либо, минимизацию длины тени (гипотенузы соответствующего криволинейного треугольника)
S sijyij+ k S hi‘x‘j
k
z-S
l-1[j-1 г-1
где i - номер абонента (i - 1,2,...,n ); y- признак уста-
+ Sj2 + S3 + . + S" + h\kX\ + h^kX 2 + h13kX13 +... + hfkX Щ3 + S22 + S23 + ... + S2m + hfkX 1 + hfkX| + h3kX f +... + h2nkX2n3
+ Б32 + Б33 +... + Sз'й + к\кХ 1 + к32кХ 32 + к33кХ 33 + ... + к3пкХ з + S2 + S3 + ... + Б! + кккХ ! + к2кх2 + к?кХ? + ... + кПкХП3
/с/с /с/с/с/с/с/с/с /с/с
новки базовых станций на I - й базовой точке; ^ - стоимость обустройства j - ой базовой станции (j = 1,2,., т );
0 абонент не прекреплен к j- ой станции
1 абонент прекреплен к j- ой станции к/ - высота антенны, необходимая для / -го пользователя при подключении к j -й базовой станции.
Ограничения:
Ху > 0
V/, XХу > 1,
У/, X .У/у =1
Здесь первое условие Ху > 0 означает, что количество
абонентов не может быть меньше нуля. Второе условие
V/, XХу > 1 определяет требование закрепления каждого
абонента как минимум за одной базовой станцией. И последнее ограничение означает, что базовая станция может быть установлена только на одну базовую точку.
Задача о покрытии множества сформулирована следующим образом. Стоимость установки аппаратуры у абонентов можно определить с помощью выражения:
5абон = 5апар + 5ант = 5апар + кк . Здесь ^апар - стоимость
аппаратуры, вант - стоимость установки антенны, которая
зависит от высоты к , к - коэффициент.
Суммарная стоимость установки базовых станций в базовых точках определяется следующим образом:
X Б1 + Х к1х 1 +Х Б 2 +Х к?Х? +Х Б 3 +Х к3х ?Чт
обы минимизировать затраты на развертывание телефонных сетей САРД в шахтных поселках необходимо минимизировать сумму следующих выражений:
Решение задачи, основанное на приведенных этапах, послужило основой для определения мест размещения базо-
nlrV n3
I2-[xi (x)-xo J2 + [y г (x)-Уо J2
Последовательно усложняя задачу, можно перейти к минимизации длины тени за несколькими препятствиями, находящимися в точках XI, высотой М
В этом случае критериями оптимизации будут минимизация сумм квадратов горизонтальных проекций теней
g2i ^ min
либо минимизация сумм квадратов длин теней 12i ^ min
X X
Также возможно в качестве критерия оптимизации использовать минимизацию сумм затененных вершин нескольких объектов, находящихся в точках Хаі, высотой hai. Высота приемной антенны, выступающей над тенью равна М’. Таким образом, критерий оптимизации будет иметь вид:
S
Третий этап задачи. На этом этапе необходимо определить распределение абонентов по базовым станциям (местонахождение базовых станций уже определено на втором этапе) таким образом, чтобы каждый абонент надежно обслуживался системой САРД. То есть задача состоит в определении минимального количества объектов (базовых станций) и мест их расположения, при котором обслуживаются все потребители (абоненты) с минимальными потерями.
В результате выполнения второго этапа задачи может возникнуть ситуация с радиопокрытием некоторого количества абонентов с нескольких базовых станций. Пропускная способность базовых станций всегда кратна некоторому числу N. В случае покрытия абонента более чем одной базовой станцией, необходимо определить, к какой базовой станции следует отнести (приписать) абонента с целью номерной загрузки каналов системы и, следовательно, увеличения ее пропускной (нагрузочной) способности.
Целевая функция оптимизации распределения абонентов по базовым станциям выглядит следующим образом
xiji -
вых станций и определения их характеристик для сети поселков ОАО «Кизелуголь». стандарта DECT, разворачиваемой на территории шахтных
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ --------------------------------------------
Шепелев П.С. — инженер, Московский государственный горный университет.
Кубрин С.С. — кандидат технических наук, Московский государственный горный университет. Балакшев Д. Ф. — инженер, Московский государственный горный университет.
Филиппов Ю.А. — инженер, Московский государственный горный университет.
