CC BY
10Применение технологии NB IoT на примере жилого комплекса «Сердце Каспия»
А.В. Осовский\ Д.В. Кутузов1, Н.С. Мальцева1, О.В. Стукач2'3, Р.М. Бакалаева1
1 Астраханский государственный технический университет, Астрахань, Россия 2Национальный исследовательский университет "Высшая школа экономики", Москва, Россия 3Новосибирский государственный технический университет, Новосибирск, Россия
Аннотация: Рассмотрена задача моделирования затухания сигнала мобильной связи на примере организации сети в новом микрорайоне города. Выявлены достоинства и недостатки существующих моделей, дана оценка условия применения каждой модели. В связи с необходимостью массового подключения устройств Интернета вещей и "умных счётчиков" воды и электроэнергии проблема качества обслуживания становится наиболее актуальной в связи. Предложено использовать технологию Интернета вещей для передачи данных телеметрии, что может иметь далеко идущие перспективы в управлении жилищно-коммунальным хозяйством.
Ключевые слова: Интернет вещей, распространение радиоволн в городе, городская застройка, моделирование затухания, удобный город, мобильная связь в городе, многостандартность мобильных устройств, умный счётчик, автономное питание устройств Интернета вещей, антенна базовой станции, фемтосота.
Введение
Развитие инфокоммуникационных
технологий является одним из важнейших факторов в жизни современного общества. Одной из самых прорывных технологий считается технология Интернета вещей (Internet of Things, IoT). На текущий момент Интернет вещей наиболее развит в транспорте, энергетике, промышленности. В связи с программой "Цифровая экономика" и государственной поддержкой наиболее активно развиваются умные города и городская инфраструктура, в том числе транспорт, сервисы общения граждан и государства, различные решения в сфере жилищно-коммунального хозяйства (ЖКХ). Действительно, сектор ЖКХ - в числе самых очевидных отраслей, которые могут извлечь реальную выгоду от использования технологий IoT, т.к. устройства класса «умный счётчик» функционируют в сетях NB IoT.
Развитие рынка Интернета вещей (IoT) способствовало увеличению числа подключений к сетям мобильной связи. По мере увеличения количества Интернет-вещей становится понятно, что существующие сегодня технологии сотовой связи не позволяют покрыть весь IoT-рынок. Для данной проблемы была разработана технология узкополосного IoT, которая и получила название Narrow Band Internet of Things - NB IoT. Эта технология отличается низким потреблением энергии и предоставляет компаниям, работающим в сфере телекоммуникаций, огромный выбор уникальных возможностей. Так, применение этого стандарта способствует значительному увеличению доходности операторов от одного пользователя. NB IoT широко используется в отраслях, в которых
требуется минимальное энергопотребление и обеспечение бесперебойной передачи информации.
NB IoT - стандарт сотовой связи для устройств телеметрии с низкими объёмами обмена данными. Он предназначен для подключения к цифровым сетям связи широкого спектра автономных устройств. Данная технология позволит автоматизировать и упорядочить снятие и обработку показаний счётчиков и быстро реагировать на сигналы всевозможных датчиков в этой сфере. NB IoT ориентирован на работу с умными приборами учёта ресурсов, датчиками, устройствами умного дома и прочим оборудованием в совокупности именуемым Интернетом вещей (Internet of Things — IoT).
Благодаря разработкам консорциума 3GPP, появилась возможность развертывания сетей NB IoT во всех частотных диапазонах, в которых применяется стандарт LTE. При этом стандарт NB IoT способен передавать данные со скоростью 200 Кб/с, которой хватает для беспроблемной работы устройств, передающих с определённой периодичностью небольшой объём информации одного типа, а максимальный срок эксплуатации аккумуляторов оборудования NB IoT может достигать 20 лет.
Ещё одним важным преимуществом этой технологии считается возможность
подключения порядка 100 000 устройств NB IoT к одной соте базовой станции. Этот показатель на порядок выше нынешних стандартов сотовой связи. Подобные преимущества технологии NB IoT способствуют существенному увеличению зоны покрытия и возможности использования мобильной связи в труднодоступных регионах.
N3 IoT предоставляет в нужной мере эффективное, и вместе с тем недорогое решение как раз для таких случаев, как удалённый мониторинг самых разнообразных счётчиков и датчиков в сфере ЖКХ. Стандарт предлагает хорошую проникающую способность, что актуально, ведь счетчики, как правило, находятся в глубине зданий (Рис. 1).
"Умные" счётчики
Баювая станция
Сервер ЖКХ
А ^
Рис. 1. Организация сети связи по технологии N3 1оТ
«Умные» счётчики и датчики, предназначенные для автоматического учёта ресурсов, обладают автономным питанием для сбора, хранения и беспроводной передачи данных по стандарту N31оТ на базовую станцию оператора, к которому подключены устройства, а далее на сервер ЖКХ.
1. Постановка задачи
Целью данной работы является реализация технологии N31оТ в жилом комплексе «Сердце Каспия» г. Астрахани на базе существующей сети сотовой связи оператора ПАО МТС.
Основные задачи:
• Исследовать возможность организации сети связи на основе технологии N3 1оТ для жилищно-коммунального хозяйства города Астрахани на примере ЖК «Сердце Каспия» и существующей сети мобильного оператора ПАО МТС.
• Составить схему организации связи по технологии N31оТ;
• Выполнить расчёты , характеризующие достижение цели.
В качестве пилотного проекта был выбран жилой комплекс «Сердце Каспия», включающий в себя три монолитно-кирпичных 17-20-этажных дома, в которых имеется 730 квартир. Жилой комплекс находится по адресу: улица Набережная Приволжского затона, 20 г. На территории жилого комплекса также имеется подземный паркинг.
Учёт коммунальных ресурсов по фактическому потреблению и их рациональный расход в последнее десятилетие становится квинтесенцией в жилищно-коммунальном хозяйстве России. В частности, проблемам энергоэффективности зданий и коммерческому учету тепловой энергии посвящены работы [1, 2].
Реализация N3 1оТ в ЖК «Сердце Каспия» (г. Астрахань) позволит снабжающим и управляющим организациям получать прозрачность взаиморасчётов, наладить эффективный контроль за поставкой и передачей
ресурсов с функциями удалённого контроля счётчиков, сократить потери энергоресурсов и связанных с ними убытков, а также обеспечить автоматический сбор данных без обхода квартир сотрудниками и формировать на его основе чёткий баланс потребления ресурсов. При этом жители освобождаются от необходимости передачи данных ЖКХ в ручном режиме и будут иметь возможность оплачивать коммунальные ресурсы по фактическому потреблению.
2. Обследование местности
После постановки задач было проведено обследование местности (Рис. 2). В частности установлено, что данном микрорайоне у оператора сотовой сети связи МТС на одной из крыш дома установлена базовая станция NSN Flexi Multiradio, сопряженная с антенной TONGYU TQB-609016/T172718DEI-65FT2. Данное оборудование поддерживает технологию NB IoT, поэтому передача данных с «умных» устройств ЖК «Сердце Каспия» будет осуществляться именно на существующую базовую станцию.
Рис. 2. Обследование местности для проекта NB IoT в ЖК «Сердце Каспия»
NSN Flexi Multiradio BTS является многостандартной базовой станцией, которая поддерживает технологии GSM/EDGE, WCDMA/HSPA и LTE. Базовая система Flexi Multiradio BTS GSM/EDGE основана на технологии активных антенн, которая объединяет антенну и радиооборудование в единый функциональный блок, имеющий отдельные усилители мощности для каждого элемента антенны. Активная антенна позволяет осуществлять формирование лучей -фокусировку отдельного радиоподключения и его направление на конкретного пользователя, а также использовать различные технологии в одном блоке. Антенно-фидерный тракт базовых
ш d
70
Е <
к
60
50
Л
X >
(5
со ш
40
30
20
d
<U
10
станций систем мобильной связи является одним и самых важных элементов сетевой инфраструктуры, от которого напрямую зависит качество связи. Антенны, как основной элемент данного тракта, определяют качество и зоны покрытия. Для организации технологии NB IoT необходимы антенны, предназначенные для стандарта LTE.
з. Модели распостранения сигнала
Приведем основные модели расчёта затухания радиосигнала для городской местности с различной степенью урбанизации.
1) Модель Окамуры (англ. Okumura) -
основана исключительно на экспериментальных данных. Модель предсказывает медианное значение затухания радиосигнала на относительно большом расстоянии между передающей и приемной антенной (более 1 км). Для описания зависимости медианных потерь была предложена формула, согласно которой среднее затухание в децибелах определяется как:
L = Ls + A(f, d) - G(hBS ) - G(hMS ) - С,
где Ls - затухание в свободном пространстве; A(f, d) - медианное затухание в городе относительно затухания в свободном пространстве при высоте антенны приёмопередатчика базовой станции hBS=200 м и высоте подъёма антенны мобильного телефона hMS=3 м; C - фактор затухания для различных типов местности.
Коэффициенты высоты в децибелах G(hBS) и
G (hm) для антенн базовой и абонентской станции
определяются следующим образом: h
G(hBS) = 20 • IgC^J) при 10м < hBS < 1000м .
G(hMS) = 10 • lg() при hMs < 3м; h
G(hMS ) = 20 • lg() при 3 м < hMs < 10м
Составляющие для затухания A(f, d) и С определяются графическим способом, используя графики на Рис. 3 и Рис. 4. Для сельской местности фактор затухания С на 5 дБ меньше, чем для открытого пространства.
Модель Окамуры пользуется популярностью и считается наилучшей моделью для разработки сотовых и других систем наземной подвижной связи. Модель позволяет оценить затухание сигнала в условиях городской застройки на частотахf = 150...2000 МГц при расстоянии между мобильной и базовой станциями от d = 1...100 км, а эффективная высота антенны базовой станции лежит в диапазоне —s = 10...1000 м. Основной недостаток модели Окамуры - медленная реакция на изменение
типа местности. Эта модель лучше всего подходит для городских и пригородных районов и не очень эффективна для сельской местности.
100
80 60
50 40 30
20 10 5
2 1
100
80
60 50 40 30 20 10 5 2 1
100 200 300 500 700 1000 2000 3000 Частота f, МГц
Рис. 3. Зависимость медианного затухания A(f, d) в городе от частоты сигнала/ и расстояния ^
Поправочный коэффициент C, дБ
14 12 10 8 6 4 2
Открытое пространство
Пригородная зона
100
300 1000 Частота, МГц
1300
Рис.4. Зависимость фактора затухания «C» от частоты сигнала и типа местности
2) Модель Хата (англ. Иа1а) возникла в результате адаптации эмпирических формул к графикам, полученным Окамурой и его соавторами. Очевидно, что модель Окамуры неудобна для компьютерных вычислений. Для удобства реализации модели Хата предложил эмпирическую модель описания графической информации, представленной Окамурой. Модель Хаты в виде формул хорошо аппроксимируют графики в определённых диапазонах несущих частот.
Среднее затухание радиосигнала в децибелах рассчитывается по эмпирической формуле:
L = 69,55 + 26,6 lg f -13,83 lg h^ -- G(hMS ) + (44,9 - 6,55 lg hBS )
где 7=150...1500 МГц - частота радиосигнала; к^ = 30..200 м - высота подвеса
приемопередающей антенны базовой станции над уровнем земли; кт = 1...10 м - высота
подъёма антенны мобильного телефона; ё = 1...20 км - расстояние между антеннами базовой станции и мобильного телефона; О (кт)
- поправочный коэффициент для высоты антенны мобильного телефона, зависящий от типа местности.
Для малых и средних городов поправочный коэффициент (дБ) равен: О(кМБ) = (1,1-^/-0,7)• кш -(1,56• ^/-0,8) (1)
Для крупных городов поправочный коэффициент (дБ) задается выражением: С(кт) = 8,29 -[!е(1,54 • км5)]2 -1,1 для / < 400 МГц;
О(км5) = 3,2 • [1ё(11,75 • км5 )]2 - 4,97 для / > 400 МГц.
Для пригородных районов среднее затухание радиосигнала (дБ) рассчитывается по формуле:
L = L - 2 ■
пр
- 5,4
3) Эмпирическая модель Окамура-Хата
широко применяется при планировании систем подвижной связи. Модель получена в результате анализа набора экспериментальных значений напряжённости поля. Эксперименты
проводились в диапазоне УВЧ и ОВЧ на местности с различным рельефом и растительностью. Модель содержит графическое представление напряжённости поля, среди которых имелись зоны с плотной и средней застройкой, а также районы сельской и открытой местности. Условия применимости модели Окамура-Хата следующие: частотный диапазон / = 100...1500 МГц, расстояние от
приёмопередатчика базовой станции ё = 1...100 км, высота подвеса
приёмопередающей антенны базовой станции к = 30...200 м, высота подъема антенны
мобильного телефона кш = 1...10 м. Модель
Окамура-Хата ориентированная для проведения расчетов для различных типов местности.
В соответствии с этой моделью затухание сигнала в децибелах равно:
Ь = 74,52-13,82 • 1g кв, + 26,16 • ^ / - 3,2 • [1ё(11,75 • кт ]2 +
+(44,9 - 6,55 • ^ кв,) • 1g ё
для крупного города (/ > 400 МГц);
L = 70,35-13,82 ■ lg hBS + 24,6 lg f - (1,11-lg f - 0,7) ■ hMS + +(44,9 - 6,55 ■ lg hBS) ■ lg d для небольшого и среднего города (f = 150...1000 МГц);
L = 64,95-13,82 ■ lghss + 24,6 ■ lg f -2
+(44,9 - 6,55 ■ lg hBS ) ■ lg d - (1,11-lg f - 0,7) ■ HmS для пригорода.
4) Модель COST231-Hata является модифицированным вариантом модели Хаты, она предложена Монгенсеном как расширение модели Окамуры и Хаты для диапазон несущих частот f = 1500...2000 МГц, для высоты антенны
базовой станции h5X = 30...200 м, высоты
подъема антенны мобильного телефона ^ = 1...10 м и расстоянию между ними от
d = 1...20 км. Исследования данных моделей проводились в рамках проекта Европейского союза COST (Cooperation for Scientific and Technical Research). Модель позволяет оценивать затухание по формуле:
L = 46,3 + 33,9■ lg f -13,82■ lghBS -G^s)
+(44,9 - 6,55 ■ lg h^) ■ lg d + С
где g (hMS) определяется формулой (1), С=0 дБ -
постоянная для средних городов и пригородных районов с умеренной растительностью; C=3 дБ для крупных городов.
Модель подходит для больших, средних и малых городов, а также для открытой и сельской местности. Модель COST231-Hata не подходит для оценки затухания сигнала при расстояниях между мобильной и базовой станциями менее 1 км. В этом случае затухание сильно зависит от топографии местности.
5) Модель COST231- Уолфиша - Икегами
может применяться в случаях, когда антенна базовой станции расположена как выше, так и ниже линии уровня крыш городской застройки. В эту модель входят область частот f = 800...2000 МГц; высоты антенн базовых станций: hBS = 4...50 м, мобильной станции: h = 1...3; расстояние между базовой и мобильной станцией: d = 0,02...5 км; средняя
высота близлежащих к базовой станции зданий: hm < 80 м; расстояние между зданиями
r = 20...50 м; ширина улицы: W = 10...25 м; ориентация улицы относительно направления прихода сигнала: р _0...90 °.
Медианное значение потерь передачи L0 в децибелах определяется по формуле:
L0 = L1 + L2 + L3
2
2
где Ь = 32,4 + 20 • ^(й/) - потери при
распространении в свободном пространстве; Ь - потери на дифракцию и рассеяние волн за
счёт отражений от зданий;
Ь - потери, вызванные многократной дифракцией от рядов зданий, Ь2 = 16,9 -10 • ^) +10 • Н/ • (Ив - И2)) + ЬР Ь - потери, обусловленные ориентацией улиц
относительно направления прихода сигнала, которые равны:
-10 + 0,354р,_ если _0 <р< 350; 2,5 + 0,0750?-350),_если_350 < р < 550; 4,0 + 0,114(р-550),_если_550 <р<900. ¿3 = Ьс + Ка + Кй • ^(й) + К/ • 1^/) - 9 • 1g(r)
где
LP =
Lc =
Ka =
_ Г181в [1 + (кв, - кт )],если _ Ав, > hDl; [0, если _ йю < йВ1
54, если _ йю > йВ1;
54 - 0,8 • (Йю - Йш), если _ d > 0,5км _ и _ йю < йвр 54 - 0,4 • (НВ8 - йш) • й, если _ d < 0,5км _ и _ йю < Ьт.
K =
18, если _ > йВ1;
18 -15 (кв - ), если _ < йВ1.
kD1
Kf =
-4 + 0,71 -1 |-^л1 пригорода или среднегогорода
-4 +1,5--1 - для мегаполиса
925
Из условий применимости данной модели следует возможность её использования для расчёта потерь в микросотовых системах связи. Именно эта модель является наиболее эффективной при планировании зон радиопокрытия сетью сотовой подвижной радиосвязи в городских условиях.
6) Заказные модели основаны на формулах Хаты и позволяют модифицировать их, т.е. методом подбора постоянных коэффициентов достигается соответствие результатов теоретических расчетов и измерений для конкретной местности. Например, для малых и средних городов:
Ь = 1 + С2 • ^ / - С • ^ кв, - О(км, ) + (с4 - с5 • ^ кв, ) • ^ й
О(кМ, ) = ( С6 ^ 1g / - С7 )• кМ, -(С8 ^ ^ / - С9 )
и так далее.
7) Модель Ли - ещё одна широко используемая эмпирическая модель, которая может быть непосредственно записана в форме:
Ь = 10п ^ й + К - 20 ^ йж -10 ^ ^ + 59 Параметры П и К0 приведены в Таблице 1.
Таблица 1
Экспериментально полученные коэффициенты для расчётов ослабления сигналов с помощью модели Ли
Зона n Ко, дб
Сельская 2,35 49
Пригородная 3,84 61,7
Городская 4,8 77-84
8) Модель Парсонса включает в себя следующие параметры: область частот / = 100...1000 МГц; высота подвеса антенн
базовой станции кВ8 = 30...300 м, высота
подъема мобильной станции (телефона): кт <3 м; расстояние между базовой и мобильной станцией й < 10 км; плотность городской застройки 8 = 0...50% ; степень урбанизации V = 0...100% (средний и крупный город).
Среднее децибелах значение основных потерь передачи Ь0 определяется как:
[[/+100)" 156
L0 = 20 lg(0, lhBS) + 8lg hm - 0,025 f - 26 lg "(f+100)
-■¡40 +14,5 lg
156
lg d - 0,2658 + 0,3lAh - 0,8lv+5,5
где Ак = кв, - км, - разность высот антенн базовой и мобильной станции.
9) Модель Сакагами-Кубои включает в себя такие параметры: область частот / = 450...2200 МГц; разность высот антенн
базовой и мобильной станции Ак = 20...100 м; расстояние между базовой и мобильной станцией й = 0,5...10 км; средняя высота
близлежащих к базовой станции зданий к
больше высоты антенны базовой станции ЪВ5 ,
т.е. Нт > НВ5; средняя высота зданий вблизи
мобильной станции к02 = 5...50м; ориентация
улицы относительно направления прихода сигнала р =0...900.
Средний уровень Ь0 определяется как:
Ь = 100 -7,1 ^ -0,023жр +1,4• 1g Ак + 6,1 1gкВ2 -
24,37 - 3,7 — I +(43,42 - 3,11 1g кВ8 )• 1g й + 20^ / +
+ ехр(13• 1g/ -3,23) где Ж - ширина улицы.
Таким образом, все эмпирические модели были получены из анализа некоторого набора
экспериментальных измерений и поэтому «настроены» на те условия, в которых проводился эксперимент. Применение модели расчёта для среды со значительно отличающимися условиями может привести к недопустимым ошибкам прогноза. Повышение качества прогноза достигается посредством набора измерений и адаптации к конкретным условиям распространения. Так, например, при проектировании уровня электромагнитного поля в системах подвижной радиосвязи над водной гладью [3, 4, 8] или для расчёта затухания радиоволн УВЧ диапазона на местности с зелёными насаждениями в условиях астраханской области [5, 6] используются модели, также полученные на основе эмпирических данных, но существенно отличающиеся от вышеперечисленных классических моделей распространения сигнала.
4. Результаты
Для сигнала LTE качество связи описывается показателем уровня принимаемого сигналаЯ^!
(Received Signal Strength Indicator) - это значение полной мощности сигнала, поступающего на антенны устройства. Показатель RSSI измеряется в децибел-милливаттах (дБм), и поскольку он выражен в логарифмических единицах, то может принимать отрицательные значения. Однако в современных сетях этот показатель не позволяет узнать качество сигнала, поскольку учитывает не только полезный сигнал соты, но также весь побочный сигнал в измеряемом диапазоне частот. Например, значение RSSI включает в себя сигнал соседних базовых станций, внутренние и внешние помехи, шумы. Вместо показателя RSSI в спецификациях LTE-сетей широко используется параметр RSRP (Reference Signal Received Power), который оценивает мощность на основе пилотных сигналов, поступающих от текущей базовой станции. Поскольку RSRP не зависит от ширины канала и не учитывает побочные сигналы и помехи, он всегда имеет более низкое числовое значение, чем RSSI.
Уровни сигнала LTE
Таблица 2
RSRP Уровень сигнала Описание
До -80дБм отличный Отличный сигнал, максимальная скорость передачи данных.
От -80 до -90дБм хороший Хороший сигнал с быстрой скоростью передачи данных.
От -90 до -100дБм средний Может быть достигнут приемлемый результат, однако скорость передачи данных часто «проседает».
От -100дБм плохой Потеря соединения.
Расчёт уровня электромагнитного поля был выполнен с помощью программного комплекса ONEPLANRPLS-DBRFP - это система автоматизированного проектирования сетей радиосвязи, основанная на использовании геоинформационных технологий и объектно-ориентированной базы данных (Рис. 5-8). Основное назначение комплекса: планирование и организационно-техническое управление сетями подвижной и фиксированной радиосвязи, а также оптимизация структурно-топологических и технических характеристик системы. Данный комплекс разработан ООО «ИнфоТел», который установлен в двух лабораториях кафедры «Связь» Астраханского государственного технического университета». Программный комплекс обеспечивает: • определение рациональных мест размещения базовых станций с учётом реальной
концентрации абонентов, выбор мест размещения базовых станций по критерию наивысшего качества обслуживания
наибольшего количества абонентов при минимальном числе базовых станций и минимальном частотном ресурсе;
• повышение эффективности функционирования сети связи за счёт минимизации затрат на оборудование базовых станций и формирование заданной конфигурации зоны обслуживания абонентов сети;
• оптимизацию сети методом последовательного анализа вариантов;
• стереологический анализ эффективности функционирования сетей подвижной и фиксированной радиосвязи.
Рис. 5. Главное окно программы в режиме просмотра карты
Рис. 6. Окно просмотра профиля местности вокруг сектора базовой станции
С помощью программного комплекса ONEPLANRPLS-DBRFP была просчитана зона покрытия сети и уровень электромагнитного поля существующей базовой станции, используя
наиболее подходящие для данной местности модели — модель Парсонса и Модель Сакагами-Кубои.
Рис. 7. Зона покрытия базовой станции сети оператора ПАО «МТС»
Рис.8. Уровень электромагнитного поля базовой станции сети оператора ПАО «МТС»
Наиболее адекватный результат показала модель Парсона с уровнем RSRP до -80 дБ в районе ЖК «Сердце Каспия» (Рис. 8).
В подземном паркинге априори отсутствует качественный сигнал связи, поэтому необходимо организовать новую сеть (в том числе для сбора данных с умных датчиков) с помощью фемтосот. Фемтосота - это маломощная миниатюрная станция сотовой связи, предназначенная для обслуживания небольшой территории. Благодаря фемтосотам, покрытие сотовой сети резко улучшается именно в тех точках, где это необходимо. Фемтосота предоставляет все те же функции, что и «большая» сотовая ячейка, но в одном удобном для установки устройстве. Такое решение позволит не только обеспечить качественным уровнем сигнала сотовой связи территорию подземного паркинга, но обеспечить связь с устанавливаемыми здесь датчиками
мониторинга уровня воды на случай подтопления паркинга. В результате анализа был сделан выбор в пользу фемтосоты фирмы NEC MB4202-hvM52, так как критичным параметром является поддерживаемый стандарт, который позволит реализовать технологию NB IoT.
NEC MB4202-hvM52 - это многоканальное оборудование, которое обеспечивает превосходное 3G и 4G покрытие сети в радиусе до 50 м. Фемтосота данной модели предлагает экономически эффективный и быстрый способ обеспечить 3G или 4G покрытие, пропускную способность и разгрузку сети в домах или компаниях при обеспечении устойчивости и надёжности.
Заключение
Активная цифровизация различных отраслей затрагивает и сферу жилищно-коммунального хозяйства. Устройства NB IoT в этой области могут найти широкое применение. NB IoT ориентирован на работу с умными приборами учёта ресурсов, датчиками, устройствами умного дома и прочим оборудованием Интернета вещей. Инфраструктурой, обеспечивающей их работу, обычно являются существующие
телекоммуникационные сети. В работе рассмотрены модели оценки затухания радиосигнала для городской местности различной степени урбанизации - модели Окамуры, Хата, Ли и ряд других. Был выполнен расчёт уровня электромагнитного поля. Особенностью жилого комплекса является то, что ряд датчиков находится в подземном паркинге, и возникла необходимость организовать в нём качественную связь. Решением задачи стала организация фемтосоты. Для оценки функционирования фемтосоты проведены расчёты затухания. Подобное решение может быть использовано как типовое при организации сетей NB IoT для ЖКХ.
Литература
[1] Зорин П.А., Купреков С.В., Пуговкин А.В., Стукач О.В. Контроль энергоэффективности теплоснабжения зданий типовой застройки // Электронные средства и системы управления / Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники (Томск). - 2018. -№ 1-2. - С. 302-305. -https://elibrary. ru/item.asp?id=37384589.
[2] Зорин П.А., Стукач О.В. Статистическое моделирование тепловых характеристик жилых домов на основе данных теплосчётчиков / Новые информационные технологии в исследовании сложных структур: материалы Тринадцатой Международной конференции. Томский государственный университет. Томск, 07-09 сентября 2020. - С. 11. -https://elibrary. ru/item.asp?id=44189681.
[3] Пищин О.Н. Бестаева Н.В., Зубова А.Д., Орлова А.А. Учёт особенностей распространения радиоволн над водной гладью при проектировании уровня электромагнитного поля в системах подвижной радиосвязи // Радиотехнические и телекоммуникационные системы. -2018. -№ 1 (29). - С. 64-71.
[4] Пищин О.Н., Каламбацкая О.В. Особенности распространения радиоволн УВЧ диапазона в приземном и приводном тропосферном волноводе // Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Управление, вычислительная техника и информатика. - 2019. -№ 4. - С. 115-121.
[5] Романова Е.В., Пищин О.Н. Процесс математического моделирования методов оценки скорости передачи данных в LTE-1800 / Материалы III Международной молодёжной конференции «Информационные технологии и технологии коммуникации: Современные достижения»: Изд-во АГТУ. - Астрахань 1-5 октября 2019.
[6] Пищин О.Н., Султангалиева Д.К., Перова К. В. Особенности распространения радиоволн УВЧ диапазона на местности с зелёными насаждениями в условиях астраханской области // Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Управление, вычислительная техника и информатика. -2021. -№. 1. С. 28-35. DOI: https://doi.org/10.24143/2072-9502-2021-1-28-35.
[7] O.N. Pishchin, D. S. Puzamkov, K. V. Perova, I.O. Chulkov. "Groups of mobile cellular service stations for operational radio communication tasks in remote areas". 2091 012031 5th International Scientific Conference on Information, Control, and Communication Technologies (ICCT-2021) 4-7 October 2021, Astrakhan, Russian Federation // Journal of Physics: Conference Series. 2021.
[8] Пищин О.Н., Пузанков Д.С., Лыдкина К.С. Методика расчета влияния фактора сезонности на распространение радиоволн в южных регионах России вблизи гидросферных объектов в диапазоне ультравысоких частот // Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Управление, вычислительная техника и информатика. - 2022. №. 3. - С. 51-60.
[9] ONEPLAN RPLS-DB [Электронный ресурс] //
URL: http://www.rpls.ru/ru/
[10] Система учёта NB IoT [Электронный ресурс] // URL: https://weizer.ru/nbiot-sistema-ucheta/
[11] Преимущества и характеристики стандарта NB IoT [Электронный ресурс] // URL: https://wireless-e.ru/gsm/nb-iot/standart-nb-iot/
[12] IoT-решения для ЖКХ [Электронный ресурс] // URL: https://habr.com/ru/company/ smileexpo/blog/425093/
[13] Сеть NB IoT [Электронный ресурс] // URL: https://astrakhan.mts.ru/personal/tehnologii/set-nb-iot
[14] ЖК «Сердце Каспия» [Электронный ресурс] // URL: https://s-casp.ru/
Алексей Викторович
Осовский - кандидат технических наук, доцент кафедры «Связь» Астраханского государственного технического университета, г. Астрахань, ул. Татищева, 16. Email: a osovskiv@mail.ru
Денис Валерьевич Кутузов
- кандидат технических наук, доцент кафедры «Связь» Астраханского
государственного технического университета, г. Астрахань, ул.Татищева, 16. Email: d kutuzov@mail.ru
Олег Владимирович Стукач
— доктор технических наук, профессор Московского института электроники и математики Национального исследовательского университета «Высшая школа экономики» и
Новосибирского государст-
венного
технического
университета, основатель Томской группы Института инженеров по электротехнике и радиоэлектронике IEEE.
E-mail: tomsk@ieee.org
Наталия Сергеевна
Мальцева - кандидат технических наук,
заместитель директора по учебно-методической работе института Информационных технологий и коммуникаций Астраханского
государственного технического университета, г. Астрахань, ул. Татищева, 16.
Email: maltsevans@mail. ru
Радмила Муслимовна Бакалаева - студентка 4 курса специальности «Системы мобильной связи» Астраханского государственного технического университета, г. Астрахань, ул.Татищева, 16.
Email: bakalaeva.r@gmail.com
Статья поступила 30.10.2022
The Use of NB IoT Technology on the Example of the Residential Microdistrict
"Heart of the Caspian Sea"
A.V. Osovskiy1, D.V. Kutuzov1, N.S. Maltseva1, O.V. Stukach23, R.M. Bakalaeva1
Astrakhan State Technical University, Astrakhan, Russia 2National Research University "Higher School of Economics", Moscow, Russia 3Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russia
Abstract: The problem of modeling the attenuation of a mobile communication signal on the example of a network organization in a new city microdistrict is considered. The advantages and disadvantages of existing models are revealed. The conditions of application of each model are evaluated. The problem of quality of service becomes the most urgent in this issue due to the need for a lot of connection of Internet of Things (IoT) devices and "smart meters" of water and electricity. It is proposed to use the IoT technology to transmit telemetry data, which may have far-reaching prospects in the control of household and communal services.
Keywords: Internet of Things, wave propagation in the city, urban development, attenuation modeling, smart city, city mobile communication, multi-standard mobile devices, smart meter, autonomous power supply of IoT devices, base station antenna, femtocell.
References
[1] P.A. Zorin, S.V. Kuprekov, A.V. Pugovkin, O.V. Stukach, "Kontrol energoeffektivnosti
teplosnabzheniya zdanii tipovoi zastroiki,
"Elektronnye sredstva I sistemy upravleniya, Tomsk State University of Control Systems and Radioelectronics (Tomsk), 2018, N 1-2, pp. 302305, https://elibrary. ru/item.asp?id= 37384589.
[2] P.A. Zorin, O.V. Stukach, "Statisticheskoe modelirovanie teplovikh kharakteristik zhilykh domov na osnove dannykh tploshetchikov ", Novye Informatsionnye tekhnologii v issledovanii slozhnykh struktur: materialy 13 Mezhdunarodnoi konferencii. Tomsk State University, Tomsk, 07-09 september 2020, p. 11, https://elibrary.ru/item.asp? id=44189681.
[3] O.N. Pishin, N.V. Bestaeva A.D. Zubova, A.A. Orlova, "Uchet osobennostei rasprostraneniya radiovoln nad vodnoi gladiyu pri proektirovanii urovnya elektromagnitnogo polya v sistemakh podvizhnoi radiosvyazi, Radiotechnical and telecommunications Systems, 2018, N 1 (29), p. 6471.
[4] O.N. Pishin, O.V. Kalambatskaya, "Osobennosti rasprostraneniya radiovoln UVCH diapazona v prizemnom I privodnom troposfernom volnovode", "Vestnik Astrakhan State University. Iss. "Control, Computers and Informatics", 2019, N 4, p. 115-121.
[5] E.V. Romanova, O.N. Pishin, "Process matematicheskogo modelirovaniya metodov ocenki skorosti peredachi dannykh v LTE-1800", Materialy III Molodezhnoi konferencii "Informacionnye tekhnologii I tekhnologii kommunikatsii: Sovremennye dostizheniya": Press AGTU, Astrakhan, 1-5 October 2019.
[6] O.N. Pishin, D.K. Sultangalieva, K.V. Petrova, "Osobennosti rasprostraneniya radiovoln UVCH diapazona na mestnosti s zelenymi nasazhdeniyami v usloviykh astrakhanskoi oblasti, "Vestnik Astrakhan State University. Iss. "Control, Computers and Informatics", 2021, N 1, p. 28-35. DOI: https://doi.org/10.24143/2072-9502-2021-1-28-35.
[7] O.N. Pishchin, D. S. Puzamkov, K. V. Perova, I.O. Chulkov. "Groups of mobile cellular service stations for operational radio communication tasks in remote areas". 2091 012031 5th International Scientific Conference on Information, Control, and Communication Technologies (ICCT-2021) 4-7 October 2021, Astrakhan, Russian Federation, Journal of Physics: Conference Series. 2021.
[8] O.N. Pishin, D.S. Puzankov, K.S. Lydkina, "Metodika rascheta vliyaniya faktora sezonnosti na rasprostranenie radiovoln v yuzhnykh regionakh Rossii vblizi gidrosfernykh obektov v diapazone ultravisokikh chastot", "Vestnik Astrakhan State University. Iss. "Control, Computers and Informatics", 2022, N 3, p. 51-60.
[9] ONEPLAN RPLS-DB, http://www.rpls.ru/ru/
[10] Systema Ucheta NB IoT: https://weizer.ru/nbiot-sistema-ucheta/
[11] Preimushestva I kharakteristiki standarta NB IoT, https://wireless-e.ru/gsm/nb-iot/standart-nb-iot/
[12] IoT-resheniya dlya ZHKH, https://habr.com/ru/company/smileexpo/blog/42509 3/
[13] NB IoT Network, https://astrakhan.mts.ru/
personal/tehnologii/set-nb-iot [14] ZHk "Serdtse KAspiya", https://s-casp.ru/
Alexey V. Osovskiy is Cand. of Tech. Science, Asst. Prof. Of "Communications" Dept., Astrakhan State Technical University, Astrakhan, 16 Tatisheva Str.
Email: a osovskiy@mail.ru
Denis V. Kutuzov is Cand. of Tech. Science, Asst. Prof. Of "Communications" Dept., Astrakhan State Technical University, Astrakhan, 16 Tatisheva Str. Email: d kutuzov@mail.ru
Oleg V. Stukach is the
founder of the Tomsk IEEE Chapter, Dr. of Sci., Professor of Moscow Institute Electronics and Mathematics of National Research University Higher School of Economics and Novosibirsk State Technical University.
E-mail: tomsk@ieee.org
Nataliya S. Maltseva is
Cand. of Tech. Science, Asst. Director in Education of the Institute of Informatics and Communications. Astrakhan State Technical University, Astrakhan, 16 Tatisheva Str. Email: maltsevans@mail.ru
Radmila M. Bakalaeva is
four-year student, educ. program "Mobile
Communication Systems". Astrakhan State Technical University, Astrakhan, 16 Tatisheva Str.
Email:
bakalaeva.r@gmail.com
The paper has been received on 30/10/2022
