Решение задачи частотного планирования с дополнительным индивидуальным расширением полосы частот Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

Секция ««ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИИ»

УДК 004.722.45

РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ ЧАСТОТНОГО ПЛАНИРОВАНИЯ С ДОПОЛНИТЕЛЬНЫМ ИНДИВИДУАЛЬНЫМ РАСШИРЕНИЕМ ПОЛОСЫ ЧАСТОТ

М. С. Демичев, К. Э. Гаипов

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: [email protected]

Тезис содержит краткое описание алгоритма распределения выделенной частотный диапазон между каналами спутниковой MESH-сети и рассчитать индивидуальное дополнительное расширение полосы частот.

Ключевые слова: частотное планирование, MESH-сеть, радиостанции, комбинации, сигнал.

SOLUTION FREQUENCY PLANNING PROBLEM

M. S. Demichev, K. E. Gaipov

Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]

The thesis contains a brief description of the algorithm for allocating the allocated frequency range between the channels of the satellite MESH network and calculating an individual additional bandwidth extension.

Keywords: frequency planning, MESH-network, radio stations, combinations, signal.

Введение. Построение современных спутниковых сетей связи, как правило, не подразумевает межспутниковой передачи данных, так как основная задача спутника связи является ретрансляция полученного сигнала от одной наземной станции к другой, на которых происходит маршрутизация информационных потоков. Очевидно, что с развитием технологий процесс маршрутизации и коммутации лучше вынести на спутник связи, тем самым сократится время доставки информации между источником и адресатом. Ещё одним преимуществом при взаимодействии спутников между собой является использование тех частотных диапазонов, которые невозможно использовать для связи спутник-наземная станция, в силу особенностей распространения радиоволн через различные слои атмосферы и изменяющихся погодных условий. Подобного рода взаимодействия также могут возникать при отправки на орбиту роя наноспутников, которые должны взаимодействовать между собой. Естественным ограничением при организации такой спутниковой MESH-сети является частотный диапазон, в котором совместно должны работать все спутники и мощность передатчика, используемого для взаимодействия между спутниками. В связи с чем, предлагается алгоритм получения математической модели распределения частотного ресурса при ограниченной мощности передатчика и произвольным расположении спутников в пространстве. Особенностью предлагаемого алгоритма является его возможность работать с сетями, содержащими большое число MESH-станций, так как позволяет разбить исходную сеть на своего рода кластеры, которые анализируются базовым алгоритмом распределения частотного ресурса. Применение же базового алгоритма без кластеризации приводит к резкому увеличению числа операций для получения конечной системы уравнений. Также алгоритм предусматривает дополнительное индивидуальное расширение для каждой радиостанции, по которым возможна организация резервных каналов связи или расширение общей пропускной способности.

Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2017. Том 1

Постановка задачи. Пусть даны £ спутников и их координаты расположения в пространстве, зона действия передатчика каждого спутника или мощность излучения и диаграмма направленности, а так же совместно используемый частотный диапазон Б.

В данном алгоритме предполагается, что число связей у каждого спутника будет столько, сколько спутников находится в зоне его действия, ограничение на число передатчиков в данном алгоритме не предусмотрено и является дальнейшим развитием данного алгоритма.

Ход решения. Каждому спутнику присвоим номер, таким образом, получим Б, I е (1...Б). Под спутником понимается радиостанция, содержащая в себе совокупность п передатчиков.

Предлагаемый алгоритм позволяет определить радиостанции, которые будут работать на одной частоте, таким образом, всю совокупность радиостанций Б можно будет разбить на N групп, радиостанции, находящиеся в одной группе будут работать в некотором частотном диапазоне А^ таком, что

Если обозначить за А/j частоту радиостанции, где i е (¡...^ номер передающего спутника, j е (1...N) номер группы, в которую входит этот частотный диапазон, то исходя из сказанного все Д/ij, имеющий одинаковый индекс n равны между собой и равны соответственно А/у. В результате можно получить следующую систему линейных уравнений:

Решением, которой будет такое распределение частотных каналов для каждой радиостанции, при котором будет обеспечиваться без интерференционное взаимодействие спутников между собой с одновременным переиспользованием выделенного частотного диапазона.

Приведём краткое словесное описание алгоритма. Исходя из исходных данных построим табличную топологию сети, которую назовём матрица приема-передачи. Оптимизируем матрицу приема-передачи на предмет исключения изолированных радиостанций. Матрицу приема-передачи, разобьём на подматрицы. Из каждой подматрицы составим подматрицы одночастот-ных сигналов, которой описывается, какой сигнал, может быть на одной частоте с другим сигналом. Но это матрица показывает комбинацию сигналов из двух элементов. Далее применяем алгоритм поиска одночастотных сигналов в каждой подматрицы одночастотных сигналов, найденные связки сигналов, назовём «комбинации сигналов», каждые «комбинации», составленные из одночастотных сигналов, записываем в общий список комбинаций сигналов. Из списка комбинаций сигналов ищем связующие комбинации, в результате поиска получаем список одночастотных сигналов, в который входит и отдельные сигналы. В списке одночастотных сигналов отображаются как отдельные сигналы, которые будут иметь индивидуальные полосы частот, так и сигналы, которые будут располагаться на одних и тех же частотах, что и является решение задачи.

Вывод. Предлагаемый алгоритм позволяет определить частотный план спутниковой МЕ8И-сети с произвольной топологией и большой размерностью, так как позволяет разбить исходную МЕ8И-сеть на совокупность более простых сетей, анализ которых можно провести, используя базовый алгоритм из [1]. Получив систему уравнений (3) и выбирая различные варианты значений А^ и исходя из различных критериев эффективности можно получать различные варианты соединений спутников тем самым синтезируя требуемую топологию под конкретную задачу.

1. Демичев М. С. Решение задачи частотного планирования mesh сетей // Научное сообщество студентов XXI столетия. Технические науки : материалы XLIV Междунар. науч.-практ. конф. (26 июля 2016 г., Новосибирск). Новосибирск, 2016. С. 126-139.

(1)

N

(2)

Библиографическая ссылка

© Демичев М. С., Гаипов К. Э., 2017