CC BY
9ВПЛИВ ОСОБЛИВОСТЕЙ ФОРМУВАННЯ СИГНАЛЬНО-КОДОВИХ КОНСТРУКЦ1Й НА ПОКАЗНИКИ ФУНКЦ1ОНУВАННЯ ТА ДОСТОВ1РНОСТ1 БЕЗПРОВОДОВИХ СИСТЕМ ЗВ'ЯЗКУ НА ОСНОВ1 СТАНДАРТ1В 802.11 N/AC
Осипчук С.О.
К.т.н., ст. викладач кафедри телекомунжацшних систем, Нацюнальний технгчний унгверситет Украти "Кшвський полтехтчний тститут 1мет 1горя акорського "
ORCID - 0000-0002-6174-2986 Мошинська А.В.
К.т.н., доцент, доцент кафедри телекомунжацшних систем, Нацюнальний технгчний унгверситет Украти "Кшвський полтехнгчний iнститут 1мет 1горя акорського "
ORCID - 0000-0002- 6582-9421 Пешкш А.М.
Асистент кафедри телекомунжацшних систем, Нацiональний технiчний ymiверситет Украти "Кшвський nолiтехнiчний тститут iменi 1горя акорського "
ORCID - 0000-0001- 5538-1670 Шм1гель Б.
магктр кафедри телекомунжацшних систем, 1нститут телекомунжацшних систем, Нацiональний технiчний унiверситет Украти "Кшвський полiтехнiчний iнститут iменi 1горя акорського "
ORCID - 0000-0002-8363-1275
THE EFFECT OF THE FEATURES OF SIGNAL-CODE CONSTRUCTIONS FORMING ON INDICATORS OF FUNCTIONALITY AND reliability OF COMMUNICATION SYSTEMS BASED ON THE 802.11 N/AC STANDARDS
Osypchuk S.
PhD, Senior Lecturer of Telecommunication systems department, Igor Sikorsky Kyiv polytechnic institute ORCID - 0000-0002-6174-2986 Moshynska A.
PhD, assist. Prof., assistant professor of Telecommunication systems department,
Igor Sikorsky Kyiv polytechnic institute ORCID - 0000-0002- 6582-9421 Pieshkin A.
assistant of Telecommunication systems department, Igor Sikorsky Kyiv polytechnic institute ORCID - 0000-0001- 5538-1670 Shmihel B.
master of Telecommunication systems department, Igor Sikorsky Kyiv polytechnic institute ORCID - 0000-0002-8363-1275
АНОТАЦШ
Стандарта амейства IEEE 802.11 часто ототожнюють з поняттям «WiFi» та асоцшють з можливос-тями забезпечення зв'язку в межах примщення. Стаття мютить результата дослвдження показнишв про-дуктивносп та достовiрностi безпроводових систем зв'язку на основi стандарпв IEEE 802.11 n/ac та розк-ривае величезний телекомушкацшний потенщал технологш цих стандарпв. На шдстаы теоретичних, ла-бораторних та натурних дослвджень мереж та гх елеменпв на основi обладнання Mikrotik доведена можливють забезпечення зв'язку в режимi розпод^ iнформацii в ближнiй (до 2 км) зош, а також в режимi радiорелейного зв'язку на вщстанях до 12 км. В графiчнiй та табличнiй формах наведено результата уах трьох видiв дослiджень.
ABSTRACT
The IEEE 802.11 family of standards are usually associated with a term "WiFi" when communication is established inside a building. The article contains results of productivity and reliability indicators of wireless communication systems based on IEEE 802.11 n/ac standards and reveals a tremendous telecommunication potential of these technologies. Based on theoretical, laboratory, and field researches of the networks and their components using Mikrotik equipment authors prove the capability of establishing communication in information distribution mode (up to 2 km) as well as in the radio relay communication at distances up to 12 km. This article provides all of the three researches results in the graphical and table forms.
Ключовi слова: IEEE 802.11, безпроводовий зв'язок, сигнально-кодова конструкщя, модель Лонгль Райса, Mikrotik, натурш випробування.
Keywords: IEEE 802.11, wireless communication, signal-code construction, Longley-Rice model, Mikrotik, field researches.
Вступ
Актуальтсть статп зумовлена crpiMKMM роз-витком стандарта IEEE 802.11 для створення засо-6iB безпроводового зв'язку, та необхвдшстю досль дження показнишв функцюнування засобiв зв'язку та верифшацп шструменпв для розрахунку i побу-дови мереж стандарпв IEEE 802.11n/ac. Метою до-слвдження е аналiз показникiв функцiонування без-проводових систем зв'язку на основi стандар-тiв IEEE 802.11n/ac. Об'ектом дослщження е системи безпроводового зв'язку стандарпв IEEE 802.11п/ас. Предметом дослщження е енергетичнi характеристики безпроводового каналу зв'язку та параметри якостi зв'язку на основi обладнання стандарта IEEE 802.11n/ac: розрахованi теоретично, отримаш в лабораторИ та на польових випробуван-нях.
Для досягення мети, в робот поставлено наступи задача
1. Провести аналiз характеристик стандартiв IEEE 802.11n/ac на фiзичному рiвнi та сигнально-кодових конструкцш.
2. Розглянути органiзацiю мереж на основi обладнання стандартiв IEEE 802.11n/ac.
3. Вибрати модель оцшки енергетичних пара-метрiв радiолiнii.
4. Розрахувати теоретично за допомогою iмi-тацiйноi моделi енергетичш характеристики каналу
В стандартi IEEE 802.11n для досягнення максимально)! швидкостi пiдтримуеться до 4 просторо-вих потокiв з шириною каналу до 40 МГц. IEEE 802.11ac може використовувати до 8 каналiв i ширину до 160 МГц. Щоб збiльшити пропускну здат-нiсть каналу ще бтше, стандарт IEEE 802.11ac до-датково пiдтримуе модуляцiю QAM-256. Також в стандарт IEEE 802.11ac вводиться стандартизоване формування випромiнювання сигналу, що дозволяе передавати сигнали в режимi точка-точка.
на основi лшп точка-точка i засобiв стандарту IEEE 802.11n/ac.
5. Провести лабораторнi дослiдження обладнання безпроводового зв'язку стандарту 802.11п/ас на основi iмiтацii лшп зв'язку iз затуханням сигналу за допомогою атенюаторiв.
6. Верифшувати в натурних умовах моделi оцшки якосл зв'язку в безпроводовому каналi на основi обладнання стандартiв IEEE 802.11n/ac.
7. Проаналiзувати етапи втрат швидкостi при використаннi протоколу TCP для побудови безпро-вiдних мереж на основi обладнання стандарта IEEE 802.11n/ac.
1. Аналiз характеристик стандар^в IEEE 802.11n/ac на фiзичному piuni та сигнально-ко-довi конструкцп
Стандарт IEEE 802.11ac е удосконаленим варь антом стандарту IEEE 802.11n i забезпечуе втричi б№шу швидкiсть [1-3]. Стандарт може бути вико-ристаний для обладнання мапстральних безпрово-дових лiнiй зв'язку на вщсташ десяткiв кiлометрiв. Завдяки цьому, на основi такого обладнання стае можливим гнучко будувати необхiдну повноцшну структуру безпроводово! мережi, що складаеться iз магiстральних лiнiй та точок безпроводового доступу.
Таблиця 1.
На рис. 1 зображено дiаграми сигнальних су-3ip'ÏB для рiзних видiв модуляци. Радюсигнал пред-ставляеться у виглядi двомiрноï to4koboï дiаграми на комплекснiй площиш, точками на якiй е вс мо-жливi символи, представленi в геометричнш формi.
На рис. 2 показано залежшсть ймовiрностi 6i-тово1 помилки вiд енергетичного потенцiалу радю-лiнiï. 3i збiльшенням позицiйностi модуляци, ймо-вiрнiсть бiтовоï помилки зб№шуеться. Отже, як правило, при зб№шенш спектральноï ефективно-стi енергетична ефектившсть зменшуеться. Рiзнi
Порiвняльна характеристика стандарт IEEE 802.11n/ac
Характеристика / Стандарт 802.11n 802.11ac
Робоча частота, ГГц 2.4 i 5 5
Швидкосл до 600 Мбгг/c до 6.7 Гбгг/c
Модулящя до QAM-64 до QAM-256
Канальна смуга, МГц 20 i 40(20+20) до 160
MIMO i кшьшсть просторових потокiв до 4-х до 8-ми
способи модуляци дозволяють отримати pi3rn шви-дкостi передaчi при рiзниx вiдношенняx сиг-
нaл/шyм. Використання бшьш склaдниx видiв мо-дyляцiï зaбезпечye бiльш високу швидк1сть передач^ але вимагае бiльшого вiдношення сигнал/шум.
QPSK
16QAM
64QAM
(а)
(Ь)
(с)
256-QAM
(d)
Рис. 1. Сигнальш сyзip 'я для модуляцш: a) QPSK, b) 16-QAM, c) 64-QAM, d) 256-QAM
1O
1O
1O
1O
1O
1O
1O
1O
15 2O 25 3O
35
Рис. 2. Залежнкть ймовipностi символьно'1' помилки вiд енеpгетичного потенцiaлy paдiолiнiï
O
5
h2, db
Найб№ш ефективним е поеднання декiлькоx тивне кодування та модуляц1я зaбезпечye максима-видiв модyляцiï, яке дозволяе збiльшити ефектив- льно можливу пропускну здaтнiсть, зaбезпечyючи нiсть i зону обслуговування базово!' стaнцiï. Адап- необxiднy нaдiйнiсть в кaнaлi зв'язку.
Рис. 3. Фгзичний ргвень швидкостг кодування в залежност1 вгд енергетичних умов у канал11 виду
модуляцп
Швидшсть кодування ввдображае кшьшсть до-даних надлишкових бгг для шдвищення завадостш-косп. Модулящя рР8К 1 низька швидк1сть кодування актуальш в раз1 поганих енергетичних умов у канал1. Схема модуляцп перемикаеться з РР8К на 16-рЛМ при покращенш умов передач! шформацп в канал1, що дозволяе збшьшити швидк1сть кодування вище 0,75. Змша виду модуляцп збшьшуе пропускну здатнють ф1зичного каналу, таким чином, шлькють надлишковосп може бути збшьшена. Схема модуляцп переключаеться з 16-рЛМ на 64-РЛМ у раз1 достатнього покращення канальних умов. Шсля вибору 64-рЛМ, адаптащя до умов каналу в лшп зв'язку продовжуе вид1ляти велиш роз-м1ри транспортних блок1в, для покращення канальних умов. У цьому випадку б1льше немае вар1анту
переключитися на схему модуляцп бшьш високого порядку, при досягненш швидкосп кодування 0,75. Заметь цього, адаптащя в лшп зв'язку продовжуе вид1ляти велиш розм1ри транспортних блошв 1 швидшсть кодування наближаеться до 1.
2. Оргашзащя мереж1 на основi облад-нання стандартiв 1ЕЕЕ 802.11п/ас
Застосування стандарпв 1ЕЕЕ 802.11 не обме-жене для зв'язку на коротш ввдсташ м1ж ad-hoc та користувацькими пристроями через точку доступу (АР). Стандарти 1ЕЕЕ 802.11 також використову-ються сьогодш для буд1вництва лшш малстраль-ного зв'язку, яш дозволяють будувати гнучку мере-жеву архитектуру разом з точками доступу. Приклад тако! мереж1 зображено на рис. 4.
A
RB/921UAGS--5SHPacT-NM 10.0.0.5/8
RB/921UAGS-АТ -5SHPacT-NM
10.0.0.101/8 10.0.0.6/8
5-40 km, 802.11ac
b
MTA D-5G-30D3-PA
MTAD-5G-30D3-PA
Рис. 4. Приклад гнучког архтектури розподшенох мережi з використанням обладнання стандартiв IEEE 802.11 i компонентами «точка-точка» та «точка-багатоточка»
Перевага такого тдходу виражаеться в насту-пних функщях:
• будiвництво точок безпроводового доступу AP (access point) для користувачiв в зош об-слуговування, сотнi метрiв;
• магiстральна мережа (backbone) - зв'язок для тдключення вщдалених частинах мереж!, на десятки кiлометрiв i бiльше;
• з'еднання рiзних елеменпв мереж! (точок доступу, маршрутизатор!в, мапстрат) на основ! единого i сумюного обладнання;
• можливють швидкого розгортання i налаш-тування мереж!, як для довгострокового, так i коро-ткострокового використання.
На рис. 4 блоки A, D ввдображають коммушка-цшш магiстралi для зв'язку м1ж вiддаленими части-нами мереж1 з високими швидкостями передачi да-них (Mikrotik i SXT Lite5 на коротк1 ввдсташ до 5
км, та RB/921UAGS-5SHPacT-нм на далек1 вiдстанi до 40 км); блок B - точки доступу для обслугову-вання ктенпв у зон! покриття (Mikrotik 52HPn для роботи до 100 м); блок C - маршрутизатор для ви-конання функцш комутацii потошв, мультиплексу-вання i маршрутизацii, а також пiдключення до ш-ших маршрутизаторiв або 1нтернет при необхвдно-CTi (Mikrotik RB951G-2HnD).
Схема, зображена на рис. 5, використовуеться для побудови мапстральноГ мережi з використанням стандарту IEEE 802.11ac. Це дозволяе з'едну-вати вiддаленi вузли на вiдстанi 2-30 км. Схема складаеться з направленог антени з шириною про-меня 2.5 град, та прийомопередавачiв Mikrotik, що побудоваш зпдно стандарту IEEE 802.11ac. Кому-татор використовуеться для об'еднання шнцевих термiналiв (у даному випадку - ПК) та VoIP засобiв в одну мережу.
RB/921UAGS-5SHPacT-NM 10.0.0.5/8
MTAD-5G-30D3-PA
RB/921UAGS-5SHPacT-NM 10.0.0.6/8
2-50 км, 802.11ac MTAD-5G-30D3-PA
VoIP адаптер
XI
Sw tch
|Н|
ПК2 Voice phone
10.0.0.102/8
Voice phone ПК1
10.0.0.101/8
Рис. 5. Схема досл1джень маг1стрально'1 лти «точка-точка» для в1дстаней 2-30 км
3. Bii6ip моделi ощнки енергетичних пара-MeTpiB радшлшп
В якосп моделi поширення радiохвиль викори-стано модель ЛонгльРайса i ii модифшацп, як1 за-безпечують задовiльну точнiсть для випадшв складного рельефу i щшьно1 мiськоi' забудови [4]. Для оцшки профiлю траси розповсюдження радiохвиль, а також енергетичних параметрiв траси, використа-ний онлайн-iнструмент «Radio Mobile Program» (RMP) [5]. RMP - це програма комп'ютерного мо-делювання для прогнозування радiопокритгя базо-во! станцп, ретранслятора або шшо1 радiомережi. В RMP модель каналу враховуе рiзнi параметри сис-теми зв'язку та середовища для передбачення ра-дюпокриття i траси розповсюдження радiохвиль. RMP використовуе наступи вхiднi параметри для прогнозування характеристик каналу зв'язку та за-безпечення покриття: розташування передавача та приймача, вих1дна потужнiсть передавача, робоча частота, тип антени та ii коефщент шдсилення, енергетичнi втрати в лши передачi, розташування приймача, тип i пiдсилення антени приймача та шшг
Повнi втрати мiж передавачем i приймачем ро-зраховуються як сума в дБ уах видiв втрат на шляху розповсюдження радюхвил^ так1 як втрати у в№ному просторi та спричиненi дифракщею втрат. Значения затухання Lcr дорiвнюе сумi затухання у вiльному просторi Lbf i ослаблення сигналу перешкодами АоГ:
LCr = Lbf + ACr
Затухання у вшьному просторi розраховуеться за формулою: Lbf = 32 .45 + 20 log10/+ 20 log 10d dB , (1)
де f - частота в МГц, d - ввдстань в км.
Результуюче затухання визначаеться в залеж-носп ввд вiдстанi формулою (1). Розраховаш три ш-тервали називаються прямо1 видимостi, дифракцп i розкиду областей, вiдповiдно.
4. Результати теоретичног ощнки енергетичних napaMeTpiB лши «точка-точка»
Вхгднг дат для розрахунку:
• Висоти пiдвiсу антен 15.0 м, та 25 м. з прямою видимютю для прийомопередавачiв
• Потужшсть сигналу передавача 33.01 дБм
• Втрати на лши ТХ 3.00 dB, RX 0.50 dBm
• Щдсилення ТХ та RX 30.00 dBi
• Чутливiсть приймача -96 dBm
Вих1дн1 результати:
• Енергетичш втрати в лши
Тестування обладнання Mikrotik проводилось
на реальнш магiстралi, на вщсташ 11.56 км, тому для теоретичного розрахунку вибраш вiдповiднi характеристики: робоча частота 5.9 ГГц; екивалентна iзотропна випромiнювана потужнiсть (1002.374 W)
- добуток потужносп радiочастотного сигналу, що пiдводиться доантени, на абсолютний коефiцiент посилення антени; максимальна потужшсть випро-мiнювання 33 дБм; коефщент пiдсилення прийма-льно! i передавально1 антен - 16 дБ. В результат^ отримане пiдсилення складае 202.53 dB, отриманий сигнал на входi приймача -42.37 dBm, амплiтуда отриманого сигналу - 1703.37 ^V, запас потужносп
- 70.65 dB, для ймовiрностi помилки BER=10-6.
5. Результати лабораторних дослщжень лЬ ни «точка-точка»
В лабораторп дослвджено характеристики пе-редачi даних з використанням прийомопередавачiв Mikrotik RB/921UAGS-5SHPacT-N в режимi доступу "точка-точка" з моделюванням втрат в радю-лiнii на основi атенюаторiв з фiксованим загасан-ням 40 дБ i додаткового змшною затухання 20-80 дБ. Вимiрювання швидкосп передачi трафiку TCP здiйснюеться при змш рiвня затухання в модельо-ванiй лiнii зв'язку. Отриманi даш можуть бути ви-користанi для прогнозування показнишв якостi зв'язку ^вня вхiдного сигналу на приймач, швид-кiсть передачi даних) з використанням карти мюце-востi, та подальше розгортання обладнання для ви-сокошвидкюно1 передачi в реальних умовах. Максимальна швидшсть досягае 140 Мбiт/с для TCP з iмiтуванням магiстралi на основi використанням атенюаторiв (рис. 6).
Швидмсть nepeAa4i даних
u
Ю
1000 800 600 400 200
-70 -50
PiBeHb вхщного сигналу, дБм
-30
со
3
— Трафик ТСР — ^ Трафик UDP — к -Заявленная скорость
Рис. 6. Результати тестування продуктивностi мережi в лабораторних умовах
Отримана швидюсть передачi по протоколу ТСР становить 140 Мб!т/с, в той час як заявлена виробником швидк1сть - 866 Мб!т/с. До заявленоГ виробником швидкосп наближаеться результат, досягнутий по протоколу UDP, але важливо вщ-значити, що на практищ зазвичай вимагаеться дос-тов!рна передача даних, тому протокол UDP використовуеться в дуже обмеженому ряд! додатшв.
6. Верифжащя в натурних умовах мод^ ощнки якостi зв'язку в безпроводовому капам на основi обладнання стандар^в IEEE 802.11n/ac
Шсля встановлення обладнання на ввдповвд-них точках, його шдключення до мереж! живлення та юстирування антен, було досягнуто встанов-лення надшного зв'язку i швидкосп передач! даних в мапстральнш лши до 133 Мб!т/с в симплексному
режим! передач!, i до 66 Мб!т/с в режим! повного дуплексу для TCP трафшу (гарантована i достовь рна передача шформадп). Р!вень сигналу на вход! приймача досягав - 42 дБм. Стад зазначити, сигна-льно-кодових конструкци, що використовувались в той час були 866.6Mbps-80Mr^2S/SGI i 780Mbps-80Mr^2S/SGI, як1 ввдповщають сигналу на вход! приймача -42 дБм i цей результат шдтверджуе результати випробувань в лабораторц.
Вим!ряш показники роботи системи зв'язку при натурних випробуваннях вщображено у Таблиц! 2.
Отже, натурш випробування та результати тестування швидкюних мапстральних лшш для мереж з гнучкою конф!гуращею, вщповвдають результатам, отриманим у лабораторних випробуваннях, а також при теоретичнш оцшщ каналу зв'язку.
Таблиця 2.
Вим!ряш показники системи зв'язку при натурних випробуваннях.
0
Вид трафжу Параметр Напрям потоку трафшу Примггка
A > B B > A A > B + B > A
Тестовий тра-фiк, TCP Р!вень сигналу на вход! приймача, дБм -42 dbm -42 dbm - -
Ввдношення сигнал/шум, дБ 58 dB 58 dB - -
Швидшсть передач! даних, Мбгг/с 122 133 Пер.: 66.6 Пр.: 59.2 -
Час тестування, хв. 2 2 2 -
Якють каналу, % 97-100% 97-100% 97-100% -
Сигнально-кодова конструкщя 866.6Mbps-80МГц/2S/SGI 780Mbps-80MT^2S/SGI - -
Передача голосу, VoIP Ощнка якосп голосу - - - 4 (перериван-ня зв'язку на 1-2 сек)
Ввдеозв'язок Ощнка якосп вщеоси-гналу - - - 4
Отримаш результати роботи оприлюднено в для побудови безпровщних мереж на основi об-публжад!ях [6-11]. ладнання стамдартiв IEEE 802.11n/ac
Cтруктурна схема мереж!, для яког дослщжено 7. Амалiз етапiв втрат швидкосп переда- втрата швидкосп, зображена на рис. 7. вання даних при використаннi протоколу TCP
RB/921UAGS-5SHPacT-NM 10.0.0.5/8
802.11ac mtad-5g-30d3-pa
RB/921UAGS-5SHP acT-NM 10.0.0.6/8
ПК2 10.0.0.102/8
ПК1 10.0.0.101/8
Рис. 7. Структурна схема оргашзаци мережi для випробувань
На рис. 8 графiчно зображено етапи форму-вання пакепв даних на яких ввдбуваеться втрата ш-формацшно! швидкостi передачi.
802.11ac 5GHz
1) wireless BER (CCQ) Wireless
2) wireless overhead data host
3) wireless redundancy encoding
IWF
4) tcp/ip overhead data (>17%)
tcp 5) tcp retransmission tcp
ip Ip (router) ip
RLP RLP
Data link layer MAC Data link layer MAC / s Internet
Physical Physical
Рис. 8. PieHi формування naKemie даних та додавання надлишковостi
На рис. 8 цифрами позначено:
1) Бггов! помилки, що виникають в раз! передач! даних по безпроводовому каналу передач! в результат! багатопроменевосл, штерференди та зату-хання.
2) Службова шформащя, що передаеться м!ж обладнанням Mikrotik (вибраним для дослщження) по протоколу IEEE 802.11ac.
3) Надлишкове кодування для запобтання помилок передач! знижуе корисну швидк1сть вна-слвдок використання контрольних шформадшних бгт, при цьому тдвищуючи завадоспкють каналу (R=5/6).
4) Службова шформащя та заголовки при ви-користанш технологи Ethernet з максимальною до-вжиною корисного навантаження 1500 байт.
5) Повторна передача даних по протоколу TCP внаслщок некоректно прийнятих даних при перев!рщ контрольног суми.
Отже, на кожному етат формування сигналу та додавання службовог шформадп, для запобь гання зниження швидкосп передавання корисног
шформадп, необх1дно вибирати оптимальш за пев-ним критер!ем сигнально-кодов! характеристики сигналу та розм!р службовог шформадп.
Висновки
В робот! розглянута i дослщжена високошвид-к1сна мережа та и компоненти i характеристики для оргашзаци безпроводовог передач! даних з гнучкою арх1тектурою на основ! стандарпв IEEE 802.11 та обладнання Mikrotik. Розглянуто основш архтгекту-рш елементи для гнучког' мереж1, таю як маршрути-затори, точки доступу, та обладнання мапстраль-ного зв'язку м!ж ввддаленими точками.
В результат! виконання дослвджень отримано наступш результати:
1) Дослщження, проектування i створення власних засоб!в безпроводового зв'язку е актуаль-ним напрямом розвитку у галуз! телекомушкадш. Дане дослщження проведено в рамках юнуючог' не-обхвдносп, а саме - виконано ощнку якосп зв'язку в безпроводовому канал!, створеному на основ! стандарту IEEE 802.11ас, що е одним !з найсучасшших
стандарта для побудови засобiв безпроводового зв'язку.
2) Проведено випробування лши зв'язку в ла-бораторИ з використанням атенюаторiв для шгта-ци каналу зв'язку iз затуханням та обладнання стандарту IEEE 802.11ac. Розраховано теоретично енергетичнi параметри каналу зв'язку для заданих вхщних даних на основi цифрових карт з рельефом шсцевосп. Виконано натурн випробування лши зв'язку виду точка-точка на основi обладнання Mikrotik на ввдсташ 11,56 км. Результати уах трьох дослгджень показали, що отримаш енергетичнi характеристики каналу при натурних випробуваннях вгдповгдають проведеним теоретичним розрахун-кам та лабораторним дослвдженням, що подтвердило коректнiсть запропоновано1 i використано1 методики. Це дозволяе проектувати безпроводов1 мереж! зв'язку iз використанням теоретично'1 мо-делi оцшки енергетичних параметрiв безпроводового каналу зв'язку з високою точнктю, без попе-реднього тестування мереж1 в польових умовах, та значним зниженням ризику необхiдностi залучення додаткових матерiальних ресурсiв на доробку та покращення роботи мереж1 зпдно поставлених задач.
3) В якостi енергетично1 моделi в даному до-слвдженш вибрано модель Лонглг-Райса, що задо-вольняе початковим умовам i тдтверджено практи-чними дослiдженнями. Модель дозволяе проводити обчислення медiанного значення ослаблення для складних трас в дiапазонах частот до 10 ГГц, i при-значена для визначення медiанних значень послаб-лень для довгих трас в умовах переачно1 мюцево-стi.
4) Вивчення теоретичних принцитв роботи та фунцiонуваиня систем стандарту IEEE 802.11ac на фiзичному i канальному рiвнi дозволило перейти до теоретично1 оцiнки ефективостi i характеристик каналу зв'язку. Оцшка енергетитчного проф1лю траси i показнитв функщонування мереж1 прово-дилася з використанням iмiтацiйного моделювання з використанням iнструменту «Radio Mobile Program» (RMP), що використовуе модель оцiнки параметрiв каналу Лонгл^Райса. Цей шструмент враховуе ввдомосп про розташувания об'ектiв та !х висот i дозволяе визначити енергетичш показники каналу. На основi моделi Лонглi-Райса для мапст-ралi довжиною 11,56 км в результатi iмiтацiйного моделювання, сигнал на входi приймача повинен бути на рiвнi - 42.37 дБм, що ввдповвдае TCP тра-фiку зi швидк1стю порядку десятшв i сотнi Мбiт/с при використанш системи точка-точка IEEE 802.11ac. Модель Лонгл^Райса дозволяе отриму-вати достовiрнi результати розрахунку параметрiв каналу зв'язку, що сприяе ефективному викорис-танню ще1 модел1 для проектування мереж на ос-новi засобiв IEEE 802.11ac.
5) Виконанi натурш випробування на вщсташ 11,56 км показали, що отримаш енергетичш характеристики каналу вщповвдають проведеним теоретичним розрахункам, а отримана продуктившсть спiвпадае з результатами, отриманими в лаборато-рних дослвдженнях. Це шдтверджуе вiдповiднiсть
теоретичних розрахунк1в i практичних експеримен-тiв. Похибка склала 7%. При проведенш вимГрю-вань досягнуто швидкостi передачi даних в мапст-ральнiй лши до 133 Мбгт/с в симплексному режимi передачi, i до 60 Мбiт/с в режимi повного дуплексу для TCP трафшу. Рiвень сигналу на входi приймача досягав - 43 дБм. При передачi використовувались сигнально-кодовi конструкцп 866.6 Мбiт/с -80МГц/2S/SGI i 780Мбгт/с - 80МГц/2S/SGI, як1 ввд-поввдають сигналу на входi приймача - 43 дБм.
6) В лабораторних юпитах вимiряно характеристики передачi даних з використанням прийомо-передавачiв Mikrotik RB/921UAGS-5SHPacT-N в режимi доступу "точка-точка" з моделюванням втрат в радюлшп на основi атенюаторiв. Визначено залежшсть продуктивностi вiд енергетичних характеристик каналу та виконано порiвняння з результатами аналгтичного моделювання. Розбiг в оцiнцi продуктивностi - 5%. Максимальна швидшсть ТСР трафку досягае 360 Мбiт/с. Вбудованi методи дос-л1дження швидкостi обладннаиия Mikrotik не пока-зують реально1 швидкосп передачi, так як генера-щя пакетiв та обробка контрольних сум утилiзуе CPU на 100%. Перевантаження CPU обмежуе мак-симальну швидкiсть передачi по протоколу TCP до 140 Мбгт/c. При використанш UDP швидшсть досягае 400 Мбгт/c.
7) Застосування стандарта IEEE 802.11 не об-межене для зв'язку на коротш ввдсташ мГж ad-hoc та користувацькими пристроями через точку доступу (АР). Стандарта IEEE 802.11 також використову-ються сьогодш для побудови лшш магiстрального зв'язку (backbone, CB), на основГ яких можливо бу-дувати гнучку мережеву архiтектуру разом з до-чами доступу (APs). Перевага такого пГдходу про-являеться в наступних функцГях: 6удГвництво точок безпроводового доступу AP (access point) для кори-стувачiв в зош обслуговування, сотнГ метрiв; магiс-тральна мережа (backbone) - зв'язок для шдклю-чення вiддалених частинах мереж^ на десятки кГло-метрiв i бiльше; з'еднаиия рГзних елементiв мережТ (точок доступу, маршрутизаторiв, магiстралi) на ос-новГ единого i сумюного обладнання; можливГсть швидкого розгортання i налаштування мереж1, як для довгострокового, так i короткострокового вико-ристання. Вказанi елементи i характеристики без-проводових мереж дозволяють будувати безпрово-довГ системи зв'язку з гнучкою архiтектурою, яка може бути корисною для широкого кола користува-чГв i оргашзацш.
Лiтеpaтуpa
1. "IEEE 802.11ac, Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications: Enhancements for Very High Throug
2. "IEEE 802.11n, Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications: Enhancements for Higher Throughput," IEEE Std 802.11n-2009, pp. 1 -565, 2009.
3. Matthew Gast "802.11ac: A Survival Guide", O'Reilly Media 2012. - 144 p.
4. Longley A. G., P. L. Rice. Prediction of tropospheric radio transmission loss over irregular terrain - a computer method. ESSA Tech. Report ERL65-ITS67. Available from NTIS, Access. No. AD-676-874. - 1968. Онлайн-доступ: http://www.visuallmr.com/documentation/pathlossmo dels/ntis.longleyrice.676874.pdf.
5. Онлайн-шструмент для ощнки траси роз-повсюдження радюхвиль: http://www.ve2dbe.com/rmonline.html.
6. Уривський Л.О, Шмпель Б.О. Анал!з про-дуктивносп систем мобшьного зв'язку з нано- i ткосотами. / Науково-виробничий зб!рник «Нау-ков! записки УНД1З». - К.: УНД1З, 2014, № 4(32), с. 5...10
7. L. Uryvsky, S. Osypchuk, B. Shmigel. The 802.11 Protocols Usage for Wireless Systems Construction with Flexible Architecture. - IEEE TCSET'2016, February 23-26, 2016, Lviv-Slavske, Ukraine. pp. 918-921. (Scopus, IEEE)
8. Уривський Л.О., Осипчук С.О., Шмпель Б.О. Особливосп способ!в ощнкп продуктивносп
мережi на основi 802.11ac. Х мiжнародна на-уково-технiчна конференщя "ПРОБЛЕМИ ТЕЛЕКОМУШКАЦШ". 19-22 квiтня 2016 року, НТУУ «КП1», Ки1в. - с. 28-30.
9. L. Uryvsky, A. Moshynska, S. Osypchuk. Selection of Signal-Code Sequences in IEEE 802.11 Equipment / "The scientific heritage" Magazine, No 17 (17), 2017, Р.1, Budapest, Hungary; ISSN 9215-0365. - P.60-63.
10. L. Uryvsky, A. Moshynska, S. Osypchuk. Efficiency analysis of signal-code sequences selection algorithms in IEEE 802.11 equipment / 2nd International Conference on Advanced Information and Communication Technologies - 2017 (AICT-2017). 47 July 2017, Lviv, Ukraine. - Conference Proceedings.
11. L. Uryvsky, A. Moshynska, S. Osypchuk. Applied research of Modulation-Coding Schemes selection algorithms effectiveness in 802.11 equipment / 4th International Scientific and Practical Conference «Problems of Infocommunications. Science and Technology» (PICS&T-2017). - 10-13 October, 2017, Kharkiv, Ukraine. - Conference Proceedings.
Л1НЕАР1ЗАЦ1Я МОДЕЛ1 KОMПЕНСАЦIÏ РЕАKТИВНОÏ ПОТУЖНОСТ1 В ЕЛЕ^РИЧНИХ МЕРЕЖАХ
Лежнюк П.Д.
Вiнницький нацюнальний техтчний yнiвеpситет, д.т.н., npоф., зав. кaфедpою ЕСС, м. Втниця, У^ата
Демов О.Д.
Вiнницький нацюнальний теxнiчний yнiвеpситет, к.т.н., доц., доцент каф. ЕСЕЕМ, м. Вiнниця, У^ата
Швнюк Ю.Ю.
Вiнницький нацюнальний теxнiчний yнiвеpситет, асистент кaфедpи ЕСС, м. Втниця, У^ата
LINEARIZATION OF MODEL OF REACTIVE POWER COMPENSATION IN ELECTRIC NETWORKS
Lezhniuk P.D.
Vinnytsia National Technical University, Dr. Sc. (Eng.), Professor, Head of Department of Electric Power Stations and Systems, Vinnitsia, Ukraine
Demov O.D.
Vinnytsia National Technical University, PhD, Assistant Professor, Department of Electric Engineering Systems of Electro-Consumption and Power
management, Vinnitsia, Ukraine Pivniuk Yu.Yu.
Vinnytsia National Technical University, Assistant, Department of Electric Power Stations and Systems, Vinnitsia, Ukraine
AHOTAЦiЯ
Показано, що вщносш спади напруги е лшшними штегральними показниками i дозволяють одноча-сно ощнювати втрати активно1' потужносп в електричнш мережi i спади напруги на ïï дiлянкax. На основi цього запропоновано лшшну модель розрaxyнкy компенсацп реактивно1' потужносп в електричниx мере-жax i управлшня компенсуючими установками, яш дозволяють забезпечити максимальне зниження втрат i допyстимi рiвнi напруги в цт мережax. Використання в^носнт спaдiв напруги дозволяе лшеаризувати процес оптимiзaцiï потокiв реактивно1' потyжностi в електричниx мережax, що, порiвнюючи з вщомими методами, спрощуе розв'зання вказант моделей.
