Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 4
Глава 1 Сравнительный анализ средств связи для использования в шахтных посёлках в условиях сложного рельефа местности 9
1.1 Обзор средств телефонной связи 9
1.2 Анализ особенностей проводной телефонной связи 13
1.3 Анализ особенностей сотовой связи 15
1.4 Анализ беспроводной связи стандарта DECT 21
1.5 Анализ особенностей спутниковой связи 37
1.6 Выбор наилучшей технологии телефонной связи для условий шахтных посёлков 39
1.7 Исследование пропускной способности радиотелефонной сети DECT 44
1.8 Выводы по главе 1. Формулировка задач, решаемых при развертывании радиотелефонных сетей шахтных посёлков 54
Глава 2 Решение обратной вариационной задачи по радиовидимости абонентов 57
2.1. Постановка задачи. 57
2.2. Получение уравнения Эйлера 59
2.3. Решение уравнения Эйлера 59
Вывод к главе 2 63
Глава 3 Разработка математической модели, описывающей радиотелефонное отношение абонента и базовой станции 65
3.1. Описание и постановка задачи отношения абонента и базовой станции 65
3.2. Формализация задачи отношения абонента и базовой станции 70
3.3. Математическая модель задачи отношения абонента и базовой станции 73
3.4. Разработка алгоритма отношения абонента и базовой станции 75
3.5 Описание математической модели задачи отношения абонента и базовой станции 80
Вывод по главе 3 82
Глава 4. Разработка математической модели распределения абонентов по нескольким базовым станциям 84
4.1 Описание задачи распределения абонентов по нескольким базовым станциям 84
4.2. Формализация задачи распределения. абонентов по нескольким базовым станциям 84
4.3. Математическая модель задачи распределения абонентов по нескольким базовым станциям 87
4.4. Разработка алгоритма распределения абонентов по нескольким базовым станциям 88
4.5. Описание блок схемы алгоритма распределения абонентов по нескольким базовым станциям 89
Вывод к главе 4 90
Глава.5. Практическое использование результатов при телефонизации шахтных поселков 91
5.1 Структурная схема построения оптимальной конфигурации сети радиосвязи в условиях сложного рельефа местности для абонентов шахтных поселков: Технический, РМЗ, Углеуральский, Шахтный, Нагорнский, Шумихинский, Усьва, Южный, Юго-Западный, Скальный, Половинка, Северный Коспашский, Шахта, Южный Коспашский ликвидируемых шахт ОАО «Кизелуголь»
5.2 Общие положения 96
5.3 Проектные решения 101
5.4 Охрана окружающей среды 119
Вывод по главе 5 121
Заключение 122
Список используемой литературы 123
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 - Примеры карт для шахтных поселков Южный, Юго-Западный, Технический 132
Введение к работе
Актуальность исследования
В начале 90-х годов в России некоторые шахты и рудники были признаны нерентабельными и впоследствии реструктуризированы. Социальные условия в шахтных поселках осложнились. Специфика жизни небольших шахтерских поселков такова, что социальные сферы: детские сады, школы, больницы, коммунальное хозяйство, сфера обслуживания и предприятия торговли, городской... транспорт- : находятся на балансе шахты и подчиняют её интересам. Телефонная связь в шахтных поселках тоже была ведомственной. Шахтная автоматическая телефонная станция АТС обеспечивала связью горное производство и население поселков. При реструктуризации угольной промышленности для шахтных посёлков была разработана государственная, программа по их телефонизации.
За последнее время в технике связи произошли существенные изменения. На российском рынке появились новые, более эффективные системы связи и новые технологии её организации. Для быстрого развертывания телефонной сети в шахтных поселках с небольшой численностью- населения и минимальными затратами подходит цифровая радиотелефонная связь стандарта DECT (Digital European Cordless Telecommunications). Преимущества этой системы связи заключаются в мобильности и быстроте развертывания. Однако есть и недостаток - гарантированная работоспособность системы обеспечивается только при наличии прямой видимости между базовыми приемо-передатчиками и абонентскими терминалами. Поэтому важными факторами, влияющими на стоимость и трудоемкость построения сети абонентского радиодоступа, являются: характер рельефа местности, особенность застройки жилыми домами и сооружениями, характер распределения в зоне действия системы абонентского радиодоступа (САРД) растительности (деревьев). Разработка проекта САРД для конкретного населенного пункта начинается с детального изучения топологии местности, затем производится выбор мест для установки базовых приемо-передатчиков, прорабатывается способ построения,линий связи от них до контроллера АТС. Выполняется распределение (приписка) абонентов по базовым станциям с учетом реально возможных высот антенн базовых и абонентских станций. Готовый проект САДР должен минимизировать финансовые затраты» по развертыванию телефонной сети. Таким образом, решение выше сформулированной научной- задачи актуально.
Объектом исследования являются особенности использования цифровой радиотелефонной связи стандарта DECT (Digital European cordless Telecommunications) в условиях сложного рельефа местности, разноудаленности и пространственной хаотичности (разбросанности) объектов приёма информации для организации непрерывной устойчивой и надежной радиосвязи.
Цель работы — построение оптимальной конфигурации сетей устойчивой беспроводной телефонной связи, минимизирующей пуско-наладочные и эксплуатационные расходы.
Идея работы заключается в использовании системного анализа для выявления связей, возникающих между абонентами и базовыми станциями радиотелефонной связи стандарта DECT в условиях сложного рельефа местности.
Задачи исследования
Нахождение оптимального профиля местности, дающего возможность использования минимальных высот антенн для организации прямой видимости передающих и приемных станций при минимальных затратах на создание сети связи.
Анализ современных подходов к организации связи в условиях сложного рельефа местности.
Обоснование методов получения исходной информации для разработки математической модели организации связи.
Разработка методики вычисления высот антенн передающего и абонентского оборудования в условиях сложного рельефа местности и определения «видимости» абонента и базовой станции при минимизации затрат на устройство приемных антенн.
Разработка математической модели оптимального расположения базовых станций и распределения по ним абонентов для организации устойчивой связи.
Разработка математической модели конфигурации радиотелефонной сети и алгоритма её оптимальной ализации.
Методы исследований
В работе использованы методы дифференциального исчисления, математического и вариационного анализа, аналитической геометрии, математического моделирования, общие методы геодезических исследований поверхности, инструментальные средства измерения мощности радиосигнала.
Основные научные положения, разработанные соискателем, и их новизна:
Математическая модель оценки возможности базовой станции, размещенной в предполагаемой точке, обеспечить устойчивую связь, использующая оптимальные по линейной или квадратичной метрикам профили, полученные на базе решения уравнения Эйлера.
Методика определения теневых зон базовой станции в условиях пересеченного рельефа местности, отличающаяся возможностью учета нескольких препятствий и ограничений дальности приема сигнала.
Методика привязки абонентов к базовым станциям в условиях сложного рельефа местности, учитывающая ограничения на высоту абонентской антенны и дискретную емкость каналов блоковприемо-передатчиков.
Математическая модель конфигурации сети связи в условиях сложного рельефа местности, впервые учитывающая привязку абонентов к нескольким базовым станциям.
Алгоритм поиска оптимальной конфигурации сети связи, обеспечивающей её устойчивое функционирование, отличающейся возможностью привязки абонентов к нескольким базовым станциям, наличием в критерии оптимизации составляющей стоимости абонентского антенного комплекта и ограничения на её величину.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается корректным- использованием математического аппарата, совпадением решений прямой и обратной задачи, наблюдениями на местности, аппаратным контролем мощности приёмного и передающего сигнала у базовой станции и абонента.
Научная значимость работы заключается в разработке моделей, методики и алгоритмов построения сетей связи с использованием компьютерного моделирования для условий пересеченного рельефа местности и разноудаленное™ объектов приема информации и решением вариационной задачи.
Практическая значимость работы состоит в разработке метода построения локальных систем связи для разноудаленных объектов, реализующих их функционирование в условиях сложного рельефа местности при оптимальном расположении технических средств и минимальных затратах на их эксплуатацию.
Реализация результатов работы. Разработанные в диссертации положения используются при проектировании систем связи:
с удаленными объектами, как между ними, так и с центральной базой и далее по общим телекоммуникационным системам с любым удаленным объектом;
шахтных поселков (Шахтный, Южный, Юго-Западный, Скальный, Половинка, Усьва, Нагорнский, Углеуральский, Таёжный) ликвидированных шахт ОАО «Кизелуголь» в условиях ограниченного объема действующей телефонной сети.
Апробация работы. Основные результаты работы диссертации и ее отдельные положения докладывались и получили одобрение на семинарах кафедры АСУ МГТУ и международных конференциях: «Неделя горняка» (г. Москва, 2002 — 2008 гг.); IX Международной выставке молодежных научно — технических проектов ЭКСПО - Наука 2003, проводившейся под эгидой ЮНЕСКО (г. Москва, 2003г.), V Международной научно-практической конференции «Наука и новейшие технологии при поисках, разведке и разработке месторождений полезных ископаемых», г. Москва, 2006 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 научных работ, в том числе 3 статьи в журналах по перечню ВАК Минобрнауки России.
Структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения, содержит список используемой литературы из 122 наименований, 10 рисунков и 2 таблицы.
