ИССЛЕДОВАНИЕ КАЧЕСТВА БЕСПРОВОДНЫХ КАНАЛОВ СВЯЗИ РАСПРЕДЕЛЕННОЙ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННОЙ СРЕДЫ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ В ПЛОТНОЙ ГОРОДСКОЙ ЗАСТРОЙКЕ
ЭКСПЛУАТАЦИЯ СЕТЕЙ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ
УДК 621.376.9
А. В. ГОРЯЧЕВ, М. Ю. МОНАХОВ
ИССЛЕДОВАНИЕ КАЧЕСТВА БЕСПРОВОДНЫХ КАНАЛОВ СВЯЗИ РАСПРЕДЕЛЕННОЙ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННОЙ
СРЕДЫ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ В ПЛОТНОЙ ГОРОДСКОЙ ЗАСТРОЙКЕ
Проанализированы результаты экспериментального исследования качества канала передачи данных, организованного с использованием технологий беспроводной связи, между мобильным транспортным средством, перемещающимся по городу, и центральной станцией.
Ключевые слова: беспроводной канал связи, мобильное транспортное средство, UMTS/HSDPA, GSM/GPRS/EDGE.
Введение. Организация надежного и безопасного канала передачи данных между мобильным транспортным средством (МбТС), перемещающимся по городу в условиях плотной застройки, и центральной, стационарной или мобильной станцией является актуальной задачей. МбТС предназначено для „съема“ информации о функционирующих радиостанциях, попадающих в поле его видимости, и передачи предварительно обработанной информации к центральной станции. В настоящей статье анализируется возможность совместной работы станций в режиме реального времени путем организации канала передачи данных с использованием технологий беспроводной связи.
Особенности технологий беспроводной передачи данных. Существующие технологии, например, GSM/GPRS/EDGE и UMTS/HSDPA [1], позволяют решить поставленную задачу, используя все преимущества телекоммуникационной сети передачи данных городского уровня. При этом возникают проблемы обеспечения качества, надежности и защищенности такой сети. Отметим, что на работу базовых станций операторов связи влияет ряд факторов, не связанных напрямую с технологией передачи данных: район города, климатические условия, время суток, передаваемый объем информационных сообщений, факт движения устройства, зарегистрированного в сети. В рассматриваемой ситуации необходимо свести к минимуму риски обрыва соединения и нарушения целостности при передаче информации. Частично задача решается введением в стандарты сетей второго и третьего поколения сервиса обеспечения качества обслуживания — Quality of Service (QoS), непосредственно управляющего каналом связи [1]. Заметим, что качество канала связи характеризуется минимальным временем задержки передачи пакета, неразрывностью устанавливаемого соединения, целостностью передаваемых данных (минимальное число потерянных пакетов) и устойчивостью к помеховым и шумовым воздействиям.
В стандарте QoS выделяется четыре класса трафика взаимодействия: диалоговый, потоковый, интерактивный и вспомогательный с отложенной передачей данных [2]. Классы QoS пакетного трафика, организованного беспроводной средой передачи данных, ограничиваются интерактивным и вспомогательным [2]. На уровне системы управления сети оператора связи
ИЗВ. ВУЗОВ. ПРИБОРОСТРОЕНИЕ. 2012. Т. 55, № 8
34 А. В. Горячев, М. Ю. Монахов реализован ряд функций обеспечения требуемого качества обслуживания: функция эстафетной передачи управления — хэндовер, управление мощностью, нагрузкой базовой станции и планирование распределения пакетов, поддерживающее запланированную зону охвата и высокой пропускной способности.
Экспериментальные исследования. Авторами экспериментально исследована распределенная телекоммуникационная среда передачи данных стандартов UMTS/HSDPA и GSM/GPRS/EDGE сетей операторов связи „большой тройки“.
Первая часть исследования заключалась в сборе статистической информации о передаче данных в условиях передвижения МбТС по городу. Модемное соединение обеспечивала специально разработанная программа, фиксировавшая уровень сигнала от базовой станции, количество отправленных и принятых пакетов информации, максимальное и минимальное время задержки ответа интернет-ресурса на запрос проверки соединения.
Вторая часть исследования состояла в постоянном мониторинге МбТС определенных маршрутов движения с фиксацией проблемных зон различных операторов связи. Мониторинг проводился ежедневно в течение четырех часов на протяжении одного месяца. Период опроса и передачи данных системы мониторинга МбТС составлял 20 с во время движения и 2 мин — при стоянке. При перерыве в поступлении пакетов более четырех минут на сервере мониторинга фиксировалось событие потери связи с объектом.
Результаты. За четыре часа были организованы 3 сессии передачи данных в сетях операторов связи. Передано в общей сумме 11 224 пакетов, из них потеряно 213, что составляет 1,89 % от общего количества. Зафиксирован один разрыв соединения. Минимальное время задержки ответа информационного ресурса составило 93 мс, максимальное — 2448 мс. Уровень сигнала базовой станции варьировался от –51 до –113 дБ. За месяц мониторинга было выделено 27 проблемных зон операторов связи, в которых связь с МбТС периодически пропадала на неизменном маршруте движения, из них 14, где зафиксировано пять и более случаев потери связи. Максимальное количество зафиксированных событий потери связи в одной зоне составило 46 за все время исследования.
На рисунке представлен фрагмент карты центральной части г. Владимира с выделенным жирной линией маршрутом МбТС. Кружками и эллипсами обозначены „проблемные“ зоны.
Выводы. Исследование телекоммуникационной среды передачи данных по технологиям UMTS/HSDPA и GSM/GPRS/EDGE показало, что сети операторов связи „большой трой-
ИЗВ. ВУЗОВ. ПРИБОРОСТРОЕНИЕ. 2012. Т. 55, № 8
Инвентаризация информационных ресурсов
35
ки“ в городской инфраструктуре, характеризующейся плотной застройкой, не обеспечивают равномерного покрытия городской черты и поддержки требуемого уровня QoS передачи данных в условиях движения объекта исследования. Плавный переход обслуживания объекта между базовыми станциями организован, но имеет место достаточно высокая вероятность разрыва соединения с сетью оператора. В утренние и вечерние часы вероятность потери связи с МбТС выше, чем в дневное время. Существуют „проблемные“ географические зоны, в которых зафиксированы случаи потери связи, не перекрываемые сетями операторов связи.
Имея карту „проблемных“ зон города, в целом можно организовать переключение потока данных между сетями операторов связи, основываясь на уровне сигнала от базовой станции и времени суток, увеличив тем самым надежность канала связи и целостность информации, передаваемой в распределенной телекоммуникационной среде.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Волков А. Н., Рыжков А. Е., Сиверс М. А. UMTS. Стандарт сотовой связи третьего поколения. СПб: Изд-во „Линk“, 2008.
2. Holma H., Toskala A. WCDMA FOR UMTS: Radio Access for Third Generation Mobile Communication. London: John Wiley & Sons Ltd, 2004.
Алексей Владимирович Горячев Михаил Юрьевич Монахов
Сведения об авторах — аспирант; Владимирский государственный университет им. А. Г. и
Н. Г. Столетовых, кафедра информатики и защиты информации; E-mail: a.goryachev@rfc-cfa.ru — д-р техн. наук, профессор; Владимирский государственный университет им. А. Г. и Н. Г. Столетовых, кафедра информатики и защиты информации; заведующий кафедрой; E-mail: mmonakhov@vlsu.ru
Рекомендована ВлГУ
Поступила в редакцию 17.04.12 г.
ИЗВ. ВУЗОВ. ПРИБОРОСТРОЕНИЕ. 2012. Т. 55, № 8
УДК 621.376.9
А. В. ГОРЯЧЕВ, М. Ю. МОНАХОВ
ИССЛЕДОВАНИЕ КАЧЕСТВА БЕСПРОВОДНЫХ КАНАЛОВ СВЯЗИ РАСПРЕДЕЛЕННОЙ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННОЙ
СРЕДЫ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ В ПЛОТНОЙ ГОРОДСКОЙ ЗАСТРОЙКЕ
Проанализированы результаты экспериментального исследования качества канала передачи данных, организованного с использованием технологий беспроводной связи, между мобильным транспортным средством, перемещающимся по городу, и центральной станцией.
Ключевые слова: беспроводной канал связи, мобильное транспортное средство, UMTS/HSDPA, GSM/GPRS/EDGE.
Введение. Организация надежного и безопасного канала передачи данных между мобильным транспортным средством (МбТС), перемещающимся по городу в условиях плотной застройки, и центральной, стационарной или мобильной станцией является актуальной задачей. МбТС предназначено для „съема“ информации о функционирующих радиостанциях, попадающих в поле его видимости, и передачи предварительно обработанной информации к центральной станции. В настоящей статье анализируется возможность совместной работы станций в режиме реального времени путем организации канала передачи данных с использованием технологий беспроводной связи.
Особенности технологий беспроводной передачи данных. Существующие технологии, например, GSM/GPRS/EDGE и UMTS/HSDPA [1], позволяют решить поставленную задачу, используя все преимущества телекоммуникационной сети передачи данных городского уровня. При этом возникают проблемы обеспечения качества, надежности и защищенности такой сети. Отметим, что на работу базовых станций операторов связи влияет ряд факторов, не связанных напрямую с технологией передачи данных: район города, климатические условия, время суток, передаваемый объем информационных сообщений, факт движения устройства, зарегистрированного в сети. В рассматриваемой ситуации необходимо свести к минимуму риски обрыва соединения и нарушения целостности при передаче информации. Частично задача решается введением в стандарты сетей второго и третьего поколения сервиса обеспечения качества обслуживания — Quality of Service (QoS), непосредственно управляющего каналом связи [1]. Заметим, что качество канала связи характеризуется минимальным временем задержки передачи пакета, неразрывностью устанавливаемого соединения, целостностью передаваемых данных (минимальное число потерянных пакетов) и устойчивостью к помеховым и шумовым воздействиям.
В стандарте QoS выделяется четыре класса трафика взаимодействия: диалоговый, потоковый, интерактивный и вспомогательный с отложенной передачей данных [2]. Классы QoS пакетного трафика, организованного беспроводной средой передачи данных, ограничиваются интерактивным и вспомогательным [2]. На уровне системы управления сети оператора связи
ИЗВ. ВУЗОВ. ПРИБОРОСТРОЕНИЕ. 2012. Т. 55, № 8
34 А. В. Горячев, М. Ю. Монахов реализован ряд функций обеспечения требуемого качества обслуживания: функция эстафетной передачи управления — хэндовер, управление мощностью, нагрузкой базовой станции и планирование распределения пакетов, поддерживающее запланированную зону охвата и высокой пропускной способности.
Экспериментальные исследования. Авторами экспериментально исследована распределенная телекоммуникационная среда передачи данных стандартов UMTS/HSDPA и GSM/GPRS/EDGE сетей операторов связи „большой тройки“.
Первая часть исследования заключалась в сборе статистической информации о передаче данных в условиях передвижения МбТС по городу. Модемное соединение обеспечивала специально разработанная программа, фиксировавшая уровень сигнала от базовой станции, количество отправленных и принятых пакетов информации, максимальное и минимальное время задержки ответа интернет-ресурса на запрос проверки соединения.
Вторая часть исследования состояла в постоянном мониторинге МбТС определенных маршрутов движения с фиксацией проблемных зон различных операторов связи. Мониторинг проводился ежедневно в течение четырех часов на протяжении одного месяца. Период опроса и передачи данных системы мониторинга МбТС составлял 20 с во время движения и 2 мин — при стоянке. При перерыве в поступлении пакетов более четырех минут на сервере мониторинга фиксировалось событие потери связи с объектом.
Результаты. За четыре часа были организованы 3 сессии передачи данных в сетях операторов связи. Передано в общей сумме 11 224 пакетов, из них потеряно 213, что составляет 1,89 % от общего количества. Зафиксирован один разрыв соединения. Минимальное время задержки ответа информационного ресурса составило 93 мс, максимальное — 2448 мс. Уровень сигнала базовой станции варьировался от –51 до –113 дБ. За месяц мониторинга было выделено 27 проблемных зон операторов связи, в которых связь с МбТС периодически пропадала на неизменном маршруте движения, из них 14, где зафиксировано пять и более случаев потери связи. Максимальное количество зафиксированных событий потери связи в одной зоне составило 46 за все время исследования.
На рисунке представлен фрагмент карты центральной части г. Владимира с выделенным жирной линией маршрутом МбТС. Кружками и эллипсами обозначены „проблемные“ зоны.
Выводы. Исследование телекоммуникационной среды передачи данных по технологиям UMTS/HSDPA и GSM/GPRS/EDGE показало, что сети операторов связи „большой трой-
ИЗВ. ВУЗОВ. ПРИБОРОСТРОЕНИЕ. 2012. Т. 55, № 8
Инвентаризация информационных ресурсов
35
ки“ в городской инфраструктуре, характеризующейся плотной застройкой, не обеспечивают равномерного покрытия городской черты и поддержки требуемого уровня QoS передачи данных в условиях движения объекта исследования. Плавный переход обслуживания объекта между базовыми станциями организован, но имеет место достаточно высокая вероятность разрыва соединения с сетью оператора. В утренние и вечерние часы вероятность потери связи с МбТС выше, чем в дневное время. Существуют „проблемные“ географические зоны, в которых зафиксированы случаи потери связи, не перекрываемые сетями операторов связи.
Имея карту „проблемных“ зон города, в целом можно организовать переключение потока данных между сетями операторов связи, основываясь на уровне сигнала от базовой станции и времени суток, увеличив тем самым надежность канала связи и целостность информации, передаваемой в распределенной телекоммуникационной среде.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Волков А. Н., Рыжков А. Е., Сиверс М. А. UMTS. Стандарт сотовой связи третьего поколения. СПб: Изд-во „Линk“, 2008.
2. Holma H., Toskala A. WCDMA FOR UMTS: Radio Access for Third Generation Mobile Communication. London: John Wiley & Sons Ltd, 2004.
Алексей Владимирович Горячев Михаил Юрьевич Монахов
Сведения об авторах — аспирант; Владимирский государственный университет им. А. Г. и
Н. Г. Столетовых, кафедра информатики и защиты информации; E-mail: a.goryachev@rfc-cfa.ru — д-р техн. наук, профессор; Владимирский государственный университет им. А. Г. и Н. Г. Столетовых, кафедра информатики и защиты информации; заведующий кафедрой; E-mail: mmonakhov@vlsu.ru
Рекомендована ВлГУ
Поступила в редакцию 17.04.12 г.
ИЗВ. ВУЗОВ. ПРИБОРОСТРОЕНИЕ. 2012. Т. 55, № 8