Метод автоматизованого частотно - територіального планування мереж стандарту GSM-R

Abstract

UA: Метою дослідження є зменшення матеріальних витрат при впровадженні мереж залізничного технологічного радіозв'язку стандарту GSM-R, завдяки застосуванню методу частотно-територіального планування, який дозволяє одержувати оптимальні, за критерієм мінімальної вартості, конфігурації мережі, забезпечуючи при цьому задані якісні показники. Для досягнення поставленої мети у роботі розроблено метод визначення оптимальних, за критерієм мінімальної вартості, місць встановлення базових станцій, який базується принципах генетичного алгоритму, та дозволяє врахувати підвищені вимоги до надійності мереж залізничного технологічного радіозв'язку. Також у роботі розроблено метод формування груп частотних присвоєнь стільникам мережі GSM-R, який дозволяє зменшити кількість необхідних частотних каналів, забезпечуючи при цьому електромагнітну сумісність. За результатами моделювання на ЕОМ, зменшення матеріальних витрат при впровадженні мереж GSM-R, завдяки застосуванню розробленого методу частотно- територіального планування, у середньому складає 9,3%. RU: Диссертационная работа посвящена разработке метода автоматизированного частотно-территориального планирования (ЧТП) сетей стандарта GSM-R, который позволяет уменьшить материальные затраты на строительство, обеспечивая при этом требуемые показатели качества. Формализация и анализ задачи автоматизированного ЧТП сети железнодорожной технологической радиосвязи стандарта GSM-R, показала, что она принадлежит к классу задач оптимизации с ограничениями, определена целевая функция и вектор ограничений. Анализ влияния отдельных структурных элементов сети на её суммарную стоимость позволил сделать вывод, что основным способом уменьшения материальных затрат является определение оптимальных мест установки базовых станций (БС). Размер пространства поиска решений поставленной задачи не позволяет использовать методы прямого перебора для нахождения минимума целевой функции за разумное время. Для уменьшения вычислительной сложности поставленной задачи применен метод декомпозиции. В работе предложена методика решения задачи ЧТП сети GSM-R, на основании которого выделены задачи, требующие анализа и решения: - задача прогнозирования потерь при распространении радиосигнала в диапазоне частот 900 МГц с учетом влияния инфраструктуры железнодорожного транспорта; - задача выбора оптимального размещения БС; -задача присвоения частот для обеспечения электромагнитной совместимости. Результаты оценки существующих методик прогнозирования потерь при распространении сигнала показали, что метод Окамуры-Хата может использоваться лишь при построении начального приближения сети стандарта GSM-R. Для увеличения точности прогноза предложено использование нейронной сети для автоматизации анализа профиля трассы с целью частичного прогнозирования медленных замираний. Определена зависимость уровня битовых ошибок на входе речевого кодека от соотношения сигнал/помеха, на основании чего рекомендованы минимально- допустимые значения сигнал/помеха по основному и соседнему каналам, которые, для сети GSM-R, составили 14 дБ и -2дБ соответственно. Предложен комбинированный метод формирования групп частотных присвоений сети GSM-R сочетающий в себе “жадный” алгоритм, случайный и адаптивный поиск. Анализ результатов работы предложенного метода показал, он позволяет находить решения за приемлемое время работы. Предложен метод определения оптимальных мест установки базовых станций на основе генетического алгоритма (ГА), в процессе разработки которого были решены задачи: - разработан способ кодирования вариантов мест установки БС для ГА; - разработан метод формирования начальной популяции ГА, учитывающий территориальное распределение ослабления сигнала от БС на местности, что позволило сократить время поиска решения; - проведен анализ влияния вида операции селекции на работу ГА, на основании которого выбрана селекция с экспоненциальным ранжированием; - выполнен анализ влияния вида оператора скрещивания на эффективность поиска решения разработанным методом поиска оптимального размещения БС на основе ГА, показано, что однородный оператор скрещивания является наиболее эффективным, что подтверждено экспериментально; - проведен анализ влияния вероятности мутации на время поиска решения, определено оптимальное значение вероятности мутации; - проведенный анализ влияния размера начальной популяции на точность получаемых решений, даны рекомендации по выбору размера множества решений; - предложен вспомогательный оператор ГА – оператор “восстановления”. По результатам моделирования на ЭВМ, снижение материальных затрат при внедрении сетей GSM-R за счет применения разработанного метода частотно- территориального планирования, в среднем составляет 9,3%. EN: The dissertation is devoted to reduce costs in the implementation of the railway networks of radio technology standard GSM-R, through the use of frequency and spatial planning, which allows optimal criterion for the lowest cost network configuration, providing the specified quality parameters. To achieve the goal of the developed method of determining the optimal criterion for minimum cost, site of the base stations, which is based the principles of genetic algorithm, and can accommodate increased requirements for reliability of the railway networks of radio technology. Also in the developed method for the formation of groups of frequency assignments to cellular networks GSM-R, which reduces the number of frequency channels, while ensuring the electromagnetic compatibility. The results of simulation, reducing costs for the introduction of network GSM-R, developed through the use of frequency and spatial planning, an average of 9.3%.