556_Sovremennye_problemy_telekommunikatsij_2014_

Нижний график (1) соответствует неинвариантной системе передачи,

график (2) оптимальной процедуре отбора пар Ji и Ji , а верхний график (3) - неоптимальной процедуре. Как видно из приведенных графиков, предлагаемая процедура дает существенный выигрыш в помехоустойчивости инвариантной системы передачи сообщений по каналу с гладкими замираниями.

Литература:

1.Лебедянцев В. В. Принцип симметрии и синтез системы передачи информации. // Всесоюзная науч.-тех. конф. “Применение методов теории информации для повышения адаптивности и качества радиоэлектронных систем.” – М.: Радио и связь, 1984.-78 с.

2.Лебедянцев В. В., Морозов Е. В., Бедная Н. В. Два метода инвариантной передачи сообщений по каналам связи с гладкими замираниями. // Материалы Российской науч.-тех. конф. “Современные проблемы телекоммуникаций” Новосибирск, 2012.С.28-28.

ОСОБЕННОСТИ РЕАЛИЗАЦИИ ПОЭЛЕМЕНТНОЙ СИНХРОНИЗАЦИИ В ИНВАРИАНТНЫХ СИСТЕМАХ СВЯЗИ

Лебедянцев В.В., Морозова А.В., Морозов Е.В. СибГУТИ, Новосибирск

e-mail: morozova18.08@gmail.com

В инвариантных системах связи для передачи сообщений используются инварианты группы преобразований, описывающие канал связи. В частности, линейные каналы связи характеризуются аффинной группой преобразований с основным инвариантом в форме отношения длины векторов сигналов, совпадающих по направлению.

Алгоритмы инвариантной модуляции и демодуляции имеют следующий

вид:

; .

Здесь - значение передаваемого информационного элемента;

- вектор опорного сигнала;

- вектор информационного сигнала; Символ "^" обозначает оценки соответствующих величин на выходе

канала связи.

Как и в любой системе передачи данных для работы инвариантных систем необходима поэлементная синхронизация.

Подобие форм сигналов, используемых в инвариантных системах связи, позволяет реализовать поэлементную синхронизацию, работа которой основана на этом свойстве подобия: при правильном определении границ принимаемых сигналов их векторы будут параллельны, а скалярное произведение максимально. С учетом этого система синхронизации в начале сеанса связи

21

осуществляет скользящий анализ двух смежных во времени сигналов, одновременно вычисляя нормированное скалярное произведение их векторов. Считается, что синхронизм установлен, когда скалярное произведение максимально. В докладе приводится схема системы синхронизации и результаты моделирования работы схемы в условиях воздействия белого шума.

ПРИМЕНЕНИЕ РАСШИРЕННЫХКОНФИГУРАЦИОННЫХ МНОГООБРАЗИЙ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ НЕЛИНЕЙНО – ДИСПЕРСИОННЫХ КАНАЛОВ СВЯЗИ

Лебедянцев В.В., Лебедянцев М.В. СибГУТИ, Новосибирск

Нелинейно-дисперсионные каналы (НДК) обладают целым рядом уникальных свойств – возможностью сохранения формы сигналов при распространении по каналу, зависимостью длительности и скорости распространения от амплитуды и т.д. Однако исследование НДК известными методами с помощью нелинейных дифференциальных уравнений в частных производных весьма трудоемко. При этом сложно даже подобрать вид уравнения.

Более удобна для исследований математическая модель НДК в виде функциональной матрицы, элементы которой являются функциями входного сигнала. Для исследования такой модели применим хорошо развитый аппарат матричного анализа. Кроме того, на базе этой модели можно построить геометрическую наглядную тензорную модель НДК в форме многомерной криволинейной поверхности, погруженной в пространство представления. При этом свойства НДК однозначно отображаются геометрическими свойствами тензорной модели, а входной и выходной сигналы представлены координатами точки криволинейной поверхности, соответственно, в собственном базисе поверхности и в системе координат пространства представления.

Данная модель позволяет описать и процесс распространения сигнала по каналу. Для этого каждый элемент функциональной матрицы снабжается дополнительным параметром – временем. В результате тензорная модель канала будет представлять собой расширенное конфигурационное многообразие в виде набора криволинейных поверхностей для каждого рассматриваемого момента времени. Тогда процесс распространения конкретного сигнала по НДК можно отобразить линией, проходящей через одноименные точки на поверхностях многообразий, относящимся к анализируемым моментам времени. Характер этой линии однозначно представляет эволюцию формы сигнала при распространении по каналу связи. Множество таких линий, соответствующих всему множеству передаваемых сигналов, дает исчерпывающее представление о свойствах нелинейнодисперсионного канала. Поток этих линий образует векторное поле, которое удобно исследовать средствами векторного анализа. Как известно, важнейшими характеристиками векторного поля являются дивергенция и ротор.

22

Соответственно, эти характеристики можно использовать для интегральной оценки свойств нелинейно-дисперсионного канала.

ОПТИМАЛЬНОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ РЕСУРСОВ ПРИ ПОВЫШЕНИИ КАЧЕСТВА ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ МУЛЬТИСЕРВИСНОЙ СЕТИ СВЯЗИ

Мейкшан В.И., Шедоева С.В. СибГУТИ, Новосибирск; БФ СибГУТИ, Улан-Удэ e-mail: MeikshanVI@gmail.com, тел.: (383) 269-82-42

При длительном функционировании мультисервисной сети связи (МСС) ее эксплуатационные показатели должны всегда поддерживаться на требуемом уровне. Однако на разных этапах жизненного цикла МСС параметры ее эффективности иногда перестают удовлетворять заданным нормам. В этой ситуации возникает актуальная задача формирования целенаправленной и экономически обоснованной стратегии улучшения качества функционирования МСС при оптимальном распределении ограниченных средств, выделенных на реконструкцию сети.

Будем предполагать, что программа модернизации МСС, состоящей из N элементов, осуществляется путем улучшения характеристик отдельных

элементов сети. В частности, пусть m-й элемент сети (m=1,N ) можно реконструировать в нескольких вариантах {m , 1}, что приводит к соответствующему улучшению качества функционирования (КФ) этого элемента по сравнению с исходным (существующим) вариантом m0. Как следствие, в некоторой степени повышается КФ для МСС в целом. Каждый вариант модернизации ( 1) требует для своей реализации определенных затрат zm(0, ).

С точки зрения наиболее экономного расходования средств, выделенных на модернизацию МСС, целесообразно рассмотреть задачу достижения максимально возможного значения эффективности (E) функционирования МСС с учетом ограничений (не более Z*) на суммарную величину затрат. В этом случае требуется найти

N

max E({mx; m=1,N ; x 0}) при zm (0, x) Z*.

m 1

Возможна также постановка двойственной задачи достижения эффективности функционирования МСС не ниже заданного уровня (E*) при минимальных затратах на модернизацию элементов, т.е. найти

N

min zm (0, x) при E({mx; m=1,N ; x 0}) E*.

m 1

Легко заметить, что сформулированные оптимизационные задачи относятся к классу типичных задач выпуклого программирования при линейных ограничениях. Для решения подобных задач возможно применение

23

процедуры наискорейшего покоординатного спуска как упрощенного варианта градиентного метода оптимизации. Суть этой процедуры заключается в том, что вместо вычисления градиента, который определяет направление дальнейшего продвижения к точке экстремума, происходит приближенная оценка частных производных целевой функции.

Предположим, что все варианты модернизации для каждого элемента МСС образуют выпуклую вверх доминирующую последовательность. Это имеет место при рассмотрении только таких способов модернизации, когда большей величине затрат соответствует более существенное повышение надежности. Тогда построение оптимального плана распределения средств, выделенных на повышение эффективности МСС за счет реализации мероприятий по улучшению надежности отдельных элементов системы, можно представить в виде некоторого многошагового процесса. Каждый раз на очередном шаге наилучший вариант модернизации для некоторого элемента МСС выбирается так, чтобы достичь максимального удельного выигрыша, т.е. наибольшего прироста показателя эффективности МСС ( E) в расчете на единицу затрат.

Пусть после -го шага рассматриваемого процесса построения оптимального плана модернизации МСС варианты реализации ее элементов

после выполнения -го шага остаются нерассмотренные варианты улучшения КФ для элементов МСС, а израсходованные средства не превышают установленного лимита, т.е. Z Z*.

Для иллюстрации изложенного подхода к оптимальному планированию процесса реконструкции МСС получены численные результаты, относящиеся к сетям с многопутевой маршрутизацией (Multi-Path Routing). В таких сетях пакеты для отдельного информационного потока между оконечными пунктами МСС передаются с использованием нескольких путей, что обеспечивает сбалансированную загрузку сети, а также способствует повышению, прежде всего, скоростных и связанных с ними вероятностно-временных показателей качества обслуживания трафика.

Вместо рассмотренной процедуры наискорейшего покоординатного спуска, для решения сформулированных оптимизационных задач может применяться метод динамического программирования. С помощью численных примеров показано, что в ряде случаев этот метод обеспечивает получение более точных результатов.

24

Секция 2

СИСТЕМЫ БЕСПРОВОДНОЙ СВЯЗИ

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЕРОЯТНОСТНО-ВРЕМЕННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПРИ ПЕРЕДАЧЕ ПОТОКОВОГО ВИДЕО

Белезекова А.С. СибГУТИ, Новосибирск e-mail: anna-belezekova@mail.ru

Всовременных условиях большое количество телекоммуникационных систем предоставляет услуги передачи видео в реальном времени, поэтому перед разработчиком стоит важная задача обеспечения требуемого качества обслуживания.

Воснове транспортной сети для передачи потокового видео лежит мультисервисная сеть нового поколения NGN (Next Generation Network). Ядром NGN является опорная IP-сеть, поддерживающая полную или частичную интеграцию услуг передачи речи, данных и мультимедиа. Внедрение и предоставление мультимедиа и интерактивных услуг накладывает серьезные требования к опорной сети. Одним из таких требований является обеспечение требуемого качества обслуживания QoS (Quality of Service), определяемое набором сетевых параметров, в число которых входят пропускная способность сети, надежность сети/сетевого оборудования, задержки, вариации задержки (джиттер) и потери пакетов. Задача определения влияния параметров QoS на качество передачи видео является довольно сложной и неоднозначной из-за большого многообразия используемых схем кодирования, методов восстановления после ошибок или обработки. Здесь на помощь приходят методы имитационного моделирования с использованием сетевых симуляторов, таких как NS2 и NS3

Врезультате имитационного моделирования системы передачи потокового видео в среде NS2, были получены вероятностно-временные характеристики для оценки качества обслуживания в телекоммуникационных сетях с

заданными параметрами. Наряду с оценкой параметров сети таких, как коэффициент потерь, задержка и джиттер, предусмотрена также оценка качества полученного видео, основанная на показателях PSNR (peak-to-peak signal-to-noise ratio) и MOS (Mean Opinion Score).

Предлагаемый метод исследования позволяет оперативно изменять конфигурацию и параметры сети передачи данных, и вновь получить статистику качества передачи потокового видео уже с внесенными изменениями.

В докладе рассматривается методика моделирования вероятностновременных характеристик типичной инфокоммуникационной сети для реализации услуги передачи потокового видео.

25

СРАВНЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ СИГНАЛОВ НА ОСНОВЕ XM- И LAS-КОДОВ В CDMA-СИСТЕМАХ

Гюнтер А.В. СибГУТИ, Новосибирск e-mail: avgyunter@mail.ru

XM- и LAS-коды являются представителями класса последовательностей, обладающих нулевой зоной корреляции (ZCZ от Zero Correlation Zone). Построенные с их помощью системы сигналов могут использоваться при кодовом разделении каналов (CDMA) для борьбы с межсимвольными и внутрисистемными интерференциями.

Считающиеся наиболее перспективными в классе ZCZ LAS-коды уже достаточно хорошо описаны в литературе и даже были предложены к использованию в стандарте LAS-CDMA 2000+-1x, а последовательности семейства XM синтезированы относительно недавно, и остается открытым вопрос о целесообразности внедрения их в стандарты.

Поэтому для сравнения эффективности применения XM- и LAS-кодов в системах с кодовым разделением каналов была создана компьютерная модель, с помощью которой получены результаты, представленные на рисунке.

Параметры кодов

Рисунок - Вероятность ошибочного приема для систем ZCZ-CDMA на основе XM-кодов (а) и LAS-кодов (б) при работе в эфире 32 абонентов одновременно; канал с дискретной многолучевостью (четыре луча одинаковой энергии)

Зависимости, представленные на рисунке, получены для многолучевого канала, в котором одновременно работают все 32 абонента в квазисинхронном

26

режиме (прием всех кодов осуществляется в границах нулевой зоны корреляции). Помехоустойчивость ZCZ-CDMA при этом оказывается выше аналогичной системы на основе LAS-кодов, причем, чем лучше отношение сигнал/шум, тем выигрыш больше. Например, если при h=2.0 вероятность ошибочного приема в ZCZ-CDMA на основе XM-кодов меньше вероятности ошибочного приема в ZCZ-CDMA на основе LAS-кодов приблизительно в 1.5 раза, то при h=2.5 – уже в 6.4 раза, при h=3.0 – в 22.8 раза!

Таким образом доказано, что использование новых последовательностей семейства XM позволяет увеличить помехоустойчивость систем с кодовым разделением каналов в сравнении со случаем применения LAS-кодов. И выигрыш становится больше с увеличением отношения сигнал/шум.

СИСТЕМА МОБИЛЬНОГО МЕДИЦИНСКОГО МОНИТОРИНГА

Евстефеев А.А. СибГУТИ, Новосибирск e-mail: AA_Evstefeev@mail.ru

Российская Федерация является лидером среди европейских стран по смертности от сердечно-сосудистых заболеваний. При этом доля смертей от сердечно-сосудистых заболеваний составляет более 50% от общей смертности в РФ.

В рамках этой работы будет предложено использовать мобильную сеть для мониторинга жизнедеятельности людей с опасными для жизни хроническими заболеваниями, в том числе и сердечно-сосудистыми.

Для проведения исследований предполагается разработка набора программного обеспечения, отладка совместимости ПО с действующими медицинскими датчиками и статистическая оценка эффективности данного ПО с помощью имитационной модели.

Отображение местоположения производится с помощью google maps api 3.0. Для локального хранения данных на стороне клиента используется реляционная база данных SQLite, в качестве сервера принят MySQL.Транспортировка данных осуществляется посредством post запросов содержащих json массивы. В качестве медицинского датчика для проведения тестирования был выбран ЭКГ датчик «Кардио Босс» от фирмы «Биоквант», который оснащен Bluetooth модулем.

В дальнейшем предполагается провести исследование следующих характеристик:

1)надежность, – будет получена усреднённая оценка вероятности сбой системы, ложного срабатывания и других не штатных ситуаций.

2)быстродействие, – средний временной промежуток между моментом возникновение экстренной ситуацией и моментом оповещения ответственных персон.

3)живучесть, – величина обратно пропорциональная вероятности выхода системы из строя – полной неработоспособности сервиса.

27

4) гибкость, – оценка способности помочь любому пациенту в любой ситуации.

МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ LTE/SAE В СИМУЛЯТОРЕ NS2

Кокорева Е.В. СибГУТИ, Новосибирск

e-mail: elen.vik@gmail.com, тел.: (383) 269-82-63

Существует множество коммерческих программных продуктов, предназначенных для имитационного моделирования сетей мобильной связи. Их конкурентом является система ns2, бесплатно распространяемая в открытых кодах на условиях лицензии GPL (GNU PublicLicense).

Основными компонентами модели LTE/SAE, представленной на рисунке, являются:

сервер, предоставляющий услуги передачи FTP, HTTP, мультимедиа трафика вместе со служебной информацией;

ядро системы EPC (MME – узел управления мобильностью, SGW– обслуживающий шлюз, PGW–пакетный шлюз);

одна или несколько базовых станций eNB;

множество мобильных абонентов UE.

Рисунок – Структурная схема модели LTE/SAE системы

Овалами на рисунке 1 обозначены агенты, представляющие собой абстракцию транспортного уровня в ns2 и реализующие протоколы транспортного уровня – TCP, UDP, RTP/RTCP. На стороне мобильного абонента (UE) овалы представляют собой агенты-приёмники, соответствующие агентам-источникам данных сервера.

Прямоугольники обозначают приложения, являющиеся абстракцией прикладного уровня в ns2, которые реализуют различные типы трафика (FTP, HTTP, CBR, Session).

28

Концепция предоставления услуг предполагает наличие четырёх классов качества обслуживания, называемых также трафиковыми классами:

реального времени (речь, VoIP, видеоконференция);

потоковый (потоковое видео, аудио);

интерактивный(web-трафик);

фоновый (электронная почта, базы данных, результаты измерений). Главным различием между названными классами является

чувствительность к задержкам: наиболее чувствительным является трафик реального времени, наименее чувствительным фоновый трафик. Первый и второй классы предназначены для использования в реальном масштабе времени. Интерактивный и фоновый классы используются для традиционных интернет-приложений: интернет-навигация, электронная почта, удалённая связь и др. При этом трафик интерактивного класса имеет более высокий приоритет, чем трафик фонового класса.

Вns2 трафик реального времени генерируется агентами RTP и RTCP с помощью приложений AMR (англ. AdaptiveMulti-Rate), RTP и др. Потоковый трафик можно создать, используя агент UDP, который генерирует приложение CBR (англ. ConstantBitRate) с определёнными параметрами. Для формирования интерактивного и фонового трафика служат агенты TCP и приложения

Traffic/Exponential (Traffic/Paretoи др.) и FTP соответственно.

Врезультате симуляции получена оценка показателей качества обслуживания радиоподсистемы LTE/SAE: пропускной способности; задержки; вероятности потерь. Изменяя параметры модели (размеры очередей каждого класса обслуживания, количество мобильных абонентов), параметры трафика (размер пакета), а также используя различные протоколы маршрутизации и механизмы управления потоком, можно добиться наилучших результатов.

ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК БЕСПРОВОДНОЙ ПЕРСОНАЛЬНОЙ СЕТИ

Кокорева Е.В., Каргай А.Л. СибГУТИ, Новосибирск e-mail: tema7772009@mail.ru

Беспроводные персональные сети передачи информации WPAN (англ. WirelessPersonalAreaNetwork) должны без проводов обеспечивать взаимодействие информационных устройств в радиусе от десятков сантиметров до десяти метров.

Активно развивающимися в настоящее время технологиями являются персональные радиосети, стандарт которых разработан рабочей группой IEEE 802.15.

В 2001 г. Институту инженеров электротехники и электроники IEEE было предложено выработать стандарт, относящий к семейству беспроводных персональных сетей WPAN и получивший обозначение IEEE802.15.4. В 2002 г.

29

был основан альянс ZigBee. Название стандарта образовано из сочетания двух английских слов Zigzag (зигзагообразная траектория движения) и Bee (пчела).

Технология ZigBee позволяет создавать самоорганизующиеся и самовосстанавливающиеся беспроводные сети с автоматической ретрансляцией сообщений, с поддержкой батарейных и мобильных узлов. Сети ZigBee при относительно небольших скоростях передачи данных обеспечивают гарантированную доставку пакетов и защиту передаваемой информации. В настоящее время технология ZigBee широко применяется на практике для создания беспроводных сетей датчиков, систем автоматизации зданий, устройств автоматического считывания показаний счетчиков, охранных систем, систем управления в промышленности.

В данной работе исследуются характеристики моделей, построенных на основе перспективной технологии IEEE 802.15.4 с использованием сетевого симулятора NS2.

Модель поддерживает четыре типа кадров формата ZigBee:

1.Кадр-маяк;

2.Кадр данных;

3.Кадр подтверждения;

4.Командный кадр MAC.

Полученные в результате симуляции характеристики позволяют оценить качество обслуживания и оптимизировать работу беспроводной персональной сети.

РАЗРАБОТКА МОБИЛЬНОГО ПРИЛОЖЕНИЯ ДЛЯ ОС ANDROID ДЛЯ МОНИТОРИНГА СЕТИ СОТОВОЙ СВЯЗИ

Моренкова О.И., Пенкина А.О. СибГУТИ, Новосибирск

e-mail: morenkova_olga@mail.ru, тел.: (383)-269-82-73

Каждому оператору сотовой связи жизненно важен контроль покрытия сотовой сети, качества голосовой связи, передачи данных и правильности работы алгоритмов хэндоверов.

На сегодняшний день, сотовые операторы проводят такой контроль с помощью специальных передвижных измерительных комплексов. Подвижные лаборатории представляют собой автомобили, в которых установлены комплексы измерительной аппаратуры для тестирования сетей GSM 900/1800 и UMTS 2100. Специалисты объезжают зоны покрытий базовых станций и делают нужные замеры.

За последние годы измерительные комплексы не претерпели существенной модернизации и улучшения. Сотовые операторы тратят огромные деньги на обслуживание таких комплексов, и это не учитывая стоимость самого оборудования, которое примерно составляет 70 тыс. долларов.

30