Wi-MAX технологиясы

Ұялы желі массалық қызмет ету жүйесінің мысалы болды. Онда МҚД-ң барлық қажетті сипаттамалары бар: сұранстардың кездейсоқ ағымы, шаруалардың жалғасы.

Жүктемені бағалау кезінде, сәйкесінше ұялы желілерде сыйымдылықтар  қайтарымы бар болмаған кездегі  шақырулардың келіп түсу мүмкіндіктері.

(3.7)

(3.7) теңдеу Эрлангтың белгілі формуласын көрсетеді және желіні функциялау сапасының маңызды көрсеткіштерін байланыстырады P_q қайтарым ықтималдығы. Бұл формула табуляцияланған болып келеді. Бірақ тәжірибе жүзіндегідей бұл жүктелені есептеу үшін ыңғайсыз болуы да мүмкін. Формуланың көмегімен анықталған жүктемені ұсынуға есептелген кесте жүзінде беріледі.

Ұқсынылған қызмет спектрінен байланыс санасы мен бір жылда  жүргізілетін опциялар реті 1200 корпоративті қолданушылар мен 4000 жуық жеке тұтынушылардың ретін жинау керек.

Базалық стансаның құрылғысын есептеу үшін жүйе абоненті құратын орташа жүктемені есептеу керек, ол үшін абоненттен түскен жүктемені келесі формула бойынша есептейміз:

, Эрланг.

(3.8)

Формулаға жүйеге белгілі статикалық мәліметтерді қоямыз.

С_ас = 2,3 қонырау/сағ – жүйе абоненттерінің ЧНН-ге келіп түскен қоңыраулар саны:

Т_ас= 10 минут – жүйе абонентерінің орташа шақыр ұзақтығы.

N_ас= 5200 – жүйе абонентінің саны келесіні аламыз.

Келесіні аламыз:

, Эрланг.

Жүйе абонентімен құрылған жалпы жүктемені біле отырып Эрланг кестесі бойынша алынған жүктемені қызмет ету үшін арналған каналдардың қажетті санын аламыз. Эрланг 1994 жүктемеге қызмет ету үшін 2% блокқа түсу кезінде 2040 радиоканалдар қажет. Осыған орай, WI-MAX технологиясы кезінде бірінші тасымалдаушыда бір мезгілде Е1 ағымында қолданылатын бір абоненттен 30 абонентке дейін дауыс қызметтерімен қызмет көрсетіледі және ол телефонымен қызмет көрсетіледі және ол үшін трафиктің радиоканалдарының осындай саны қажет, 6000 канал Wi-MAX базалық станса тірелетін 200 тасымалдаушыда орналаса алады. Жоғарыда айтылғандай орталықта орналасқан базалық станса көп жүктемемен қызмет етіледі, және сыйымдылығы жоғары болады, қалған базалық стансалардың сыйымдылығы аз болады. Сонымен бірге базалық стансаларға қайтарым көрсеткен кезде стансаларды қаланың шеттерінде орналастырып, қала орталығын секторлармен масималды түрде жабуға болады. Сонымен бірге қалада үлкен сулы кедергілер жоқ екенін меңгеру керек, ал әр базалық стансаның алты секторы болады.

Каналдарды базалық  стансалар бойынша орнатамыз  қала шетіндегі жүйелерде секторға тасымалдаушы саны максималды саны бойынша  кеңсекторлы базалық стансалар  орнатылады, олардың 255-нің 200-і байланыс үшін қолданылады, ал басқалары қызмет мақсаттарында қажет. 3-ші базалық стансадағы тасымалдаушылар саны 3600 тең.

Өсуші сұранысты қамтамасыз ететін базалық стансалардың конфигурациясы сымсыз кең жолақты рұқсат желінің қолданушыларымен құрылған нақты жүктемеге байланысты пайдалану үрдісінде көрсетілуі мүмкін [15, 16].

3.3 БС – АБ байланыстарының күтілетін ұзақтықтарын есептеу

Базалық станса мен рұқсат нүктелерінің антенналары арасындағы байланыс ұзақтығын есептейміз. Қала аймағындағы Wi-MAX жүйенің абоненттік құрылғылары мен БС байланыс ұзақтығын бағалаймыз.

Жобаға берілген мәліметтер:

1) БС блогы

- таратушы блогының қуаты - 200 мВт;

- қабыдаушы кірісіндегі деңгейдің минималды табалдырығы – 75 дБм;

- қабылдаудың және таратудың орташа жиілігі – 3500 Гц;

- фильтр және антеннабөлімдерде өшулы диаграммасын – 7 дБ;

- антеннаның бағытталу диаграммасы – 60˚;

- БС антеннаның күшейту коэффициенті – 17 дБ;

- антеннаның орналасу биіктігі – 30 м;

2) абонентік рұқсат блогі

- бағытталу диаграммасы – 6,1˚;

- антеннаның күшейтуі коэффициенті – 7 дБм;

- қобылданатын антеннаның биіктігі – 3 метрден 10 метрге дейін;

- қабылдағыштың жеткілікті сапасын қамтамасыз ету кезіндегі кернеу өрісі – 53 дБ.

Бір БС-ны қамту аймағын анықтаймыз. Осы есептеудің әдісі орташа жергіліктің радиотолқындарының таралуы туралы мәліметтерге негіздеген. Есептеуде сепетің әдісінің негізінде орнатылған радиотолқынның қисық таралуы көрсетілген.

 

3.3-сурет – Қала аймағындағы жер бетінде радиотолқынның қисық таралуы

 

Берілген қисықтар антенналарды тарататын қисық биіктікпен тік қиылысуымен сәйкес E өрісінің кернеулігі, r қашықтықта қабылдау пунктілерінде құрылады. Таратушылардың нақты сипаттамалары қабылданған қисықтардан ерекшелінеді, сондықтан түзетуші коэффициенттер енгізіледі, ал жалпы есептеуші формула келесі түрде болады.

,

(3.9)

Мұнда Е_с – берілегн көрсеткіштерді алуға қажетті сигнал өрісінің кернеуі;,

 Е_с=60 дБ;

 В_р.н – қисықтарға қабылданған 1 кВт қуаттан таратудың наминалды

 қуаттың ескерілетін ерекшелігі, дБ;

 В_ф – резонаторлардағы, көрпірлік сүзгіштердегі және антенналық

бөлімдердегі өшу, В_ф=7 дБ;

 В_h2 – қабылданатын антеннаның биіктігін түзету, дБ;

 В_рел – жергілік рельефін ескеретін түзету , дБ;

 α∙l – қабылдауыш және таратушы антенналар фидеріндегі өшу,дБ. Берілген типте БС блогымен байланыстыру HDSL сандық байланыстырушы желі көмегімен болатындықтан, құрылғы қолданылмайды.

D_БС – БС антеннасының күшею коэффициенті БС, D_БС=17 дБ;

D_AУ – абсалютті құрылғының антенасының күшею коэффициенті,

D_AУ=7 дБ;

В_θ – төрттолқынды штырьмен салыстырғандағы кедергілерге

сезімталдықтың азаюын ескереін түзетулер, дБ.

Тұзетулерді В_р.н келесі формуламен анықтаймыз (3.10):

, дБ

(3.10)

Мұнда Р_н – таратудың номиналды қуаты, Р_н=200 мВт.

 

Қабылданатын 1,5 м артық антеннаның биіктігін ескере отырп В_h2 түзетуін анықтаймыз (3.11):

, дБ

(3.11)

Мұнда h₂ – қабылданатын антеннаның биіктігі, h₂=10 м.

Радиорұқсат жүйенің  әрекет аймағында В_рел жерлгілікті нақты рельефті ескеретін түзетулер. БС антенналардың тарату биіктіктерінде өріс кернеуімен байланыс ұзақтығына тәуелді графиктер жергіліктің орташа қиылысу шарттарындағы өзгерістер туралы статикалық ақпараттарды өңдеу негізінде құрылған. Орташа қиылысқан деп 10 – 15 км қашықтықта БС-тан 50 м аспайтын биіктік белгілерінің орташа тербелу деңгейлері орналасқан жергілікті желіні айтамыз. Жергілікті рельефін анықтауға арналған график 3.2 – суретте көрсетілген. Жергіліктің тербелу деңгейін Δh анықтау үшін рельефті салып, Δh тербелулерді анықтайды. Егер Δh 50 м-ден ерекшелінетін болса r<100 км үшін 3.2–суреттегі график бойынша анықталатын түзілерді анықтайды. Wi-MAX жүйесінің БС антеналары құпия конструкцияға бар, оның қамту аймағы 6 секторларды қамту аймағы қолданылады. Әр сектордағы байланыс ұзақтығы тура көріністерде сигналдың өтуі үшін басқа кедергілер немесе жергілік рельефтерінен анықталады.

Рельеф және орнатудың  әр секторындағы В_рел түзетулерді анықтаймыз. 1 – ші сектор. Радиоқату зонасында 5 км-ге дейінгі қашықтықтағы 9 қабатты ғимараттарға иеленеді. Түзету Δh₁=27 м болады. Рельефке түзету В_рел= –2,5 дБ. Екінші сектор. Радиоқамту аймағы 12 қабатты үйлер мен сипатталады. Рельефт түзетуі В_рел= –2 дБ. Третий сектор. Радиоқамту аймағы бес қабатты ұйлермен сипатталады, түзетулер Δh₃=15 м тең. Рельефке түзетулер В_рел= –4 дБ.

3.4-сурет – Жергілік рельефінің түзетілерін ескеретін графиктер

 

3.4-суретте а) БС-дан 10 – 15 км ара қашықтығы биіктік белгілерінің орташа тербелісі, 50 м-н аспайды; б) Δh<50 м биіктіктегі белгілерінің тербелуі, в) Δh>50 м биіктік белгілерінің тербелісі.

Төртінші сектор. 15 м дейінгі биіктікпен сипатталады. Бес киллометр қашықтықта төбешіктер басталады, жергілік биіктігі 50 м жетеді. Түзетілер Δh₄=50 м. Рельефке түзетулер В_рел= –1 дБ. Бесінші сектор. 35 м дейін орнатылған биіктікпен сипатталады, түзетулер Δh₅=35 м. рельефке түзетулер В_рел= –2 дБ. Алтыншы сектор. 27 м биіктікке дейінгі биіктіктің орнатылуымен сипатталады. Түзетулер Δh₅=27 м. рельефке түзетілер В_рел= –2,5 дБ.

Төртіншітолқынды штырьмен салыстырғандағы кедергілерге сезімталдықтың азаюын ескеретін ΔВ_θ түзетін есептейміз, ал келесі формуламен анықтайды (3.12):

, дБ	(3.12)
,

мұнда θ_Е – қабылданатын антеннаның бағытталу диаграммасының

 бұрышы, θ_Е=6,1º

Мәнді (3.1) формулаға қойып әр сектор үшін абоненттік қабылдау пунктінде базалық стансалармен таралатын өріс кернеуін аныөтаймыз:

Бірінші сектор

Екінші сектор

Үшінші сектор

Төртінші сектор

Бесінші сектор

Алтыншы сектор

Алынған өріс кернеуінің мәндері бойынша қабылдау аймағында  әр сектор үшін байланыс ұзақтығын  анықтаймыз. Байланыс ұзақтығы қала аймақтарындағы жер бетіндегі радиотолқындарыдың таралу грифигі бойынша анықталады сурет 3.3. Әр сектор үшін байланыс ұзақтығы келесідей болады:

- Бірінші сектор: Е=51,6 дБ, байланыс ұзақтығы 4,3 км құрайды;

- Екінші сектор: Е=52,1 дБ, байланыс ұзақтығы 4,25 км құрайды;

- Үшінші сектор: Е=50,1 дБ, байланыс ұзақтығы 4,5 км құрайды;

- Төртінші сектор: Е=53,1 дБ, байланыс ұзақтығы 4,1 км құрайды;

- Бесінші сектор: Е=52,1 дБ, байланыс ұзақтығы 4,25 км құрайды;

- Алытыншы сектор: Е=51,6 дБ, байланыс ұзақтығы 4,3 км құрайды.

3.3-суретте әр сектордағы байланыс ұзақтығы көрсетілген. Алынған нәтижелер нақты мәндерден ерекшеленуі мүмкін.

3.5-сурет – Базалық стансамен аймақты қамту

Алынған байланыс ұзақтығының  мәліметтерін салыстыра отырып, байланыс ұзақтығы 4,3 км құрайтынын анықтауға болады, ол техникалық құжаттама бойынша орташа байланыс ұзақтығына сәйкес келеді [13].

3.4 Бумалар коммутациясы бар каналдардың өткізу қабілеттіліктерін есептеу

БК торабындағы каналдың өткіщу қабілеттілігін есептеу үшін 1 жұмыс  күні аралығындағы жергілікті желілер арасындағы таралатын ақпарттың жалпы көлемін анықтаймыз. Ол үшін өнеркәсіп желісінде қолданушылардың бірнеше категориялары жұмыс істейді деп есептесек:

• электронды пошта көмегімен құжаттарды тарату үшін компьбтерлік желіні қолданатын тұтынушылар;
• жойылған файлдық серсевлердің бағдарламаларына жүктеме жүргізетін тұтынушылар;
• жойылған мәліметтер базасынмен жұмыс істейтін тұтынушылар;
• дауыстық байланыстар қызметтерін және мультимедиа мәліметтерін таратушы жұмыстарды жүргізуге арналған телеконференцияларды тұтынушылар.

Мәліметтерді тарау көлемі туралы ақпарат статистикалық зерттеулер негізіде алынған ЖЕЖ қолданушыларының мәліметтерін таратудың жалпы көлемін  есептеу үшін келесі формуланы қолданамыз (3.13).

,

(3.13)

 

Мұнда Q_i – і-ші категорияның 1 тұтынушысымен таралатын

 мәліметтер көлемі ( байтпен);

 N_i – 1 жершілікті желідегі і-ші котегорияның тұтынушылар

 саны;

Таралған тораптың тұтынушыларының  жалпы саны 150 адам, әр деңгей үшін тұтынушылар  саны 3.1-кестеде көрсетілген, бір ғана қолданушы бір уақытта әр түрлі деңгейлерге жатуы мүмкін, мысалы: ол электронды пошта қызметтерін және жайылған мәліметтер базасынан алынған ақпаратпен бір мезгілде пайдалана алады.

3.1-сесте – Әр деңгейдің қолданушылар саны

Қолданушылар деңгейі	Қолданушылар саны
Электронды пошта бойынша құжаттарды тарату	150
Жойылған файл сервердің бар  БҚ жүктемесі	70
Жойылған БҚ-мен жұмыс	100
Мультимедиа мәліметтерін тарату	25

 

3.1-кесте көрсетілген сандар бірнеше жыл аралығындағы үлкен желілермен жұмыс істеудің статикалық бақылауларынан алынған. Бақылау көрсеткіштерінің мәліметтері кедесідей:

• электронды пошта қызметтерімен 98 – 100 % тұтынушылар қолданылады;
• жойылған серверлерінің БҚ жүктемесін 45- 50% желі тұтынушысы қолданады;
• ақпараттық базалар мен мәліметтер банктерінің жұмыстары мен 60 – 70 % тұтынушылар айналысады;
• мультимедиалық мәліметтерді таратумен қолданушылардың 10 – 20 % айнылысады, әр жыл сайын осы деңгейдің тұтынушылар саны артады.