Беспроводная связь. Методы моделирования систем беспроводной связи
Беспроводная связь – это процедуры и формы электромагнитной передачи информации между двумя или более объектами, которые не связаны электрическими проводниками.
Существует большое количество технологий беспроводной связи, каждая из которых обладает определенными характеристиками, определяющими ее область применения. Самыми известными являются WiMAX, Wi-Fi, Bluetooth и другие
Существует несколько квалификационных признаков сетей беспроводной связи:
- Топология. Согласно данному признаку беспроводные сети делятся на сети, построенные на основе технологий “Точка-точка” и “Точка-Многоточка”.
- Область применения. Согласно данному признаку беспроводные сети делятся на ведомственные (корпоративные), которые создаются компаниями для собственных нужд и операторские, которые создаются операторами для возмездного оказания различных услуг.
- Дальность действия. Согласно данному признаку беспроводные сети делятся на беспроводные персональные сети - WPAN (пример Bluetooth); беспроводные сети городского масштаба - WMAN (пример WiMAX); беспроводные локальные сети - WLAN (пример Wi-Fi) и беспроводные глобальные сети - WMAN (пример EDGE, CSD, HSPA, LTE, GPRS, UMTS и другие).
Моделирование – это процесс исследования реально существующего объекта, явления либо процесса с помощью его искусственно созданной модели.
Для моделирования систем беспроводной связи используются два основных способа моделирования:
- Математическое.
- Компьютерное.
Компьютерное моделирование предполагает вычисление компьютерной модели на одном или нескольких вычислительных узлах. Таким образом реализуется представление системы в форме, которая отличается от реальной, но близкой к алгоритмическому описанию. Модель состоит из набора данных, которые характеризуют свойства системы и динамику их изменения во времени. Готовая математическая модель является системой, изучение которой позволяет получить информацию о некоторой другой системе. Она используется для прогнозирования поведения объекта моделирования, но при этом представляет собой какую-либо степень его идеализации.
Пример моделирования широкополосных сетей беспроводной связи на системном уровне
Анализ широкополосных сетей (систем) беспроводной связи на системном уровне предполагает моделирование работы сети (системы) сотовой радиосвязи. Базовым сценарием рассматриваемого способа моделирования является сотовая сеть гексагональной топологии, изображенная на рисунке ниже.
Рисунок 1. Сотовая сеть гексагональной топологии. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
В центре каждой соты располагаются трехсекторные базовые станции, мобильные станции располагаются равномерно по всей площади сети. Для того, чтобы исключить краевые эффекты на границе сети применяется специальный подход, который основан на гексагональной симметрии. Он позволяет измерить статистические характеристики всех абонентов без негативного влияния граничных эффектов. Данная конфигурация предполагает моделирование 19 базовых станций или 57 секторов на 570 пользователей. Таким образом для полного моделирования необходимо создать 32490 случайных каналов распространения сигнала, которые соединяют абонентов с базовыми станциями. Каждый канал описывает физические условия распространения между секторами и абонентами. Для воспроизведения максимально реалистичной интерференции все каналы моделируются одновременно и обновляются с учетом времени когерентности. Кроме моделирования топологии системы и каналов распространения сигнала, моделирование на системном уровне предполагает реализацию уровня доступа к среде и функций физического уровня.
Большое количество и разнообразие топологий сети, сценариев развертывания, режимов передачи сигнала, каналов связи, алгоритмов распределения и т. п. значительно усложняет разработку и моделирование системы, усложняя ее архитектуру. Данный процесс также является емким с точки зрения математических вычислений. Чтобы его ускорить необходимо учитывать разнообразные оптимизационные и алгоритмические техники и возможности параллельного вычисления. Для поддержания гибкой функциональности и обеспечения высокой производительности применяются низкоуровневые языки программирования.
После моделирования сценария и модели каналов связи, разрабатывается платформа моделирования, которая состоит из четырех основных потоков: конфигурация (инициализация параметров моделирования), построения сети (создание топологии сети и ее основных составляющих), работы сети (прием и передача сигналов, организация взаимодействия между составляющими сети), сбора и обработки статистических данных.
