ОМС (OperationsandMaintenanceCenter) — центр эксплуатации и технического обслуживания, является центральным элементом сети GSM, который обеспечивает контроль и управление другими компонентами сети, а также контроль качества ее работы. ОМС соединяется с другими компонентами сети GSM по каналам пакетной передачи протокола Х.25. Он обеспечивает функции обработки аварийных сигналов, предназначенных для оповещения обслуживающего персонала, и регистрирует сведения об аварийных ситуациях в других компонентах сети. Функция эффективного управления включает сбор статистических данных о нагрузке от компонентов сети GSM, запись их в дисковые файлы и вывод на дисплей для визуального анализа. ОМС обеспечивает управление изменениями программного обеспечения и базами данных о конфигурации элементов сети.
NMC (NetworkManagementCenter) — центр управления сетью, дает возможность рационального иерархического управления сетью GSM. Он обеспечивает эксплуатацию и техническое обслуживание на уровне всей сети, поддерживаемой центрами ОМС, которые отвечают за управление региональными сетями. NMC отвечает за управление трафиком во всей сети и обеспечивает диспетчерское управление сетью при сложных аварийных ситуациях, как, например, выход из строя или перегрузка узлов. Кроме того, он контролирует состояние устройств автоматического управления, задействованных в оборудовании сети, и отражает на дисплее состояние сети для операторов NMC. Это позволяет операторам контролировать региональные проблемы и при необходимости оказывать помощь ОМС, обслуживающему конкретный регион. Таким образом, персонал NMC знает состояние всей сети и может дать указание персоналу ОМС изменить стратегию решения региональной проблемы.
NMC следит за состоянием маршрутов сигнализации и соединений между узлами, чтобы не допускать условий для возникновения перегрузки в сети. Контролируются также маршруты соединений между сетью GSM и PSTN во избежание распространения условий перегрузки между сетями. При этом персонал NMC координирует вопросы управления сетью с персоналом других NMC. NMC обеспечивает также возможность управления трафиком для сетевого оборудования подсистемы базовых станций (BSS). Операторы NMC в экстремальных ситуациях могут задействовать такие процедуры управления, как "приоритетный доступ", когда только абоненты с высоким приоритетом (экстренные службы) могут получить доступ к системе.
ADC (AdministrationCenter) — административный центр — сетевая служба, ответственная за организацию связи, административное управление сетью и соблюдение установленных правил доступа.
ТСЕ (TranscoderEquipment) — транскодер, обеспечивает преобразование выходных сигналов передачи речи и данных MSC (64 Кбит/с ИКМ) к виду, соответствующему рекомендациям GSM по радиоинтерфейсу. Снижение скорости передачи обеспечивается применением специального речепреобразующего устройства, использующего кодирование с линейным предсказанием (LPC — LinearPredictiveCoding), долговременное предсказание (LTP — LongTermPredicting), возбуждение регулярной импульсной последовательностью (RPE — иногда называется RELP).
Транскодер обычно располагается вместе с MSC. Передача цифровых сообщений по направлению к контроллеру базовых станций (BSC) ведется с добавлением к потоку со скоростью передачи 13 Кбит/с дополнительных битов (stuffing). Таким образом, скорость передачи данных становится 16 Кбит/с. Затем осуществляется уплотнение с кратностью 4 в стандартный канал 64 Кбит/с. Так формируется определенная рекомендациями GSM.
1.2. Географические зоны сети GSM
Сеть GSM составлена из географических областей. Как показано нарис.1.2, эти области включают ячейки, зоны местоположения (LA's — LocationAreas), зоны обслуживания MSC/VLR и мобильную наземную сеть общего пользования (PLMN — PublicLandMobileNetwork).
Рис. 1.2. Географические зоны системы GSM.
Сота — область радиоохвата одного приемопередатчика одной BTS. Сеть GSM определяет каждую соту с помощью опознавательного кода глобального идентификатора соты (CGI — CellGlobalIdentity), номера, который назначается каждой соте.
Зона местоположения (LA — LocationArea) — группа сот. Это область, в которой вероятнее всего может в данный момент перемещаться абонент.Каждая зона местоположения обслуживается одним или более контроллерами базовых станций и только единственным центром коммутации мобильной связи — MSC. Каждой зоне местоположения (LA) назначен идентификатор зоны нахождения абонента (LAI — LocationAreaIdentification).
Рис. 1.3. Зона местоположения (LA).
Зона обслуживания MSC/VLR представляет собой часть сети GSM, которая обслуживается одним MSC и зарегистрирована в VLR данного MSC (рис.1.3).
Рис. 1.4. Мобильная наземная сеть (PLMN).
Мобильная наземная сеть общего пользования (PLMN — PublicLandMobileNetwork) — это совокупность зон обслуживания, принадлежащих одному сетевому оператору (рис.1.4).
2. ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
В курсовом проекте требуется спланировать в нулевом приближении сеть сотовой связи в городе при следующих исходных данных (вариант 14).
1. Тип территории в зоне обслуживания - городская застройка (большой город).
2. Используемый стандарт сотовой связи – TDMA (GSM-1800).
3. Число абонентов в зоне обслуживания Мсети - 230 тыс. чел.
4. Площадь зоны обслуживания Scети - 690 км2.
Основное допущение при планировании сети сотовой связи в нулевом приближении состоит в том, что считаем распределение абонентов в заданной зоне равномерным, так что сеть состоит из множества одинаковых по размеру сот, которые будем условно представлять в виде правильных шестиугольников. На практике в сетях GSM используют кластеры с секторизованными сотами типа 3/9 и 4/12. Это позволяет получать на границе сот отношение сигнал/помеха с вероятностью порядка 80 % не хуже нормы 9дБ. Типы кластеров приведены на рис. 1.
Рис. 2.1. Типы кластеров – 3/9, 4/12 и 7/21.
При выполнении курсовой работы требуется:
1) произвести оптимальный выбор частотных каналов;
2) рассчитать число сот в сети;
3) найти максимальное удаление абонентской станции от базовой;
4) рассчитать потери на трассе;
5) определить мощность передатчиков базовой станции;
6) рассчитать электропитание базовой станции;
7) рассчитать надежность сети сотовой связи.
3. ПЕРВЫЙ ЭТАП ВЫПОЛНЕНИЯ ПРОЕКТА
На первом этапе выполнения проекта должно быть найдено оптимальное решение по п. 1–3 вышеприведенных требований. Начинать следует с выбора частотных каналов в соте. Вначале берут 1 канал, затем 2, 3, возможно и больше. Однако увеличение числа каналов чрезвычайно существенно влияет на оплату оператором их аренды. Вместе с тем с уменьшением числа каналов в соте возрастает число сот в сети и уменьшаются их размеры. Это удорожает развертывание и обслуживание сот. Минимальные размеры соты обычно определяет число допустимых хэндоверов. Поэтому для сетей GSM-1800 радиус соты R должен быть не менее 0,6–0,8 км.
Рис. 2.2. Секторизованнаясота.
Так как в одном частотном канале GSM существуют 8 независимых физических каналов, то по табл. 1 определяем число каналов трафика.
Таблица 1. Определение числа каналов трафика. 
Выбрав число каналов, определяют допустимый трафик в соте на основе статистики абонентов по формуле Эрланга. Трафик характеризуют объемом передаваемой информации. При передаче данных трафик определяют скоростью передачи, бит/с, и временем передачи, т. е. числом переданной информации в битах. В телефонии единицей измерения трафика является эрланг. 1 Эрл – это занятость одного телефонного (ТФ) канала в течение часа.
При расчете, в соответствии с числом каналов в соте, по таблицам Эрланга находим допустимый трафик в соте Асот. Далее, задаваясь среднимтрафиком одного абонента в ЧНН (час наибольшей нагрузки) А1 = 0,015–0,025 Эрл, определяем допустимое число абонентов в соте, общее число сот в городе, площадь одной соты и её радиус.
Исходные данные (вариант 14): площадь сети Sceти = 690 км2, число абонентов в сети Мсети = 230 000 чел.
1) В соответствии с табл. 1 при 1 частотном канале в соте можно организовать 7 каналов трафика. Задавшись ротк = 0,02 по таблицам Эрланга, находим Асот = 2,935 Эрл. Примем А1 = 0,015 Эрл.
Определим допустимое число абонентов в соте:
Мсот =Асот /А1;
Мсот = 2,935 / 0,015 ≈ 195 чел.
Общее число сот в городе:
qсот = Мсети/ Мсот;
qсот = 230 000 / 195 ≈ 1180.
Площадь одной соты:
Sсот = Sсети /qсот;
Sсот = 690/1180 = 0,58 км2.
Радиус соты:
R ≈ 
;
R ≈ 
≈ 0,89.
Это число приемлемо для сетей GSM-1800 и соответствует минимальным требованиям по радиусу сот.
2) В соответствии с табл. 1 при 2 частотных каналах в соте можно организовать 14 каналов трафика. Задавшись ротк = 0,02 по таблицам Эрланга, находим Асот = 8,2 Эрл. Примем А1 = 0,015 Эрл.
Определим допустимое число абонентов в соте:
Мсот =Асот /А1;
Мсот = 8,2/0,015 ≈ 550 чел.
Общее число сот в городе:
qсот = Мсети/ Мсот;
qсот = 230 000/550 ≈ 419.
Площадь одной соты:
Sсот = Sсети/qсот;
Sсот = 690/419 = 1,65 км2.
Радиус соты:
R≈ ;
R≈ 
≈ 2,54.
Это число приемлемо для сетей GSM-1800, так как для таких сетей радиус соты должен быть не менее 0,6–0,8 км. Однако это увеличивает оплату оператором аренды каналов.
3) В соответствии с табл. 1 при 3 частотных каналах в соте можно организовать 22 канала трафика. Задавшись ротк = 0,02 по таблицам Эрланга, находим Асот = 14,9 Эрл. Примем А1 = 0,015 Эрл.
Определим допустимое число абонентов в соте:
Мсот =Асот /А1;
Мсот = 14,9/ 0,015 ≈ 994 чел.
Общее число сот в городе:
qсот = Мсети/ Мсот;
qсот = 230 000 / 994 ≈ 232.
Площадь одной соты:
Sсот = Sсети /qсот;
Sсот = 690/232 = 2,97 км2.
Радиус соты:
R ≈ ;
R ≈ 
≈ 4,57.
Это число значительно превышает нормы радиуса сотыдля сетей GSM-1800, что увеличивает оплату оператором аренды каналов. Следовательно, использование 3-х частотных каналов нецелесообразно.
Таблица 2. Результаты расчета первого этапа
| Число частот в соте | |||
| Число абонентов в соте Мсот | |||
| Число сот в сети qсот | |||
| Площадь соты Sсот, км2 | 0,58 | 1,65 | 2,97 |
| Радиус соты R, км | 0,89 | 2,54 | 4,57 |
На основе анализа данных табл. 2 выбираем вариант сети, когда используется 1 частотный канал. При этом радиус соты равен 0,89 км, что соответствует требованиям при развёртывании сети GSM-1800.
4. ВТОРОЙ ЭТАП ВЫПОЛНЕНИЯ ПРОЕКТА.
4.1. Определение баланса мощностей.
На втором этапе выполнения работы следует обеспечить баланс мощностей в соте радиуса R для сети, выбранной по результатам 1-го этапа. Уравнения баланса мощностей составляют на основе учета всех особенностей прохождения сигнала на трассе согласно рис. 4.1.
Расчеты трасс сетей подвижной связи ведут с использованием логарифмов потерь на трассах, в фидерах, комбайнерах и логарифмов коэффициентов усиления антенн и дополнительных усилителей. При этом мощности на выходе передатчика и на входе приемника выражают в децибелах на милливатт (дБм) согласно формуле:
Р, дБм = 10 lg Р, мВт.
Рис. 4.1. Трасса прохождения сигнала: G – усиление; L – потери; Lp – потери на трассе; А – антенна; D – разнесение; F – фидер; С – комбайнер; Тх – передатчик; Rx – приемник;Pin – входная мощность; Pout – выходная мощность; ТМА (TowerMountedAmplifier) –малошумящий усилитель на входе приемника.
Уравнение баланса мощностей в направлении вверх (АС => БС):
PinБС = PoutАС – LfAC + GaАС – Lp + GaБС + GdБС – LfБС.
Уравнение баланса мощностей в направлении вниз (БС => АС):
PinАС = PoutБС – LfБC + GaБС – Lc – Lp + GaАС – LfАС.
В уравнениях все коэффициенты усиления и ослабления выражены в децибелах, а мощности – в децибелах на милливатт.
PinБС и PinAC – мощности на входе приемников БС и АС.
PoutБС и PoutAC – мощности на выходе передатчиков БС и АС.
GaБС и GaАС – коэффициенты усиления антенн БС и АС.
LfБСи LfАС – потери в фидерах БС и АС.
Lc – потери в комбайнере.
Lp– потери на трассе.
GdБС – выигрыш за счет разнесенного приема сигналов на БС (3–4 дБ).
В абонентских станциях GSM-1800 максимальная выходнаямощность передатчиков PoutAC = 1 Вт на 1800 МГц.
Минимальная чувствительность приемников PinAC = –104 дБм во всех диапазонах. Чувствительность приемников базовых станций при наличии дополнительного малошумящего усилителя ТМА (рис. 3) на входе приемного тракта PinБС = –111 дБм, а без него –106 дБм. Что касается мощностей передатчиков БС, то их стандартные значения у разных производителей лежат в пределах от 28 до 50 Вт (хотя есть и маломощные станции мощностью 2 Вт).
При проверке баланса мощностей вверх можно принять
LfАС = 0, GaАС = 0, GaБС = 15–17 дБ, LfБС = 2 дБ, GdBTS = 3 дБ (используем разнесенный прием).
Тогда уравнение примет вид: PinБС = PoutАС– Lp + GaБС + GdБС – LfБС.
При проверке баланса мощностей вниз можно принять
LfБС = 2 дБ, GaБС = 15–17 дБ, LC = 0, если в соте 1 или 2 частоты, и LC = 3 дБ, если в соте 3–4 частоты (в данной работе LC = 0); LfАС = 0, GaAC = 0.
Тогда уравнение примет вид:PinАС = PoutБС – LfБC + GaБС– Lp.
Найденные величины PinAC и PinБС должны превышать чувствительность приемников мобильной станции – 104 дБв и базовой станции – 111 дБм.Если они оказываются меньше, то следует попробовать увеличить высоту подвеса антенны БС или уменьшить радиус соты.
4.2. Определение потерь на трассе
Потери на трассе определяем по модели Окумура – Хата. Они зависят от расстояния R, рабочей частоты F, высоты подвеса антенн базовойстанции НБС и абонентской станции НАС. Данный метод основан на аналитической аппроксимации результатов практических измерений. Набор эмпирических формул и поправочных коэффициентов, полученный в результате такой аппроксимации, позволяет рассчитать средние потери для различных типов местности.
В диапазоне 1800 МГц и выше расчеты ведут на модели COST 231 Хата. Условия применимости модели: F = 1500–2000 МГц;НБС = 30–200 м; НАС = 1–10 м.
В центре столичного города
LЦГ = 48,55 + 35,4lgF – 13,82lgHБС – (1,1lgF – 0,7)HАС + (44,9 – 6,55lgHБС)lgR
где НБС – эффективная высота подъема антенны базовой станции, м; НАС – высота антенны подвижной станции над землей, м; R – расстояние между передатчиком и приемником, км; F – частота сигнала, МГц.
Проведем проверку баланса мощностей на трассе вниз по формуле при следующих исходных данных: диапазон частот 1800 МГц(средняя частота поддиапазона вниз БС => АС: 1842 МГц), НБС = 40 м; НАС = 1,5 м; R = 0,89 км; зона – большой город.
Тогда средние (медианные) потери на трассе LЦГ, согласно модели COST 231 составляют:
LЦГ = 48,55 + 35,4lg(1824) – 13,82lg(40) – (1,1lg(1842) – 0,7)*1,5 + (44,9 – 6,55lg(40))*lg(0,89) = 135,93 дБ.
Необходимый запас мощности сигнала дляего уверенного приема на 90 % площади с вероятностью 75 % ΔРσ = 0,68*σ,
ΔРσ = 0,68 · 8 = 5,6 дБм, где σ= 8 дБ – среднеквадратичное отклонение сигнала из-за флуктуации в точке приема. Кроме того, учтем дополнительные потери в здании LДОП = 12 дБ. Итак, суммарные потери на трассе
Lp = 135,93 + 5,6 + 12 = 153,53 дБ.
Теперь рассчитаем мощность сигнала на входе приемника АС, если мощность передатчика БС составляет 28 Вт (44,5 дБм):
PinАС = PoutБС – LfБC + GaБС– Lp
PinАС = 44,5 – 2 + 16 – 153,53 = -95,03 дБм.
Проверяем баланс мощностей на трассе вверх. Средняя частота поддиапазона вверх АС => БС: 1744 МГц. При техже НБС и НАС средние потери на трассе LЦГ, согласно модели COST 231, составляют:
LЦГ = 48,55 + 35,4lg(1744) – 13,82lg(40) – (1,1lg(1744) – 0,7)*1,5 + (44,9 – 6,55lg(40))*lg(0,89) = 135,09 дБ,
т. е. практически не отличаются от потерь на трассе вниз.
При тех жеΔРσ = 5,6 дБм и потерях в здании LДОП = 12 дБ при мощности передатчика АС 1 Вт (30 дБм) получаем:
Lp = 135,09 + 5,6 + 12 = 152,69 дБ
PinБС = PoutАС– Lp + GaБС + GdБС – LfБС
PinБС = 30 – 152,69 + 16 + 3 – 2 = -105,69 дБм.
Найденные величины PinAC и PinБС превышают чувствительность приемников мобильной станции –104 дБв и базовой станции – 111 дБм.
Таблица 3. Результаты расчета второго этапа
| Трасса вниз БС => АС (ΔРσ = 5,6 дБм, LДОП = 12 дБ) | |||||||||||
| F, МГц | HБС, м | HАС, м | R, км | LЦГ, дБ | PoutБС дБ | GaБC, дБ | Lс, дБ | Lр, дБ | GaАC, дБ | LfАС, дБ | PinАС, дБ |
| 1,5 | 0,89 | 135,93 | 44,5 | 153,53 | -95,03 | ||||||
| Трасса вверх АС => БС (ΔРσ = 5,6 дБм, LДОП = 12 дБ) | |||||||||||
| F, МГц | HБС, м | HАС, м | R, км | LЦГ, дБ | PoutАС дБ | GaАС, дБ | Lр, дБ | GaБC, дБ | GdБC, дБ | LfБС, дБ | PinБС, дБ |
| 1,5 | 0,89 | 135,09 | 152,69 | -105,69 |
4.3. Расчет электропитания базовой станции
В сетях сотовой связи наибольшее распространение получили источники бесперебойного питания (ИБП) переменного тока. Организация бесперебойного питания объекта подразумевает возможность его переключения при неполадках в электросети на альтернативный источник энергии. В ИБП любого типа функции такого источника выполняют аккумуляторные батареи.
Аккумуляторы являются вторичными элементами питания или, как их еще называют, химическими источниками тока второго типа.
Аккумуляторные батареи функционируют в двух основных режимах: разряда и заряда. Установленные в ИБП переменного тока батареи находятся в одном из трех состояний – дежурном, аварийном и поставарийном. Поскольку аварии в сети происходят все-таки не столь часто, большую часть срока эксплуатации батарея функционирует в дежурном, или буферном, режиме постоянного подзаряда. Аварийные режимы (питание нагрузки от батареи) в телекоммуникациях занимают сравнительно небольшое время. Поставарийный – это автоматический режим заряда разряженной батареи.
Любая АБ характеризуется взаимосвязанной системой параметров, базовыми из которых являются емкость и номинальное напряжение. Выбор емкости АБ обусловлен типом нагрузки, которую она будет поддерживать в течение заданного времени при определенных режимах разряда. Для любого телекоммуникационного объекта определяющими являются требования по энергоснабжению: время работы, ток разряда, мощность. Требования по емкости определяются на основании этих характеристик.
Выбор батареи во многом зависит от качества сети: одни батареи лучше работают в буферном режиме, другие рассчитаны на циклическое применение. Чем глубже разряжается батарея, тем меньше циклов заряда/разряда она обеспечивает.
Исходные данные для расчета параметров электропитания:
- тип аккумуляторной батареи – свинцово-кислотные.
- номинальное напряжение – Un = 12 B.
- номинальная ёмкость – Cn = 306 Ач.
Основные области применения свинцово-кислотных аккумуляторных батарей:
– непрерывное электропитание;
– телекоммуникация;
– пожарное освещение;
– пожарная тревога и системы обеспечения безопасности.
Отличительные особенности:
– дешевизна и простота производства – по стоимости 1 кВт·ч энергии эти батареи являются самыми дешевыми;
– малый саморазряд – самый низкий по сравнению с аккумуляторнымибатареями других типов;
– низкие требования по обслуживанию – отсутствует «эффект памяти», не требуется доливки электролита;
– допустимы высокие токи разряда.
– не допускается хранение в разряженном состоянии;
– низкая энергетическая плотность – большой вес аккумуляторных батарей ограничивает их применение в стационарных и подвижных объектах;
– допустимо лишь ограниченное количество циклов полного разряда (200–300);
– кислотный электролит и свинец оказывают вредное воздействие на окружающую среду;
– при неправильном заряде возможен перегрев.
Свинцово-кислотные батареи имеют настолько низкую энергетическую плотность по сравнению с другими типами батарей, что это делает нецелесообразным использование их в качестве источников питания переносных устройств. Хотя примеры их применения в портативной электроннойтехнике есть. Кроме того, при низких температурах их емкость существенно снижается.
Производители ИБП всегда указывают полную мощность, выраженную в вольт-амперах, следовательно, необходимо перевести активную мощностьоборудования в полную. Активная мощность вычисляется по формуле:
РИБП>Pmax/ PF
где РИБП – требуемая мощность источника бесперебойного питания базовой станции; PF(PowerFactor) – коэффициент мощности, который в данной курсовой работе принимается равным 0,7; Pmax – максимальная потребляемая мощность.
Максимальная потребляемая мощность для базовых станций сетей GSM 60 Вт. Необходимо также учесть максимальную потребляемую мощность охранно-пожарной сигнализации – 900 Вт и системы управления микроклиматом – 3000 Вт.
Pmax=60+900+3000=3960Вт
PИБП>3960/0,7=5657Вт
Для работы в автономном режиме ИБП базовой станции комплектуется четырьмя батареями. Необходимо рассчитать максимальное время автономной работы при заданной нагрузке по формуле
t = (60*E*U)/ P
где t – максимальное время автономной работы, мин; Е – ёмкость батареи; U – суммарное напряжение батарей в ИБП; Р – расчётная мощность нагрузки.
t = (60*306*12*4)/ 5657 = 155 мин.
4.4. Расчет надежности сети сотовой связи
Одной из важнейших задач при проектировании сетей сотовой связи является разработка устройств и узлов, обеспечивающих выполнение всех возложенных на них функций в течение длительного срока службы оборудования. Решение этой проблемы возможно только при комплексном решении вопросов надежности на всех стадиях проектирования и эксплуатации.
Надежность – это свойство системы обеспечивать нормальное выполнение заданной функции, обеспечивать первоначальные технические характеристики в течение определенного времени в заданных пределах допуска. Надежность характеризуется:
– безотказностью;
– ремонтопригодностью;
– долговечностью.
Безотказность – свойство системы непосредственно сохранять работоспособность в определенных условиях и режимах эксплуатации.
Ремонтопригодность – свойства системы, заключающиеся в приспособленности к предупреждению о нарушении и устранении отказов путем планового технического обслуживания и ремонта.
Долговечность – свойство системы сохранять работоспособность в перерывах между плановым техническим обслуживанием и ремонтом до предельного состояния.
В основе понятия надежности лежит понятие отказа. Отказ – нарушение работоспособности системы, заключающееся в прекращении выполнения заданных функций или выходе рабочих показателей за заданные пределы.
Сбой в работе сети сотовой связи может быть вызван различными причинами: обрывом линий связи, выходом из строя оборудования и некоторыми другими. Однако для пользователей услуг не имеет значения, вследствие чего пропадает связь.
В рамках соглашения о качестве обслуживания абоненту должен быть гарантирован определенный, достаточно большой промежуток времени, в течение которого показатели качества обслуживания не будут ниже заданных.
Простои, вызванные сбоями в работе сети, могут сопровождаться огромными потерями прибыли. Таким образом, актуальными являются вопросы сокращения времени простоя, оценка потерь, вызванных простоями, и оценка затрат на минимизацию этих потерь.
Для решения поставленных задач возникает необходимость в количественной оценке надежности. С этой целью в теории надежности вводятсяколичественные характеристики и устанавливается связь между ними, разрабатываются методы, позволяющие анализировать физические причины отказов и прогнозировать надежность.
Время наработки на отказ Тн и среднее время восстановления после сбоя Тв являются основными параметрами, которые следует учитывать при решении задачи обеспечения надежного и стабильного сервиса.
Среднее время восстановления – среднее время, необходимое для возобновления нормальной работы системы.
Наработка на отказ – среднее время между отказами восстанавливаемых изделий.
Определим надежность системы. Исходные данные (вариант 14):
- среднее время наработки на отказ Тср, тыс. ч:
- для БС – 27 тыс. ч;
- для контролера – 60 тыс. ч;
- для мультиплексора – 46 тыс. ч;
- среднее время восстановления Тв = 4 ч.
Параметры безотказности:
– интенсивность отказов системы;
– наработка на отказ системы;
– вероятность безотказной работы.
Интенсивность отказов – вероятность отказов в единицу времени. Зная Тср каждого элемента системы, можем определить интенсивность отказов λ, 1/ч, каждого элемента по формуле:
λ = 1/Тср.
- для БС – 0,037*10-31/ч;
- для контролера – 0,016*10-31/ч;
- для мультиплексора – 0,022*10-31/ч;
А также всей системы в целом по формуле:
λ(t)c = 𝝨λi,
где λi – интенсивность отказов каждого элемента системы.
λ(t)c = 0,037*10-3 + 0,016*10-3 + 0,022*10-3 = 0,075*10-3 1/ч
Зная интенсивность отказов всей системы, необходимо определить наработку на отказ системы по формуле:
Тср.с = 1/λ(t)c
Тср.с = 1/0,075*10-3 = 13,3 тыс. ч.
Вероятность безотказной работы – вероятность того, что в течение заданного времени не произойдет отказа в системе. Вероятность безотказной работы определяется по формуле:
Рс(t) = e-λ(t)c*t, где t – время испытания, ч; – интенсивность отказов системы.
Время испытания может принимать следующие значения: 24, 720, 2172, 8760 ч. Расчет вероятности отказа необходимо произвести при различных значениях времени испытания t и по данным расчетам построить кривую безотказности Pс(t).
Рс(24) = 0,98
Рс(720) = 0,95
Рс(2172) = 0,85
Рс(8760) = 0,52
Рис. 4.2. Кривая безотказности Pс(t).
Параметры ремонтопригодности:
– среднее время восстановления;
– коэффициент готовности;
– коэффициент простоя.
Используя параметры надежности Tcp и Tв, можно вычислить коэффициент доступности услуг Кд (коэффициент готовности Кг).
Коэффициент готовности – вероятность того, что система будет в работоспособном состоянии в любой момент времени в промежутках между выполнением профилактического обслуживания или ремонта.
Коэффициент готовности: Кг = Тср/ (Тср+Тв),
где Tcp – среднее время наработки на отказ системы; Tв – время восстановления системы. Согласно исходным данным Tв = 4 ч.
Кг = 13,3 * 1000/ (13,3 * 1000 + 4) = 0,999
Время восстановления системы рассчитывается по формуле
Tв = Тоб + Тд + Ту + Тн,
где Тоб– время обнаружения неисправности; Тд – время на доставку к месту восстановления вышедшего из строя элемента системы; Ту – время на устранение повреждения; Тн – время на настройку и проверочные испытания.
Коэффициент простоя учитывает все простои аппаратуры, вызванные техническим обслуживанием, но без учета простоев по организационнымпричинам.
Коэффициент простоя: Кп = 1 – Кг.
Кп = 1 – 0,990 = 0,001
Таблица 4. Результаты расчёта надёжности системы
| Интенсивность отказов системы λс, 1/ч | Наработка на отказ системы Тср, ч | Вероятность безотказной работы системы P(t) | Tв | Кг | Кп | |||
| t = 24 | t = 720 | t = 2172 | t = 8760 | |||||
| 0,075*10-3 | 13,3*103 | 0,98 | 0,95 | 0,85 | 0,52 | 0,999 | 0,001 |
Нормативные показатели системы:
– наработка на отказ системы Тср должна быть не менее 350 суток;
– коэффициент готовности системы Кг должен быть не менее 0,99.
Согласно расчётам Тср = 554 дня, что превышает нормативные минимальные показатели. Коэффициент готовности также находится на уровне 0,99. Следовательно, данная система обладает высокой надёжностью.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В ходе данной курсовой работы были проведены расчёты, необходимые для проектирования сотовой сети связи стандарта TDMA (GSM-1800).
В первой части работы рассмотрены основные характеристики стандарта сотовой сети связи TDMA (GSM-1800): состав сети, интерфейс, схема построения.
Во второй части был выбран оптимальный вариант сети с одним частотным каналом, что минимизировало бы затраты на развёртывание сети, был проведён анализ баланса мощностей, в том числе были определены потери на трассе. Для проектирования были выбраны свинцово-кислотные аккумуляторные батареи. Установлено максимальное время автономной работы. Расчёт надёжности системы показал, что все полученные данные находятся в пределах нормативов, а значит, система связи обладает высокой надёжностью.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ
1) Колодезная, Г.В. Основы теории связи с подвижными объектами: методическое пособие по курсовому проектированию – Хабаровск.: Изд-во ДВГУПС, 2012. – 26 с.
2) Бабков, В. Ю. Сотовые системы мобильной радиосвязи: учеб. пособие / В. Ю. Бабков, И. А. Цикин. — 2-е изд., перераб. и доп. — СПб.: БХВ-Петербург, 2013. — 432 с.: ил. — (Учебная литература для вузов)
3) Попов В.И. Основы построения связи стандарта GSM. – М.: Эко-Трендз, 2005. – 296 с.