Регистрация / Вход
Прислать материал

14.613.21.0020

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.613.21.0020
Тематическое направление
Информационно-телекоммуникационные системы
Исполнитель проекта
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им.В.А.Трапезникова Российской академии наук
Название доклада
Разработка математических методов, алгоритмов и программ оценки производительности и проектирования широкополосных беспроводных сетей передачи мультимедийной информации вдоль протяженных транспортных магистралей (железнодорожное полотно, автодороги) и трубопроводов (нефтяные и газовые магистрали).
Докладчик
Вишневский Владимир Миронович
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Разработка теоретических основ, методов проектирования и реализации нового поколения широкополосных беспроводных сетей передачи мультимедийной информации вдоль протяженных магистралей, обеспечивающих повышение качества управления и оперативного контроля за техническими параметрами трассы, а также контроль безопасности на участках трассы с использованием информации систем видеонаблюдения и обеспечение голосовой связи (IP-телефония) между стационарными и мобильными объектами на протяженных магистралях и т.д. Создание и испытание макета сети на базе радиомаршрутизаторов, функционирующих под управлением стандарта международного протокола IEEE 802.11n и антенных устройств, реализующих технологию MIMO.
Актуальность и новизна исследования
Создание современной инфраструктуры передачи мультимедийной информации (голос, данные, видео) вдоль протяженных магистралей является одной из важнейших проблем при создании новых и функционировании существующих транспортных магистралей и трубопроводов. Особенно актуально решение этой проблемы для стран с обширной территорией, к числу которых относится Индия и Российская Федерация. Создание такой инфраструктуры связи позволяет: обеспечивать оперативный контроль за техническими параметрами трассы путем высокоскоростной передачи информации с датчиков и сенсоров в центр управления; обеспечение контроля безопасности за участками трассы и стратегически важными объектами с использованием информации систем видеонаблюдения; обеспечение голосовой связи (IP-телефония) между стационарными и мобильными объектами на протяженных магистралях, а также связь с Центром управления и т.д.
Для исследования характеристик беспроводных сетей вдоль протяженных магистралей с использованием сложных моделей стохастических многофазных систем в рамках проекта разработаны новые, не описанные в мировой литературе методы.
Экономичность, надежность и высокая производительность беспроводных сетей, а также относительная простота проектирования, реализации и эксплуатации по сравнению с другими подходами, позволяют ожидать возможность широкого внедрения и коммерциализации результатов предлагаемого проекта.
Описание исследования

В рамках настоящего проекта создан комплекс новых математических моделей, адекватно описывающих функционирование рассматриваемых широкополосных беспроводных сетей вдоль протяженных магистралей. В качестве таких моделей исследованы слабо изученные в мировой литературе многофазные стохастические системы с обратной связью между фазами обслуживания, ограниченными буферными накопителями и обобщенным РН-распределением времени обслуживания пакетов и входящих случайных потоков пакетов (многофазная система типа МАР/РН/1/N_1 -> . / РН/1/N_2 -> . …/ РН/1/N_М с кросс-траффиком). Существенное отличие этой модели от хорошо изученных в мировой литературе состоит в более сложном характере входного потока и процесса обслуживания пакетов по беспроводным каналам, функционирующим под управлением протокола IEEE 802.11n. Модель марковского входящего потока (МАР), по сравнению с традиционно используемой в литературе моделью стационарного пуассоновского потока, учитывающей только среднее значение длин интервалов между соседними моментами поступления запросов, позволяет учитывать не только среднее значение, дисперсию, эксцесс и ассиметрию длин интервалов между соседними моментами поступления запросов, но и учитывать возможную корреляцию длин последовательных интервалов. Маркированность МАР потока позволяет учитывать разнородность запросов (и требований к времени их передачи) в потоках мультимедийной информации. Модель РН распределенного времени обслуживания, по сравнению с традиционно используемой моделью показательно распределенного времени обслуживания, позволяет учитывать дисперсию, эксцесс и ассиметрию распределений времен обслуживания запросов. Также, новыми чертами предлагаемой модели, учитывающими специфику беспроводных средств передачи информации, является учет возможности искажений в передаче (обслуживании) информации и необходимости повторной передачи, а также учет эффекта повторных вызовов при недоступности передающей среды. Исследованы также не изученные в мировой литературе модели сетей очередей с зависимым обслуживанием, адекватно моделирующие протоколы передачи пакетов в беспроводной сети. Учитывая, что на отдельных участках сети необходима сверхвысокоскоростная передача пакетов (свыше 1 Гбит/с) и, соответственно, использование атмосферных оптических каналов, резервируемых для повышения надежности радиоканалом, в проекте разработаны новые подходы исследования многолинейных систем с ненадежными обслуживающими приборами, функционирующими в случайной среде. Разработанная методология, комплекс математических и имитационных моделей и пакет программ проектирования имеют не только большое практическое значение, но и внесли значительный вклад в развитие теории очередей и теории надежности.

Результаты исследования

Результатами выполнения проекта являются разработка теоретических основ построения широкополосных беспроводных сетей передачи мультимедийной информации вдоль протяженных магистралей, а также разработка и испытание макета сети этого класса. Полученные научно-технические результаты проекта  опубликованы в высокорейтинговых международных журналах и представлены на международных конференциях. Получены свидетельства о государственной регистрации программ. Научные и практические результаты  используются в курсах лекций российских вузов (РУДН, МФТИ, РГУНиГ и др.) Предполагается, что результаты проекта могут быть коммерциализированы при проектировании и реализации сете связи вдоль автодорог в различных регионах РФ (в частности , в РФ - в Республике Татарстан).

Перечень основных научно-технических результатов включает: методологию построения широкополосных беспроводных сетей передачи мультимедийной информации вдоль протяженных магистралей; комплекс моделей динамического поллинга для решения проблемы интерференции и оценки производительности базовой станции беспроводной сети, функционирующей в режиме точка-многоточка;  методы и алгоритмы выбора архитектуры и оптимальных параметров беспроводной связи с использованием теории многофазных систем массового обслуживания; комплекс имитационных моделей, учитывающих особенности архитектуры и протоколов широкополосной беспроводной сети вдоль протяженных магистралей; пакет прикладных программ расчета надежности и производительности каналов связи и беспроводной сети в целом; программу и методику испытаний макета беспроводной сети вдоль протяженных магистралей; эскизную техническую документацию на макет широкополосной беспроводной сети вдоль протяженных магистралей; макет широкополосной беспроводной сети; проект ТЗ на проведение опытно-конструкторских работ.

Практическая значимость исследования
Результаты проекта могут быть эффективно использованы при проектировании и реализации современных сетей передачи мультимедийной информации вдоль протяженных магистралей как в Российской Федерации и Республике Индия, так и других странах с обширной территорией. На железнодорожных магистралях создание высокоскоростной беспроводной связи обеспечивает возможность надежной передачи голосовой информации (IP-телефония), создание резервных каналов передачи технологической информации, а также контроля безопасности за участками трассы и стратегически важными объектами с использованием информации видеонаблюдения. Результаты проекта могут быть использованы при построении интеллектуальных транспортных систем для управления движением транспортных средств на протяженных автодорогах и, особенно, для оперативного контроля и предотвращения нарушений правил дорожного движения (ПДД) путем высокоскоростной передачи информации с радаров и фотокамер, контролирующих такие нарушения, в Центр управления. Очевидна также необходимость создания современной высокоскоростной связи вдоль протяженных нефтяных и газовых трубопроводов для обеспечения контроля за технологическими параметрами трассы путем передачи информации с датчиков и сенсоров, а также информации с систем видеонаблюдения для контроля безопасности.