Určení dostupnosti služby pomocí simulačního modelu trunkové rádiové sítě

2006/57 – 12.12.2006

Určení dostupnosti služby pomocí simulačního modelu trunkové rádiové sítě Ing. Milan Šimek Ing. Dan Komosný, Ph.D. Vysoké učení technické v Brně, Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií, Ústav telekomunikací, Purkyňova 118, 612 00 Brno, ČeskĂá republika email: [email protected], [email protected]

Dostupnost služby je základním a výchozím měřítkem uživatelovy spokojenosti ve vztahu ke kvalitě informačního systému. Článek popisuje využití simulačního modelu SDL a matematického modelu ke zjištění dostupnosti služby na zvolené trase vozidla městské hromadné dopravy. V článku je použita veličina ztrátovost rámců, kterou v systému městské hromadné dopravy nazýváme jako pravděpodobnost datového stínu PDS.

1. Trunkové rádiové sítě Trunkové rádiové sítě (dále jen TRN - Trunked Radio Network) představují jednu z možných koncepcí rádiových sítí, které počítají s vysokým počtem uživatelů. Tyto systémy se vyznačují poskytováním množiny společných kanálů, jenž mohou střídavě dle potřeby sdílet všichni uživatelé. Uživateli TRN jsou firmy a organizace, které používají dispečerský typ komunikace a konvenční rádiové sítě jim z funkčních a kapacitných důvodů nepostačují. Jsou to např. složky záchranných hasičských sborů, policie, vozidla taxi, podniky městské hromadné dopravy aj. Své uplatnění si tato technologie našla také v komerční sféře především při práci na stavbách. Z tohoto přístupu ke sdílení přenosových kanálů vyplývá největší výhoda TRN, kterou je velký počet uživatelů, jenž dokáže tento systém obsloužit. Na obrázku 1 je názorně vidět rozdíl mezi počty možných uživatelů, obsloužených pomocí TRN a pomocí konvenční rádiové sítě [5].

Obr. 1 Závislost počtu obsloužených uživatelů na počtu využitýck kanálů pro dva různé rádiové systémy

2006/57 – 12.12.2006

1.1. Analogové a digitální systémy Ve světě existuje několik standardů a protokolů, podle kterých se systémy hromadných (trunkových) radiotelefonních sítí vyrábějí a provozují. V České republice se pro tyto systémy používá termín svazkové sítě. Mezi nejrozšířenější analogové trunkové systémy patří americké systémy LTR (Logic Trunked Radio), různé systémy firmy Motorola a systém MPT 1327. Z digitálních systémů jsou to především Project 25 (P25), TETRA, iDEN, Tetrapol, OpenSky [5]. 1.1.1 Analogové systémy V České republice jsou provozovány analogové systémy SmartNet (Motorola) a MPT 1327. Jediným výrobcem systému a účastnických terminálů je Motorola. Systém MPT 1327 je otevřeným standardem, který vyrábí řada renomovaných firem v širokém rozsahu kmitočtových pásem (80, 160, 230, 300, 350, 380, 430, 450, 500 a 800 MHz). Systémy jsou vyráběny v různých konfiguracích od jednoduchých, které obslouží menší počet uživatelů na omezeném území, až k systémům pro pokrytí rozsáhlých regionů s velkým počtem účastníků. Systémy s protokolem MPT 1327 jsou dnes instalovány ve více než 84 zemích světa. P25 a Tetrapol jsou systémy s násobným přístupem s kmitočtovým dělením (FDMA). Technologie na bázi FDMA dosahuje obecně rozsáhlejšího pokrytí než technologie TDMA, a je tudíž ekonomicky efektivnější, protože pro pokrytí stejného území potřebují méně rádiových buněk. Technologie FDMA, P25 a Tetrapol pokrývají všechna tradiční pásma pozemní pohyblivé služby s jednou výjimkou. Tetrapol se neprovozuje v pásmu 806 - 821 MHz a 851 866 MHz [2]. 1.1.2 Digitální systémy Digitální systémy se oproti analogovým systémům vyznačují vyšší spektrální účinností, poskytují vyšší zabezpečení komunikace proti odposlechu, vyšší kvalitu komunikace, více signalizačních funkcí, vyšší integraci hlasových a datových služeb a možnost utajení komunikace šifrováním bez újmy na kvalitě komunikace. V těchto parametrech jsou všechny digitální systémy podobné. Zásadním rozdílem je způsob sdílení rádiových kanálů uživateli systémů. TETRA, iDEN a OpenSky jsou systémy s násobným přístupem s časovým dělením (TDMA). Technologie TDMA je optimalizována pro oblasti s hustou populací, kde pod daným rádiovým stanovištěm může být velké množství účastníků. Standard TETRA byl vyvinut pro provoz v pásmu od 300 MHz do 1 GHz. Jedinými digitálními systémy, které byly schváleny standardizačními institucemi, jsou P25, jež je schválen ANSI/TIA v Severní Americe a TETRA schválena ETSI v Evropě. IDEN a Tetrapol jsou firemní systémy, jejichž popis však výrobci zveřejnili, a tím umožnili ostatním výrobcům výrobu kompatibilních produktů.[5]. 1.1.3 Popis analogového systému MPT 1327 Na obrázku 2 je znázorněna typická stavba vícebuňkové analogové hromadné sítě. Jednotlivá rádiová stanoviště jsou tvořena řídicí jednotkou (TSC) a základnovými radiostanicemi (vysílači / přijímači - TX/RX). Výstupní signály z jednotlivých základnových radiostanic, které tvoří komunikační kanály, jsou anténním sdružovačem sloučeny do jedné vysílací a přijímací antény nebo do oddělených vysílacích a přijímacích antén. Pro spolupráci s externími systémy, např. pobočkovou ústřednou a veřejnou telefonní síti je systém vybaven ústřednou rádiového stanoviště, která poskytuje propojovací rozhraní. Síť pracuje s určitým

2006/57 – 12.12.2006 počtem hovorových kanálů, které jsou přidělovány podle okamžitých požadavků na komunikaci. Pokud počet požadavků překročí počet volných kanálů, začne systém řadit hovory do čekací fronty a postupně je odbavuje tak, jak se uvolňují komunikační kanály a v pořadí jak přicházely za sebou. Výjimku tvoří tísňová volání, která případnou čekací frontu přeskakují [5].

Obr. 2 Blokové schéma systému MPT 1327 Jednu z výhod systému MPT 1327 je jeho jednoduchost a z toho vyplívající nižší cenová politika systému. Jelikož protokol MPT 1327 předepisuje pouze způsob signalizace a nespecifikuje podobu provozních kanálů, je umožněno jeho použití na různých kmitočtech. Tím se systém stává snadno použitelným v různých zemích s odlišnými regulačními předpisy. Nižší cena analogového systému MPT 1327 v porovnání s robustnějšími digitálními systémy jej pak zpřístupňuje i středním a menším obchodním a průmyslovým subjektům. Největší nevýhodou analogových rádiových sítí, je právě jejich analogový charakter. I když systém MPT 1327 používá digitální signalizaci, díky níž je možné přenášet textové zprávy a obecná data, analogový charakter provozních kanálů by při případném propojování s ostatními digitálními sítěmi vyžadoval před vstupem do jiné sítě dodatečnou digitalizaci.. Další nevýhodou systému MPT 1327, je skutečnost, že neposkytuje díky analogovému charakteru hlasových kanálů takřka žádnou ochranu proti odposlechu či rušení! Což je třeba případě bezpečnostních ozbrojených složek velmi citelná vada. Analogový charakter provozních kanálů systému MPT 1327 je také důvodem, proč je srozumitelnost hlasové komunikace dosti citlivá na okolní hluk. V rušném prostředí se může přenášený hovor snadno stát druhé straně nesrozumitelný. U digitálních systémů lze vhodnou úpravou digitálního signálu okolní hluk potlačit a zvýraznit hlasový signál.

2006/57 – 12.12.2006

1.2. Komunikace v systému městské hromadné dopravy a provádené měření Díky svým vlastnostem se hromadné rádiové sítě uplatnili v řízení komunikace v podnicích městské hromadné dopravy. Moderním trendem v provozu městských dopravních prostředků je integrace nových způsobů komunikace mezi vozem a dispečinkem. Nové druhy komunikace umožňují získávaní přesných údajů o voze (např. poloha vozu, zpoždění na lince, číslo řidiče, cílovou zastávku atd.) a umožňují poskytovat další služby (zasílání zpráv, časová synchronizace vozu s dispečinkem, stavění vyhybek, řízení křižovatek atd.). Systémy dispečerského řízení jsou navrhovány tak, aby umožnili obvolání neboli zjištění polohy vozidel ve velmi krátkých intervalech. Za pomocí stavových zpráv, které jsou posíláný ze základnových stanic směrem na vozidla, lze měřit spolehlivost rádiových kanálů. Měření spolehlivosti rádiových kanálů bylo provedeno ve spolupráci s Dopravním podnikem a.s. Ostrava. Princip měření spočívá v obvolávání vozidel MHD ze základnových stanic. Dispečerské rádiové stanice využívají vysílače DP, které poskytují výstupní výkon cca 5W. Základnové stanice jsou většinou umístěny na výškových budovách. Při měření v Ostravě byly základnové stanice umístěny na budově Vysoké školy Báňské a na ústředním autobusovém nádraží, viz obr.3. Stanice v pravidelných intervalech obvolávají vozidla a výsledky komunikace se zapisují do databáze (obr. 4), která je dále zpracovávána a použita k vyhodnocení jednotlivých aspektů služby. Výsledkem měření je pak seznam zpráv, které odpovídají komunikaci mezi základnovou a mobilní (vozidlo) stanicí v průběhu jedné hodiny [4].

Obr. 3 Mapa Ostravy a umístění základnových stanic

2006/57 – 12.12.2006

Obr. 4 Databáze stavových zpráv a její export do programu Excel

2. QoS (Quality of Service) v hromadných v rádiových sítích 2.1. PDS (Probability of Data Shadow) Jedním z nejdůležitějších parametrů přísně kontrolovaných při komunikaci v jakékoliv datagramové síti je veličina FLR (Frame Lost Ratio), poměr ztrátovosti rámců, která se vypočítá jako počet ztracených rámců k celkovému počtu rámců vyslaných [1]. V případě, kdy pracujeme s rádiovou sítí městské hromadné dopravy, lze pojmenovat tuto veličinu jako PDS (pravděpodobnost datového stínu), která se vypočte dle :

(2-1) kde: Nlost= počet ztracených rámců, Nsent= počet všech vyslaných rámců.

2006/57 – 12.12.2006 Pokud se měřené vozidlo nachází v takovémto datovém stínu není schopno rámce přijímat ani vysílat a všechny rámce na něj vyslané, jsou ztraceny. Nejčastější příčinou datového stínu jsou vysoké budovy, tunely, průmyslové rušení, velká vzdálenost vozidla od základnové stanice, která není schopna oblast, kde se vozidlo nachází pokrýt dostatečně kvalitním signálem atd. Pro výpočet ztrátovosti byla navržena aplikace PDS v 3.0 (obr.5), která je schopna z databáze stavových zpráv vysílaných v rádiové síti výpočítat ztrátovost těchto zpráv v okolí jednotlivých zastávek ve městě. K dispozici byla databáze stavových zpráv z měření na rádiové síti DP Ostrava a.s. Uživatel má možnost vytvořit trasu vozidla, pro kterou budou jednotlivé ztrátovosti vypočteny, (lze nastavit i čas měření a druh vozidla). Na obrázku 6 jsou zakresleny do mapy hodnoty PDS(=FLR) pro zvolené zastávky, které byly vypočteny pomocí programu PDS v 3.0.

Obr.5 Aplikace PDS v 3.0

2006/57 – 12.12.2006

Obr.6 Ztrátovosti rámců u jednotlivých zastávek v okolí vysílače na VŠB

2.2. Matematický model dostupnosti služby Dostupnost, resp. míra dostupnosti je základním a výchozím měřítkem uživatelovy spokojenosti ve vztahu ke kvalitě informačního systému. Míra dostupnosti, stanovuje přípustnou dobu, kdy tolerujeme, že nemůžeme využívat služby systému, a nejčastěji a nejjednodušeji se definuje jako "dostupnost je poměr doby, kdy je služba dostupná k celkové době měření dostupnosti, vyjádřeno v %". Z této definice se pak odvodily třídy dostupnosti stanovené pomocí tzv. devítkové konvence. V tabulce 2-1 jsou uvedeny tyto třídy dostupnosti pro dobu měření 1 den.

Tab.2-1-Třídy dostupnosti služby popsané pomocí devítkové konvence Principem měření ztrátovosti rámců v hromadné rádiové síti je vysílání požadavků o odpověď na vozidlo pohybující se mezi dvěma zastávkami a následné určení poměru

2006/57 – 12.12.2006 ztracených rámců ke všem rámcům odeslaným. O službě můžeme tedy říci, že je dostupná, pokud se s 99,999% pravděpodobností mezi dvěma zastávkami uskuteční přenos alespoň jednoho rámce. Potom můžeme také říci, že k výpadku služby (nelze navázat spojení s vozidlem mezi dvěma zastávkami) dojde s pravděpodobností 0,00001%. Výpočet mezní hodnoty PDSc (pravděpodobnosti výskytu vozidla v datovém stínu) pro výpadek služby: Pravděpodobnost uskutečnění jevu X při n pokusech: (2-2) P(X) . pravděpodobnost uskutečnění jevu X při jednom pokusu, n . počet pokusů k uskutečnění jevu.

Počet požadavků odeslaných na vozidlo mezi dvěma zastávkami:

(2-3) T [s] . průměrný čas přemístění vozidla mezi dvěma zastávkami, i [s] . interval obvolávání vozidla.

Pravděpodobnost uskutečnění služby mezi dvěma zastávkami: P(SE)=99,999%=0,99999

(2-4)

Pravděpodobnost výpadku služby mezi dvěma zastávkami: (2-5) FR(FrameRep) . max. počet opakování rámce při nepotvrzení přijetí od vozidla, N . počet spojení mezi dvěma zastávkami, PDS (Probability of Data Shadow).

Dostupnost služby je vyhodnocována pomocí funkce dostupnosti, která nabývá binární hodnotu 1 pro dostupnou a 0 pro nedostupnou službu. Rozdělení fce dostupnosti ast pro jednu zastávku s PDSst: ast (PDS st) = 1 pro PDSst
(2-6)

ast (PDS st) = 0 pro PDSst >PDSc

(2-7)

V oblasti zastávky bude služba dostupná, pokud PDSst oblasti bude menší než kritická hodnota pro výpadek služby PDSc. Pomocí fce dostupnosti pro jednu zastávku ast lze určit i fce dostupnosti pro celou trasu vozidla A(ast). PDS na celé trase vozidla:

(2-8) n - počet zastávek na trase

2006/57 – 12.12.2006 Rozdělení fce dostupnosti A(ast) pro měřenou trasu :

(2-9)

(2-10) Lze tedy konstatovat, že: Služba bude dostupná na celé trase vozidla, pokud A(ast) = 1

3. Simulační model trunkové rádiové sítě v jazyce SDL 3.1 Úvod do jazyka SDL V současně době je jazyk SDL známý hlavně v oblasti telekomunikací. Jsou jím popsána některá doporučení ITU, spojovací systémy 4. generace, terminály ISDN (Integrated Service Digital Network), atd. Sloužil i pro vývoj československého spojovacího systému EDISS (Elektronický Digitální Spojovací Systém) a popis jeho funkcí. Jazyk SDL je používán pro systémy pracující v reálném čase, kde řízení systému je distribuováno či rozděleno mezi několik procesů (úloh), které spolu navzájem komunikují výměnou zpráv [3].

3.2 Cíl simulace Cílem simulačního modelu je, na vybrané trase určit prahovou hodnotu parametru PDS pro výpadek služby, z které bude následně vyhodnocena sekundární veličina dostupnost služby. Prahová hodnota ztrátovosti paketů pro výpadek služby není nikde přesně určena a odvozuje se od typu přenosové sítě, od druhu využívaných služeb a jejich nároků na přenos informace atd. Je tedy zapotřebí stanovit prahovou hodnotu primárního parametru PDS, pro kterou již služba (přenos informace) není zaručena. V praxi jej tedy zapotřebí určit, v kterých oblastech se vozidlo nesmí pohybovat tak, aby k výpadku služby nedošlo.

3.3 Analýza simulačního modelu Simulační model (dále jen SM) názorně představuje standardní komunikaci v hromadné rádiové síti. Pracuje podle doporučení X.1 a k přenosu dat používá nespojovanou službu (CLNS - connection-less oriented network services). Pro implementaci této služby se využívá primitivních operací (request, indication, response, confirmation). Výstupem ze simulačního modelu je textový soubor, který obsahuje výpis naměřených hodnot v okolí nadefinovaných zastávek. V okolí každé zastávky je provedeno 5 měření a každé měření má možnost (při ztrátě rámce) až 9x opakovat výslání nového rámce. V souboru jsou tedy uvedeny hodnoty FSR (Frame Success Ratio) pro každou zastávku společně s počtem opakovaných rámců. Je zřejmé, že s počtem opakovaných rámců, poroste i FSR.

3.4 Blokové schéma SM SM využívá jednu základnovou stanici (blok STATION A), která vysílá požadavek na sestavení spojení s vozidlem (STATION B). Rámec je vyslán přes rádiovou síť, jejíž

2006/57 – 12.12.2006 ztrátovost (blok TRUNKED RADIO NETWORK) je nastavena dle konfigurace uložené ve virtuální entitě - simulátoru (blok SIMULATOR). Základní koncepci jednotlivých bloků SM znázorňuje obr. 7.

Obr.7 Blokové schéma SM Blok simulátor podle zvolené trasy nastavuje jednotlivé PDS v rádiové síti, přes kterou jsou rámce vysílány a zároveň také nastavuje počet opakovaných rámců. Základnová stanice vysílá přes rádiovou síť rámec směrem na vozidlo. Zda-li rámec projde má na starosti generátor náhodných čísel, který generuje čílso v rozsahu 0-100. Je-li číslo menší než PDS zastávky, je rámec zahozen a základnová stanice vysílá nový rámec.Max počet opakování rámceje nastaven v simulátoru. O tom, že byl rámec úspěšně doručen na vozidlo je základnová stanice informována pomocí potvrzovacího rámce ACK(Acknowledgement ), který musí být stejně úpěšně přenesen rádiovou sítí. Mezi dvěma zastávkami lze nastavit libovolný počet měření. Řízení celé simulace (změna PDS zastávky, počtu měření, počtu opakovaných rámců atd.) má na starosti blok SIMULATOR, jenž obsahuje několik procesů. Jeden z procesů, který má na starosti kontrolu počtu měření, počet opakovaných rámců a změny PDS jednotlivých zastávek je na obr. 8.

2006/57 – 12.12.2006

Obr.8 Schéma procesu v bloku SIMULATOR

3.5 MSC (Message Sequence Charts) Diagramy Jedním z velice efektivních nástrojů programovacího jazyka SDL jsou diagramy MSC, který umožňují přehledně graficky zobrazit časovou posloupnost událostí, které se v daném modelovaném systému vyskytují. Pomocí těchto diagramů, lze sledovat funkce stavových automatů, trasy signálů i činnost jednotlivých časovačů. Jednotlivými úrovněmi diagramu jsou bloky systémy, které mezi sebou komunikují prostřednictvím signálů. Za pomocí

2006/57 – 12.12.2006 nástroje SDL Simulátor lze navíc sledovat chod systému po krocích což je velice nezbytné pro pochopení činnosti a kontrolu správné funkce navrženého modelu. Na obr. 9 je zachycena situace (vyznačeno červenou barvou) ztráty rámce v důsledku výskytu vozidla v datovém stínu. Síťová vrstva na toto reaguje vypršením časovače a vysláním signálu cntDone-vrstva aplikační směrem k simulátoru. Ten nastavuje nový časovač a dává pokyn k začátku nového měření (signál tran).

Obr. 9 MSC diagram Trunked Radio Network (zakreslený stav ztráty rámce)

2006/57 – 12.12.2006

4. Využití simulačního modelu v reálné situaci Jak již bylo výše zmíněno, cílem simulačního modelu je na zvolené trase určit prahovou hodnotu ztrátovosti rámců, tak aby ještě nedošlo k výpadku služby. Pro účely simulace byla navržena testovací trasa, která je znázorněna na obr. 10. Vozidlo jenž je v pravidelných intervalech obvoláváno ze základnových stanic (VŠB, ÚAN) vyjíždí od studentských kolejí Poruba, projíždí přes Hlavní nádraží, ÚAN (Ústřední autobusové nádraží), Nádraží střed, Nádraží Vítkovice až ke Sport aréně. Na trase je přesně 20 zastávek.

Obr. 10 Navržená testovací trasa

4.1 Simulace a postup měření Pomocí programu PDS v 3.0 byly zjištěny jednotlivé ztrátovosti rámců (PDS) v okolí navrhnutých zastávek a tyto uloženy do textového souboru. Uložený textový soubor slouží jako zdrojový soubor pro simulátor hromadné rádiové sítě. Počet pokusů k navázání spojení byl nastaven na hodnotu 10 a počet opakovaných měření dle vzorce (2-3) na T=120/25=4,8=5.

4.2 Výstupní hodnoty ze SM Výstupem simulačního modelu je textový soubor, obsahující výpis komunikace na zvolené trase. Soubor obsahuje následující položky: Max.rep.frames = maximální počet opakovaných rámců, PDS = pravděpodobnost výskytu vozidla v datovém stínu, FSR = úspěšnost komunikace,SuccNumCnt = počet úspěšně sestavených spojení, UsedFr = počet použitých rámců k sestavení uvedeného počtu měření. Připoměňme si podmínky a postup vyhodnocení získaných výsledků: Simulační model provadí mezi dvěmy zastávkami vždy 5 pokusů o přenos rámce. Parametrem simulace je počet rámců, které vysílač může zopakovat při neúspěšném pokusu o přenos rámce na vozidlovou stanici. Máme-li např parametr Max.rep.frames = 3, vysílač má možnost při

2006/57 – 12.12.2006 každém z 5 pokusů 3x opakovat přenos, pokud je rámec ztracen. Rámec se považuje za ztracený, pokud vozidlová stanice nepotvrdí jeho přijetí. Lze tedy konstatovat, že služba bude mezi dvěmy zastávkami dostupná, pokud mezi nimi dojde alespoň jednou k přenosu rámce. Ze získaných výsledků byly sestrojeny grafy závislosti počtu úpěšných spojení na PDS na navržené trase. Graf 4-1 znázorňuje situaci, kdy není povoleno ztracený rámec opakovat ani jednou, při čemž jak již bylo řečeno, je mezi dvěmi zastávkamy provedeno 5 měření. Z grafu výplívá, že na navržené trase, jejíž ztrátovost rámců je v rozmezí <16%,40%> , neojde ani jednou k výpadku služby, jelikož počet úspěšných spojení neklesne po celou dobu měření pod hodnotu 1. Ve zvoleném rozmezí PDS tedy nelze určit prahovou hodnotu PDS pro výpadek služby. Byla tedy provedena druhá simulace, jenž pracovala s PDS v rozmezí <0%,100%>. Získané výsledky byli opět vyneseny do grafů. Graf 4-2 popisuje situaci, kdy je mezi dvěma zastávkami provedeno opět 5 měření, ale každý rámec lze již 3x opakovat. Prahovou hodnotu pro výpadek služby určíme jako hodnotu na x-ové ose, při které již počet úspěšných spojení klesne pod hodnotu jedna. Prahová hodnota pro výpadek služby v této situaci je tedy 65%. Pokud chceme zaručit, aby byla služba dostupná na celé trase vozidla, nesmí se vozidlo pohybovat v oblastech se ztrátovostí vyšší než 65%.

Graf 4-1 Závislost počtu úspěšných spojení na PDS (Max.rep frames=0 )

Graf 4-2 Závislost počtu úspěšných spojení na PDS (Max.rep frames=3 )

2006/57 – 12.12.2006 Je však potřeba také určit, s jakou pravděpodobností dojde výpadku služby při určené prahové hodnotě. Příklad výpočtu pravděpodobnosti P(SE)% pro PDSc = 55% (Max. rep.frames = 1):

. V tabulce 4-1 jsou zapsány prahové hodnoty PDSc určené pomocí simulačního modelu a hodnoty vypočtené pomocí matematického modelu uvedeného uvedeného v kapitole 2.2.

Tab.4-1 Prahové hodnoty pro výpadek služby jejich pravděpodobnosti Pokud bychom jako výchozí stanovili hodnoty vypočtené pomocí simulačního modelu, hodnota dostupnosti pro jednotlivé zastávky i pro celou trasu bude nabývat v celém rozsahu PDS hodnotu 1. Můžeme potom konstatovat, že komunikační služba bude dostupná na celé trase vozidla. Pokud budeme posuzovat dostupnost podle hodnot vypočtených pomocí matematického modelu zjistíme, že kritické hodnoty PDSc nabývají ve dvou případech (počet opak.rámců (0) a (1) ) hodnoty menší než je maximální hodnota PDS na zvolené trase. Proto funkce dostupnosti v těchto případech nabývá logické hodnoty 0. Z matematického modelu tedy vyplívá tabulka 4-2:

2006/57 – 12.12.2006

Počet opakovaných Důsledek rámců

Znázornění na trase

1

Služba se stává nedostupnou na celé trase vozidla, jelikož ani jedna zastávka na trase nedosahuje PDS < PDS c (10%),

2

Z trasy musíme vyloučit všechny zastávky, které mají PDS>PDSc (34,3%). Služba bude tedy dostupná na celé trase vozidla, pokud se z trasy vyloučí zastávky (nebo nahradí za okolní zastávky s PDS
3 a více

Služba je dostupná na celé trase vozidla. Tato hodnota může být zvolena za výchozí pro nastavení rádiové sítě při komunikaci na zvolené trase Studentské koleje - SPORT Aréna.

Tab. 4-2 Výsledky z matematického modelu

4.3 Porovnání simulačního a matematického modelu V grafu 4-3 jsou zobrazeny průběhy závislostí PDSc na počtu opakovaných rámců při jednom požadavku na přenos. Je zde vidět i rozdílný průběh obou závislostí do hodnoty 5 opakovaných rámců.

2006/57 – 12.12.2006

Graf 4-3 Závislost určení prahové hodnoty pro výpadek služby na počtu opakovaných rámců Simulační model není schopen určit prahovou hodnotu PDSc s pravděpodobností 99,999% jak je tomu vyžadováno. Hodnotu PDSc=50% (počet opak.rámců=0) určil s pravděpodobností 96,887% viz tabulka 4-1. Příčinou této menší pravděpodobnosti je skutečnost, že pro určení výsledných hodnot s 99,999% pravděpodobností by musel simulační model provést mezi dvěma zastávkami přesně 100 000 měření a z toho z 99 999 měření by musel označit službu v okolí měřené zastávky za dostupnou. Model, který vychází z reálné situace má k dispozici mezi dvěma zastávkami přesně (1+počet opak.rámců) x 5 měření. Teorii závislosti přesnosti určení PDS c na počtu měření model potvrzuje, neboť jak je vidět z grafu 4-3, při zvyšujícím se počtu opak. rámců se prahová hodnota PDSc přibližuje k hodnotě určené matematickým modelemi, který garantuje dostupnost služby s 99,999% pravděpodobností .

5. Zhodnocení simulace Za účelem definování prahové hodnoty ztrátovosti rámců v rádiové sítí byl vytvořen v jazyce SDL model, který simuluje průběh komunikace v trunkové rádiové sítí, mezi základnovou stanicí a vozidlem, pohybujícím se na zvolené trase. Simulační model vychází z naměřených hodnot v rádiové sítí Dopravního podniku Ostrava a.s. Z tohoto důvodu neni simulační model schopen určit prahovou hodnotu pro výpadek služby, tak přesně, jako je tomu u matematického modelu. Pro účely simulace principu komunikace je však postačující. Cenným výsledkem tohoto článku je graf 4-3, pomocí nehož můžeme určit prahovou hodnotu ztrátovosti rámců (při niž ještě služba zůstává dostupnou) v závislosti na počtu opakovaných rámců.

2006/57 – 12.12.2006 Článek byl zpracován za podpory výzkumného projektu GAČR reg.č. 102/04/P047.

6. Použité veličiny Zkratka PDS FLR FSR P(SE) P(SL) PDSst PDSc ast(PDSst) PDSn A(ast)

Význam Probability of Data Shadow pravděpodobnost datového stínu Frame Lost Ratio poměr počet ztracených rámců / počet vyslaných Frame Success Ratio 1-FLR Probability of Service- Execute pravděpodobnost uskutečnění služby Probability of Service- Lost pravděpodobnost výpadku služby PDS-station pravděpodobnost datového stínu v okolí zastávky PDS-critical hodnota PDS, při které již dojde k výpadku služby Availability funkce dostupnosti služby pro jednu zastávku PDS-number of station PDS na celé trase vozidla s n zastávkami Availability funkce dostupnosti služby na celé trase

Jednotka [%] [%] [%] [%] [%] [%] [%] [-] [%] [-]

7. Literatura [1] ŠAROCH, J. Kvalita služby v komunikacích. lanCOM 9,10,11/2001 [2] SNÁŠEL, J., KOMOSNÝ,D.: MPT 1327-Standart pro hromadné rádiové sítě [online] 2005 dostupné na: [3] DOLDI, L.: SDL Illustrated, Visually design Executable Models, IMSO, 2001, ISBN 2951660-0-6 [4] HERMAN, I.: Obecné principy rádiové sítě EPIS_FNET [online]. 2006 dostupné na: [5] ECHOTON a.s.: web společnosti Echoton a.s.[online], Ostrava. dostupné na: <www.echoton.cz>