СТАТЬИ АРБИР
 

  2018

  Декабрь   
  Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс
26 27 28 29 30 1 2
3 4 5 6 7 8 9
10 11 12 13 14 15 16
17 18 19 20 21 22 23
24 25 26 27 28 29 30
31 1 2 3 4 5 6
   

  
Логин:
Пароль:
Забыли свой пароль?


Разработка автоматизированной системы экологического контроля и управления (асэку


РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ (АСЭКУ)

Аннотация: Статья определяет стратегические пути создания автоматизированной системы экологического контроля и управления сооружений очистки выбросов промышленных предприятий.

Ключевые слова: наилучшие доступные технологии, система экологического контроля и управления, варианты решений, подсистема.

Abstract: The article defines the strategic way of creating an automated system of ecological monitoring and control of water treatment plants industrial emissions.

Keywords: the best available technology, a system of environmental monitoring and control options for making subsystem. Внедрение наилучших доступных технологий для модернизации существующих технологий очистки сточных вод от промышленных предприятий является одним из важнейших факторов обеспечения экологической безопасности региона.

Не менее важной глобальной задачей на сегодняшний день является создание автоматизированной системы экологического контроля и управления (АСЭКУ). Система предназначена для оперативного управления очистными сооружениями различных категорий сточных вод на основании поступающей информации, её смыслового анализа и выработки управленческих решений.

Необходимость создания такой системы обусловлена тем, что в настоящее время отсутствуют полностью или находятся на низком уровне системы управления [1], которые имеют следующие существенные недостатки:

отсутствие возможности сопоставлять варианты решений между собой с целью выбора наилучшего;

отсутствие возможности широкого и эффективного использования экспортных оценок и рекомендаций в процессе формирования вариантов решений;

эвристический путь выбора варианта управленческого решения в плане полного учета всего разнообразия характеристик объекта управления;

большие временные затраты на формирование вариантов решений;

отсутствие возможности прогнозировать последствия тех или иных решений с заданной степенью сходимости (заданной возможностью совпадения прогноза с реальным результатом);

отсутствие возможности оценивать степень оптимальности формируемых вариантов решений;

отсутствие возможности обоснованной оценки риска в реализации того или иного решения;

отсутствие методики оценки качества принимаемых решений. Предлагаемая АСЭКУ строится на основе 5 подсистем (рис. 1), связанных между собой по иерархическому принципу: подсистема сбора и анализа статистической информации; подсистемы сбора и анализа текущей информации; геоинформационная подсистема; подсистема прогнозирования и подсистема поддержки принятия решений. Технические средства подсистем объединяются в локальную вычислительную сеть.

Основная задача подсистемы статистической информации - собирать, накапливать и систематизировать экологическую информацию от источников образования и сбора сточных вод, поступающей от местных подразделений, водоканала, Роспотребнадзора, Росприроднадзора и других источников информации, привязывая ее по времени и географическим координатам, создавая пространственные и атрибутивные базы данных.

Подсистема сбора текущей информации предназначена для сбора данных о технологических параметрах работы очистных сооружений в режиме реального времени.

Основная задача геоинформационной подсистемы:

- объединять пространственные и атрибутивные базы данных; синтезировать видовые тематические карты, отражающие экологическую ситуацию для определенного интервала времени; проводить ситуационный анализ; моделировать и прогнозировать развития экологической ситуации в населенном пункте, регионе и т.д.

Основная задача подсистемы прогнозирования и поддержки принятия решений - генерация вариантов решений и рекомендаций, используя результаты работы предыдущих подсистем. После того, как будут выработаны соответствующие управляющие воздействия, контур информационной обратной связи можно считать замкнутым, а главную задачу АСЭКУ выполненной.

Литература

Васильев А.Л. Концепция создания информационных систем управления производством питьевой воды [Текст] / А.Л. Васильев // Известия вузов. Строительство. - 2005. - № 9. - С. 68-72.

References:

1. Vasiliev A.L. Concept of creating information systems of production management of drinking water [Text] / A.L. Vasiliev // Proceedings of the universities. Building. - 2005. - № 9. - S. 68-72.

Айтжанова Н. Т., магистрант, Кокшетауский университет имени Абая Мырзахметова;

Иманкул М.Н., к.т.н., доцент, Евразийский национальный университет имени Л.Н. Гумилева, г. Астана, Республика Казахстан

НЕКОТОРЫЕ СИГНАЛЬНО-КОДОВЫЕ КОНСТРУКЦИИ ДЛЯ УВЕЛИЧЕНИЯ СПЕКТРАЛЬНОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ СЕТЕЙ 5G

Аннотация: Исследованы технологические аспекты эволюции сетей 5G, основанных на новых видах сигнально-кодовых конструкций и позволяющих повысить спектральную эффективность по сравнению с сетями 4G.

Ключевые слова: OFDM, Fast-OFDM, N-OFDM, неортогональные сигналы.

Постановка проблемы. В данный момент ведутся работы по установлению будущего облика мобильных сетей 5G. Основные задачи стандарта 5G: расширение спектра используемых частот; увеличение емкости сетей; повышение эффективности сетевой инфраструктуры, построенной на базе применения облачных технологий. Одним из условий будущей эволюции сети 5G будет увеличение спектральной эффективности (СЭ) передаваемых сигналов путем использования новых сигнально-кодовых конструкций (СКК). Следует выявить основные конкурентные альтернативные подходы для повышения СЭ сети 5G.

Анализ последних исследований и публикаций. Анализ последних публикаций показывает, что резервы для совершенствования метода OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) модуляции с целью повышения СЭ практически исчерпаны [1]. Необходимо определить альтернативные подходы, использующие неортогональные по частоте сигналы, которые позволят увеличить спектральную эффективность сети 5G.

Выделение нерешенных ранее частей общей проблемы. Сегодня исследуются различные методы множественного доступа для 5G, которые не систематизированы, а в некоторых случаях дублируют друг друга, имея разные названия. Также не в полном объеме выявлены специфические особенности новых ССК, приемлемых для сетей 5G.

Цель статьи. Рассмотрение некоторых возможностей повышения СЭ системы 5G за счет использования новых ССК.

Изложение основного материала. Cовременные тренды развития систем связи определяются мобильностью абонента, широкополосностью, мультисервисностью, масштабируемостью, доступностью инфокоммуникационных услуг, образующих концепцию сетей FGN (Future Generation Network). Tренды развития мобильной связи показывают, что емкость каналов увеличивается в 10100 раз каждые 5 лет.

Улучшенные целевые показатели проекта системы 5G будут поддерживать три порядка снижения мощности на км2 (Ultra Capacity x1000 (Capadty/km2)), скорость передачи данных в сто раз выше (Ultra High Rate x100 (10Gbps)), задержку менее 1 мс по всей линии радиодоступа (Ultra Low Latency 1ms), в сто раз больше подключений (Massive Connectivity x100) и на три порядка снижение энергопотребления (Ultra Low Energy Consumption x1000), чем нынешнее поколение беспроводной сети [2, 3].

Исходя из требований, две основные проблемы должны решаться при проектировании системы 5G: система 5G должна быть способна к гибкому использованию всех имеющихся спектров; система 5G должна быть адаптирована к обеспечению эффективной поддержки широкого набора характеристик, массивной связи и мощности. Гибкая конструкция сети необходима для улучшения спектральной эффективности, увеличения числа подключений к сети и уменьшения задержки.

По предварительным прогнозам развёртывание сетей 5G будет произведено в диапазонах 791-862 МГц, 2,52,69 ГГц или в 5 ГГц-диапазоне. Растущий рост трафика требует увеличенного расширения спектра, который будет использован в системах 5G. Высокочастотные диапазоны в сантиметровых волнах (cmWave) и миллиметровом (mmWave) диапазоне волн будут приняты из-за их потенциала для поддержки более широких полос каналов и, как следствие, возможность обеспечения высоких скоростей передачи данных [3]. Преимущество более высоких частот в том, что операторы могут расширять задействованный спектр, следовательно, увеличивать пропускную способность. К недостаткам можно отнести сужение зоны покрытия для каждой базовой станции. В стандарте 5G возможны множественные подключения, в том числе и путем ретрансляции с устройства на устройство (прямой доступ абонентских устройств D2D (device-to-device)), то есть «мультиэтапная» маршрутизация (multihop), ведущая к расширению покрытия.

Оценка эффективности систем при помощи энергетического выигрыша кодирования не учитывает частотной эффективности систем связи. Использование многопозиционной модуляции позволяет повысить скорость передачи по сравнению с двоичной модуляцией, но не позволяет приблизиться к пропускной способности ни по частотной, ни по энергетической эффективности. Для достижения пропускной способности следует передавать информацию многомерными сигналами, где размерность сигнала N ^ ж. При этом ансамбль М сигналов строится таким образом, что все сигналы являются точками в N-мерном пространстве Евклида. Вопросы оптимальной упаковки в пространстве Евклида размерности N решаются при помощи СКК. СКК фактически является каскадным или обобщенным каскадным кодом, где в качестве внутреннего кода используется простой ансамбль двумерных сигналов, а в качестве внешнего - корректирующий код [4]. Возможно использование как сверточных, так и блоковых корректирующих кодов.

Построение СКК в частотной области практически не увеличивает задержки. СКК, основанная на параллельных каналах, является модуляцией OFDM. Обобщение OFDM на множество абонентов - OFDMA (OFDM Access) - имеет недостаток, состоящий в высоком соотношении пиковой и средней мощности сигнала PAPR (Peak to Average Power Ratio). OFDM использует большое количество близко расположенных ортогональных поднесущих. Каждая поднесущая модулируется по обычной схеме модуляции (например, QAM (Quadrature Amplitude Modulation)) на низкой символьной скорости. Основным преимуществом OFDM по сравнению со схемой с одной несущей является её способность противостоять сложным условиям в канале. В OFDMA, используемом в LTE (Long Term Evolution), невозможно достичь максимальных пользовательских скоростей передачи данных при одновременном обслуживании нескольких абонентов. Кроме того, назначение ортогонального ресурса требует строгой синхронизации, что вызывает дополнительные задержки в радиоинтерфейсе, которые неприемлемы в ситуации многочисленных соединений в реальном масштабе времени.

По мнению компании Huawei основные технологические компоненты сети 5G включают в себя: новую технологию сигнала F-OFDM (Filtered- OFDM); новые технологии множественного доступа SCMA (разреженный код многократного подключения); новый код (Polar Code); полнодуплексный режим (Full Duplex); массивную MIMO (multiple-input multiple-output)-технологию [3].

Новые СКК 5G будут иметь следующие преимущества: большую емкость сети; лучшее подавление помех; меньшие задержки для М2М (МасЫпе^о-МасЫпе) приложений. Следует отметить, что иcпoльзoвaниe мoбильныx M2M-ycтpoйcтв в глoбaльнoм мacштaбe нaтaлкивaeтcя га нeвoзмoжнocть oбecпeчить cтaбильнyю cвязь cилaми oднoгo oraparopa ra^a paзpoзнeннocти гeoгpaфии пpиcyтcтвия.

Filtered-OFDM служит одним из элементов базовой технологии сигналов, поддерживающих одновременно различные формы сигналов, схемы множественного доступа и структуры фреймов, основанные на сценариях приложений и требованиях обслуживания. Это может облегчить совместное существование различных сигналов с разными параметрами OFDM, как показано на рисунке 1 [3]. На этом рисунке три фильтра поддиапазонов используются для создания OFDM групп поднесущих с разными интервалами между поднесущими и длительностями OFDM-символов, а также защитным временным интервалом. При помощи многопараметровой конфигурации F-OFDM могут обеспечить более оптимальный выбор параметров для каждой группы обслуживания и, следовательно, большую общую эффективность системы.

Новый дизайн интерфейса сети может эффективно улучшить спектральную эффективность, увеличить число подключений, снизить задержки. Таким образом, облегчается работа сервисов нового поколения (например, приложения виртуальной и дополненной реальности, потоковая трансляция видео в HD-качестве), требующих высокой пропускной способности технологии беспроводной сети 5G.

Интервал поднесущих 1

длительность Of ОМ-символа I защитный временной интервал 1

Интервал поднесущих 2

длительность Of ОМ-симеола 2 защитный временной интервал 2

Рис. 1. F-OFDM позволяет создавать волны с гибкими параметрами

Компания Huawei предлагает применение для 5G сигналов SCMA (Sparse Code Multiple Access). SCMA - очередная конфигурация сигнала нового гибкого радиоинтерфейса. Этот неортогональный сигнал облегчает новую схему множественного доступа, в котором разреженные кодовые слова из нескольких слоев устройств перекрываются в коде и переносятся через общие частотно-временные ресурсы. В SCMA кодированные биты непосредственно накладываются на многомерные разреженные кодовые слова, выбранные SCMA из кодовых книг в зависимости от типа слоя [3]. Пример мультиплексирования устройства с кодовой книгой низкой проекции и результирующим отображением сети показано на рисунке 2 [3].

Low-PAPR кодовая книга размерности 4

«мумюин(Мк»»

ЮИ1

Рис. 2. SCMA мультиплексирование и низкопроекционная кодовая книга

FEC (Forward Error Correction) является помехоустойчивым кодированием, которое автоматически исправляет или обнаруживает ошибки за счет введения избыточных символов в передаваемый сигнал, т.е. без применения обратного канала. Чем больше избыточность, тем выше корректирующая способность кода. Использование FEC-кодов целесообразно в тех случаях, когда обеспечивается выигрыш в отношении сигнал/шум. В примере (рисунок 2) закодированные биты устройства сначала накладываются в кодовое слово из кодовой книги. Использовано кодовое слово длиной 4. Техника «слепого» приема со множества устройств может быть применена для одновременного обнаружения активности устройства и информации, передаваемой им. С такой возможностью слепого обнаружения поддерживается множественный доступ без разрешения. Это привлекательное решение для передачи малых пакетов данных. SCMA позволяет данный тип передачи. Благодаря таким преимуществам SCMA поддерживает большое количество соединений, обеспечивает уменьшенное время задержки и позволяет экономить энергию.

В SCMA входящие биты непосредственно отображаются на многомерных комплексных кодовых словах, выбранных из предопределенных наборов кодовой книги. SCMA хорошо согласован с пользовательским мультиплексированием. Можно распределять код-области слоев для разных пользователей без необходимости знания CSI (Channel state information) парных пользователей. Многопользовательский MU (Multi User)-SCMA имеет возможность усовершенствования пропускной способности сети [5]. Разреженность кодовых слов делает почти оптимальным обнаружение через итерационный алгоритм передачи сообщений MPA (Message Passing Algorithm).

Суть N-OFDM (Non-Orthogonal Frequency Division Multiplexing) состоит в произвольной расстановке поднесущих относительно амплитудно-частотных характеристик частотных фильтров. При этом в один частотный фильтр может попадать несколько поднесущих. Такой вариант уплотнения сигналов позволяет использовать частотное позиционирование в качестве ключа для дополнительной защиты информации.

NOMA (Non-ortogonal multiple access) основан на развитии алгоритмов эффективной компенсации внутрисистемных помех, дающих возможность использовать неортогональные методы множественного доступа. Возникающие при этом внутрисистемные помехи могут быть скомпенсированы за счет мультиплексирования абонентских каналов при учете различий потерь на трассе распространения каждого пользователя.

Fast-OFDM (FOFDM) базируется на принципе OFDM и отличается использованием частотного разнесения поднесущих в 2 раза меньшего, чем в случае OFDM. В основе метода Fast-OFDM лежит тот факт, что действительная часть коэффициента корреляции двух комплексных поднесущих равна нулю, если разнос по частоте между поднесущими кратен целому числу 1/2T. При этом существенно, что, несмотря на двукратное уплотнение по частоте, сигналы по-прежнему остаются ортогональными друг другу [6].

Компания Samsung и проект METIS (Mobile and wireless communications Enablers for the Twenty-twenty Information Society), координируемый компанией Ericsson, предлагает применение для 5G FBMC (Filter Bank Multicarrier) - гребенчато-фильтруемый многочастотный сигнал на базе модуляции FQAM (Hibrid Modulation of FSK (Frequency Shift Keying) и QAM). В рамках проекта METIS предложены конкурентные альтернативные сигнальнокодовые конструкции для сетей 5G, а именно: CP-OFDM (Cyclic Prefix OFDM) - сигнал с циклическим префиксом; UF-OFDM (Universal Filtered OFDM) - универсальный сигнал OFDM с фильтрацией внеполосных излучений; Filter Bank Multicarrier - гребенчатый фильтрованный многочастотный сигнал.

Cпектральную эффективность можно рассматривать как объём передаваемых данных через единицу радиочастотного спектра. Эффективные алгоритмы сжатия данных требуют повышения производительности клиентских устройств, а виртуализация позволит использовать один и тот же частотный диапазон одновременно несколькими операторами с системой приоритетов [7]. Здесь уместно понятие спектрального менеджера (что-то вроде DNS (Domain Name Service)), роль которого состоит в динамическом перераспределении диапазонов и направлении каждого клиента по правильному «адресу». Подобное решение потребует создания нового оборудования и принципиального изменения подходов к регулированию [2, 3].

Отметим, что когда пользователь вводит адрес веб-страницы, система DNS проверяет соответствие этого имени с IP-адресом для этого сайта, после чего перенаправляет пользователя на соответствующий сайт. Необходимыимеханизмы, сходныес CDN (Content Delivery/Distribution Network). CDN - сеть доставки/дистрибуции контента - географически распределённая сетевая инфраструктура, позволяющая оптимизировать доставку и дистрибуцию контента конечным пользователям в сети Интернет. Технология CDN способна предотвратить задержки при передаче данных, возможные прерывания связи и потери на перегруженных каналах и стыках между ними.

Специфическим свойством 5G будет когнитивность, подразумевающая способность радиосистемы решать следующие задачи: оценка шумовой температуры радиосреды; обнаружение неиспользуемых (свободных) в данный момент времени спектральных диапазонов (спектральных дыр); анализ параметров радиоканала; оценка канальной информации; предсказания состояния радиоканала; контроль излучаемой мощности и динамическое управление спектром.

Выводы и предложения. Повышение спектральной эффективности технологии позволит на порядок увеличить скорости передачи данных в сети. Спектральная эффективность сетей 5G за счет использования нового вида модуляции будет в несколько раз превышать достижимую в сетях 4G. В основе концепции сети 5G будет более эффективное комплексное использование нескольких методов множественного доступа, среди которых значительное место отводится неортогональным методам. Эти методы имеют потенциал для устранения недостатков, присущих ортогональным методам множественного доступа в сетях 4G, за счет разных схем выделения нескольким пользователям одного и того же ресурса (неортогональное распределение ресурса как во временном TDD (Time Division Duplex), так и в частотном FDD (Frequency Division Duplex) доменах). 91

В частности, SCMA относится к новой технике неортогонального множественного доступа, который может улучшить эффективность использования спектра беспроводной сети радиодоступа. Когнитивность позволит накапливать сведения об окружающей среде, проводить интеллектуальный анализ информации о ее состоянии и при изменении радиосреды вырабатывать различные стратегии, адаптивно изменять параметры инфотелекоммуникационного оборудования, чтобы обеспечить эффективное функционирование системы мобильной связи.

Унифицированный беспроводный интерфейс позволит реализовать, например, подключения по MU-MIMO множества пользователей для достижения невозможных до этого уровней эффективности и покрытия при использовании более высоких диапазонов спектра. В перспективе система беспроводной связи 5G - повсеместно развертываемая конвергированная технология, обеспечивающая предоставление мобильных услуг и приложений со скоростью передачи данных, превышающей 1 Тбит/с. Перед многозадачной технологией 5G будет стоять задача по управлению перманентно растущим множеством разнородных сетевых устройств, связывающихся друг с другом, с человеком или роботом, что позволит удовлетворять динамические пользовательские запросы высокого уровня. Сети 5G не могут быть использованы для самостоятельной операторской деятельности, а будут комплементарны сетям 3G и 4G. Перспективы развития технологий нового поколения 5G связаны с увеличением скорости передачи за счет использования дополнительных ресурсов радиочастотного спектра. Новые решения в 5G будут совместимы с уже существующими стандартами мобильной связи.

Литература

www.tssonline.ru/articles2/fix-op/neortogonalnoe-chastotnoe-multipleksirovanie-n-ofdm-signalov-chast-1

www.iksmedia.ru/news/5145771-Huawei-sozdaet-centr-innovacij.html

5G: New Air Interface and Radio Access Virtualization // Huawei White Paper, April 2015.

3GPP2 S.R0134-0 v1.0. Evolution of Ultra Mobile Broadband - System Requirements Document. 02.2009.

Hosein Nikopour, Eric Yi, Aliresa Bayesteh, Kelvin Au, Mark Hawryluck, Hadi Baligh, and Jianglei Ma. SCMA for Dowlink Multiple Access of Wireless Networks. {hosein.nikopour, zhihang.yi, aliresa.bayesteh, kelvin.au, mark. hawryluck, hadi.baligh, jianglei.ma}[AT]huawei.com

rspectr.com/article/intervyu/valerii-tikhvinskii/

ru.intel.com/business/community/?automodule=blog&blogid=60299&showentry=5314

УДК 303.733.32 ББК 33.81


Айнетдинов Р.М., к.т.н., ООО «ТЭКО», г. Нижний Новгород; Васильев А.Л., д.т.н., доцент, заведующий кафедрой водоснабжения и водоотведения, Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет; Мухина Е.В., ООО «Проф-АР», г. Нижний Новгород





МОЙ АРБИТР. ПОДАЧА ДОКУМЕНТОВ В АРБИТРАЖНЫЕ СУДЫ
КАРТОТЕКА АРБИТРАЖНЫХ ДЕЛ
БАНК РЕШЕНИЙ АРБИТРАЖНЫХ СУДОВ
КАЛЕНДАРЬ СУДЕБНЫХ ЗАСЕДАНИЙ

ПОИСК ПО САЙТУ