Волков И.Ю. гр. 218
В данной статье будет проведен краткий обзор программного обеспечения предназначенного для планирования и расчета различных радиосетей. Упор сделан на обзор бесплатный и условно-бесплатных (с достаточным для работы бесплатным функционалом) продуктов. Кроме того, в обзор попали четыре платных продукта. Каждый из них либо является в чем-то уникальным, либо наиболее востребован для построения сетей определенного типа по всему миру.
Продукты, рассмотренные в обзоре:
· Бесплатные:
o RadioWORKS;
o CRC-COVWEB;
o Radio Mobile;
· Условно-бесплатные:
o WiMAP-4G;
o Xirio;
· Коммерческие:
o Radio Planner (единственный Отечественный продукт в обзоре);
o AWE ProMan (использование собственных моделей и возможность покупать только необходимые функции, а не все ПО сразу, что должно положительно сказаться на стоимости);
o Ekahau Site Survey (самое популярный комплекс решений по планированию и последующему анализу сетей WiFi);
o Atoll (одно из самых популярных в мире решений для построения сотовых систем связи).
В следующей части обзора некоторые из указанных продуктов будут рассмотрены на практике.
Онлайн сервис для планирования развертывания WLAN сетей внутри помещений на основе WiFi оборудования от компании D-Link. Wi-Fi Planner PRO позволяет легко рассчитать зону радиопокрытия для точки доступа WiFi и произвести комплексную визуализацию покрытия беспроводной сети перед ее фактическим развертыванием.
Сервис является бесплатным, для использования следует зарегистрироваться. Для регистрации требуется почта с не публичным доменом - различные @mail.ru @yandex.ru @google.com и др. не подходят, но подходит любая одноразовая почта.
Планировщик беспроводных сетей Wi-Fi Planner PRO обеспечивает комплексную визуализацию покрытия беспроводной сети перед ее фактическим развертыванием и позволяет генерировать отчеты в виде файла в двух форматах: PDF и Word. Данный файл содержит следующие основные параметры:
· Список точек доступа;
· Подробная информация о точках доступа;
· Карта размещения точек доступа;
· Двухмерная цветовая карта, отображающая радиус действия беспроводной сети.
RadioWORKS – это ПО для вычисления различных параметров, связанных как с распространением радиоволн, так и с самими радиоволнами.
Автоматический расчет таких параметров радиоволны (на основе ее частоты):
· длина волны в свободном пространстве;
· надлежащие длины антенн для общего отношения длины волны к размеру антенны;
· классификация полосы;
· поддерживаемые методы расчета РРВ;
· общие конфигурации передатчика и т.д.
Построение 3D и 2D карт радиопокрытия на основе координат и высоты передатчика, приемника, корректировки влияния искривления волны у поверхности земли и расчета зоны Френеля.
Методы расчета:
· Распространение в свободном пространстве;
· ITU Terra;
· Различные модели Хата (urban, Suburban, Open Area, COST 231 Extended);
· Эмпирическая модель COST-231Уолфиша-Икегами;
· n-LoS;
· LoS.
Присутствует возможность пересчета необходимой мощности передатчика при изменении размера необходимой зоны радиопокрытия. Все расчеты потерь и мощностей могут быть представлены в виде графический зависимостей.
Кроме того, указаны (с объяснениями) все используемые приложением математические формулы.
Является абсолютно бесплатной.
Онлайн калькулятор зоны радиопокрытия по методу Longley Rice с привязкой к Гугл-картам. Учитывает только рельеф местности.
Параметры для расчета:
· Параметры передатчика:
o Высота над уровнем земли;
o Частота;
o Мощность;
o Поляризация;
o КУ антенны;
o ДН антенны;
· Азимут антенны;
· Параметры области:
o Отражающая способность поверхности;
o Диэлектрическая постоянная поверхности;
o Проводимость поверхности;
o Климатическая зона;
o Вероятность доступности по времени, положению и уверенности приема;
· Параметры приемника:
o Высота над уровнем земли.
Radio Mobile - универсальная программа компьютерного моделирования распространения радиоволн и зон уверенного приема для различных беспроводных сетей. Она может использоваться для расчета зон охвата базовой станции, ретранслятора или других радиосетей.
При расчетах учитываются высота окружающей местности и различные параметры радиосистем. Например:
· Местоположение передатчика;
· Выходная мощность передатчика;
· Чувствительность приемника;
· Частота;
· Тип антенны;
· Диаграмма направленности антенны;
· Коэффициент усиления антенны;
· Затухание в линии, включая фильтры и многоканальные разветвители;
· Данные о местности и высотах.
Программа использует данные высот местности из баз данных SRTM или DTED, которые свободно доступны в Интернете. Имеются также и другие форматы данных по высотам, но чаще всего используются выше указанные базы данных.
Она создает цветную схему зоны охвата одной или нескольких базовых станций с показом предполагаемых уровней принимаемых сигналов. Уровни сигналов отображаются с использованием следующих единиц измерения, определяемых пользователем:
· S-units;
· μV;
· dBm;
· µV/m.
Контур зоны охвата может отображаться с использованием критериев «прошел/не прошел» (выше/ниже уровня сигнала, определенного пользователем). Зона охвата может также отображаться с использованием многоцветного стиля оформления с показом уровней сигналов в различном цвете.
Продукт так же может объединять карту изображения зоны охвата с дорожной или любой другой географической картой. Созданная схема может использоваться для быстрого определения возможности коммуникаций с конкретного местоположения.
Является абсолютно бесплатной и весьма популярной в Российском сегменте интернета. Присутствует перевод программы на русский язык, руководство пользователя на русском языке и т.п.
WiMAP-4G является программным обеспечением, разработанным для планирования сетей беспроводного широкополосного доступа, например, на основе стандарта WiMAX или WLAN. WiMAP-4G поддерживает широкий спектр приложений: от общего обзора до подробного анализа зоны радиопокрытия.
При расчете учитывается как прямая видимость, так и многолучевое распространение (различные отражения и радиотени). Программой поддерживаются различные типы координат и топографических карт (например, SRTM), так же существует возможность задания карты в ручную (по X-Y-Z координатам), в том числе возможность ручного построения зданий и лесных массивов на карте.
Методы расчета:
· Распространение в свободном пространстве;
· COST-231Уолфиш-Икегами;
· Erceg (A,B,C) (специализированная модель РРВ для WiMAX);
· CORLA (Cube Oriented Ray Launching Algorithm).
Существует две версии программы бесплатная Community и платная Professional (цена - 3000 евро). Различия этих версий представлены в таблице 1:
Таблица 1. Отличия различных версий WiMAP-4G
|
Community |
Professional |
|
Только базовые модели распространения |
Дополнительные возможности импорта/экспорта |
|
Комфортабельное создание и управление проектами |
Дополнительные высококачественные модели распространения |
|
Базовые типы антенн |
Обширная БД антенн |
|
Базовые способы визуализации |
HD визуализация |
|
Максимум 12 передатчиков и 50 точек просчета в одном проекте |
Неограниченное количество передатчиков и точек просчета |
Для получения бесплатной версии необходимо запросить файл лицензии на свой e-mail при установке программы. Почты доменов .ru работают некорректно.
Условно-бесплатный онлайн сервис с большим функционалом и поддержкой различных стандартов связи и моделей РРВ.
Поддерживаемые типы систем связи:
· Радионаправления;
· Радиосети;
· Сотовые сети;
· Транспортные сети;
· Широковещательные сети.
Поддерживаемые стандарты:
· Авианавигация:
o ILS;
o VOR;
· Широковещательное радио:
o FM;
o DAB-T;
o IBOC;
· Мобильные сервисы:
o POCSAG
o DCS-1800
o GSM-900
o TACS-900
o Аналоговая транкинговая сеть;
o Цифровая транкинговая сеть;
o UMTS;
o CDMA-2000;
o HSDPA;
o HSUPA;
o GSM-R;
o LTE – TDD;
o LTE – FDD;
o LTE-A – TDD;
o LTE-A – FDD;
· Широковещательное ТВ:
o PAL/SECAM;
o NTCS;
o DVB-T;
o DVB-T2;
o ATSC;
o DVB-H;
o SBTVD;
o DTMB;
o ISDB;
· Широкополосные сети доступа:
o Стационарный WiMAX 3,5 5,6 и 5,8 ГГц
o WIMAX mobile;
o WIFI;
o WIMAX (основной);
o WLL;
o DECT;
· Различные стационарные системы связи.
У большинства стандартов существует поддержка нескольких различных спецификаций.
Для каждого стандарта сервис предлагает различные модели расчета РРВ, например для GSM-900:
· ITU-R P. 526-11;
· Модель Дейгота;
· LoS;
· Модель Окамура-Хата;
· Модель Бертони;
· COST 231;
· ITU-R P. 1411;
· Модулированная модель Окамура-Хата;
· Stanford University Interim.
Существует возможность подробной настройки передатчиков (мощность, потери в тракте и др), антенн (поляризация, ДН, высота над уровнем крыши/моря и др.), приемников (поляризация, высота, чувствительность, вносимые шумы и др.). Для каждого стандарта заданы некоторые типовые параметры передатчиков и приемников. Существует поддержка учета влияния строений.
Кроме того, доступна возможность статистического анализа полученной зоны радиопокрытия с точки зрения теории массового обслуживания и сточки зрения энергетики.
Сервис является условно-бесплатным, без оплаты доступен только расчет с разрешающей способность 400 м, что не позволяет использовать данный сервис в условиях города.
Цена расчета с большим разрешением не постоянна и зависит от различных факторов:
· Требуемое разрешение;
· Используемые карты;
· Размер зоны просчета.
Например, 156144 пикселя с разрешением 100 м/пиксель и использованием только обычной SRTM-карты обойдется в 25 евро.
Программа RadioPlanner предназначена для расчета и оптимизации зон радиопокрытия при проектировании сетей подвижной связи, наземных систем радио- и телевизионного вещания в диапазоне частот от 30 МГц до 3000 МГц.
Методы расчета:
· Расчет зон радиопокрытия с применением ГИС – ориентированной модели распространения радиоволн в соответствии с рекомендацией МСЭ-R P.1812-3 (09/2013) “Метод прогнозирования распространения сигнала на конкретной трассе для наземных служб "из пункта в зону" в диапазонах УВЧ и ОВЧ” (A path-specific propagation prediction method for point-to-area terrestrial services in the VHF and UHF bands);
· ГОСТ-Р 55897-2013 «Сети подвижной радиосвязи».
Функциональные особенности:
· использование цифровой модели высот (ЦМВ) Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) с разрешением 3”;
· использование цифровой модели препятствий (наземный покров – городская застройка, пригород, лес, водная поверхность) с разрешением 1”, созданной на основе проектов OpenStreetMap (www.openstreetmap.org) и Global Forest Change (www.earthenginepartners.appspot.com);
· использование в качестве картографической подложки автоматически подгружаемых карт с тайлового сервера (tile server) – как сервера пользователя, так и с распространенных тайловых серверов - OpenStreetMap, Google, Bing и других.
Коммерческое ПО. Цена лицензии: 60 000 руб. Существует демо-версия.
В демонстрационной версии программы отсутствует возможность изменения координат базовых станций. Во всем остальном функциональность программы полностью сохранена. Базы данных в необходимом для работы с демо-версией объеме включены в дистрибутив.
Для получения демо-версии программы требуется отправить заявку на сайте разработчика, указав ФИО, должность, название и профиль организации. Отписался разработчику с просьбой выслать демо для учебных целей, но так ее и не получил.
ПО ProMan предназначено для расчета зон радиопокрытия и их визуализации. Поддерживает стандарты: 2G/2.5G, 3G/HSDPA/LTE, WLAN, WiMAX, TETRA. Поддерживаются как сети мобильной, так и стационарной связи, а так же существует широкие возможности по построению сотовых сетей связи. А так же, поддерживается расчет широковещательных сетей как наземного, так и спутникового базирования.
Кроме того, возможно создание собственных моделей сети на основе различных методов мультиплексирования:
· Code Division Multiple Access (CDMA);
· Frequency Division Multiple Access (FDMA) for Broadcast;
· Frequency Division Multiple Access (FDMA) in Downlink and Uplink;
· Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA) for Broadcast;
· Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA) in Downlink and Uplink;
· Time Division Multiple Access (TDMA);
· Ultra Wide Band Networks (UWB).
Для моделирования области покрытия доступны разные типы территорий, от плотной городской застройки (учитывается влияние строений) до лесного массива (учитывается влияние деревьев).
Отличительной особенность системы является то, что она может проводить анализ созданной модели сети связи с точки зрения теории массового обслуживания и моделировать различные ситуации (например, ЧНН) исходя из плотности населения в указанном районе, и процента (от общего населения) потенциальных пользователей.
В качестве исходных параметров для расчета использует:
· Тип сценария (город, внутри строения, туннель и т.п.) и параметры этого сценария (плотность населения, используемые материалы и т.п.);
· Точность и формат выходных расчетов;
· Используемый стандарт и параметры типовой мобильной станции этого стандарта;
· Тип передатчика, антенны и их параметры;
· Метод расчета РРВ (плотная застройка, пригород, внутри строения, туннель и т.п.).
Достаточно закрытое ПО, которое не раскрывает методику расчета и даже модель, на которой она основывается.
Коммерческое ПО. Конкретных расценок найти не удалось т.к. цена складывается из цены модулей: поддерживаемых стандартов и методов расчета. Отписался разработчику с просьбой предоставить демо-версию в учебных целях, ответа пока не последовало.
По заверению разработчиков, более 12 лет ESS поддерживает свою репутацию самого простого в использовании инструмента профессионалов для проектирования и обслуживания беспроводных сетей корпоративного класса. Наглядная визуализация различных параметров Wi-Fi сетей и простая генерация отчетов в ESS, делают процессы построения и обслуживания беспроводных сетей простыми.
Данное ПО позволяет производить планирование и последующий анализ Wi-Fi сетей различного назначения и емкости. В состав входит как сам планировщик, так и программа-анализатор для проведения радиоизмерений уже существующих сетей.
Ключевые особенности планировщика:
· Автоматическая и ручная расстановка AP;
· Построение карт зоны радиопокрытия 2D и 3D;
· Поддерживаемые стандарты 802.11ac, 802.11n, и 802.11abg;
· Поддержка нескольких строений и многоэтажности в рамках одного проекта;
· Поддержка большого количества различных материалов для стен и полов;
· Обширная база данных точек доступа и антенн различных производителей;
· Поддержка 2,4 ГГц и 5 ГГц полос;
· Автоматический выбор каналов;
· Автоматическая генерация отчетов;
· Возможность планирования сети исходя из минимально необходимого количества абонентов и минимальной скорости передачи;
· Автоматическая генерация отчетов.
Платная. Цена одной лицензии: $2,295.00. Есть возможность получить демо-версию со следующими ограничениями:
· Лицензия истекает через 14 дней с момента установки;
· В день доступно только 15 минут планирования сетей;
· В день доступно только 15 минут анализа сетей;
· Сохранение отключено.
Продукт с обширными функциональными возможностями. Считается одним из лучших решений для радиопланирования и оптимизации различных радиотехнологий. В настоящее время действует 6000 активных лицензий и 300 клиентов в 100 различных странах мира
Основные преимущества
Поддержка всех основных беспроводных технологий:
· GSM/GPRS/EDGE;
· UMTS/HSPA;
· LTE/LTE-Advanced;
· CDMA2000 1xRTT/EV-DO;
· TD-SCDMA;
· WiMAX;
· Wi-Fi.
Полностью 64 разрядная версия программы, что позволяет работать с большими проектами (десятки тысяч секторов) дополняется поддержкой распределённых вычислений. Все в целом позволяет объединить в кластер несколько серверов и производить вычисления используя до 64 ядер одновременно.
Наличие открытого интерфейса API. Для возможности интеграции с продуктами сторонних разработчиков с наиболее широкими возможностями по сравнению с конкурирующими решениями.
Использование ГИС собственной разработки, оптимизированной для целей радиопланирования. Решение увеличивает скорость загрузки и отображения карт. Позволяет импортировать векторные и растровые карты наиболее распространенных форматов (MapInfo, Arcgis, Google Earth, Online maps: Yandex, Google, OpenStreetMaps, 2Gis, Bing).
Поддержка 3GPP Multi-RAT проектов (технологии GSM/UMTS/LTE или CDMA/LTE в одном проекте) и симуляций Монте-Карло с перераспределением абонентов между технологиями GSM/UMTS/LTE.
Возможности по расчёту карт покрытия в масштабах целого города, региона, федерального округа или страны в рамках одного проекта.
Детерминированная модель распространения WinProp-UDP даже без калибровки дает не высокую погрешность Standard Deviation < 7 dB. Модель позволяет с высокой достоверностью планировать сети с «нуля» (green field).
Прайс-лист получить не удалось. Стоит так же отметить, что у данного производителя существует целая сеть тренировочных курсов и центров. Официальный представитель в России (Москва): AZymuth Ltd.
Рассматриваемые продукты не вошедшее в финальную версию обзора
TowerCoverage – платный онлайн сервис, с красивой анимацией «падения» программы расчета. Открытой информации мало, с помощью демо-аккаунта ничего конкретного разузнать не получилось поскольку постоянно выдавалась ошибка: «hhmmm... looks like a problem… Don't fret, this issue has been reported to our team and we will be working out the kinks ASAP.». По этой причине в обзор не попал.
CloudRF – платный онлайн сервис. Использует для расчетов тот же алгоритм что и SPLAT! и рассмотренный в обзоре CRC-COVWEB. Ввиду наличия прямых бесплатных аналогов в обзор не попал. Ранее, судя по комментариям на специализированных форумах, был бесплатным и популярным. Коммерциализация этого проекта привела к появлению сервиса CRC-COVWEB.
Простейший онлайн калькулятор для WN-оборудования установленного на подвесе. Рассчитывает: радиус покрытия секторальной антенны, наклон БС, зоны Френеля, запас энергетики канала.
Популярное решение для Linux-систем: SPLAT! По сути (из-за используемых технологий) является аналогом рассмотренной ранее Radio Mobile, только с чуть более подробной настройкой сети.
Также, большой список коммерческого ПО предназначенного для планирования различных радиосетей представлен на сайте Университета Британской Колумбии (The University of British Columbia).
Замечания:
Главным минусом всех продуктов работающих с топографическими картами (например, SRTM - Space Shuttle Radar Topography Mission) является отсутствие таковых карт с высоким разрешением для России. Максимальное разрешение карт SRTM для России составляет 100 м.
При получении ответа насчет демо-версии от разработчиков Radio Planner или ProMan информация о этих продуктах будет дополнена.
P.S. Описание моделей расчета потерь будет представлено в подробном обзоре приложения RadioMOBILE.