mirtrМир транспортаWorld of Transport and Transportation1992-3252Russian University of Transport (RUT)10.30932/1992-3252-2021-19-2-6mirtr-2105Research ArticleНАУКА И ТЕХНИКАSCIENCE AND ENGINEERINGРаботоспособность базовых станций в цифровых сетях радиосвязи железнодорожного транспортаPerformance of Base Stations in Railway Digital Radio Communication NetworksНемцовЮ. В.NemtsovYu. V.

аспирант кафедры менеджмента качества,

Москва

Ph.D. student at the Department of Quality Management,

Moscow

rut1408@mail.ruСерёгинИ. В.SeryoginI. V.

аспирант кафедры управления эксплуатационной работой и безопасностью на транспорте,

Москва

Ph.D. student at the Department of Operations Management and Transport Safety,

Moscow

uvs-97@mail.ruВольновП. И.VolnovP. I.

аспирант кафедры железнодорожных станций и транспортных узлов,

Москва

Ph.D. student at the Department of Railway Stations and Transport Hubs,

Moscow

volnovpetr1840@gmail.comРоссийский университет транспортаРоссияRussian University of TransportRussian Federation2021280420211924148Copyright © Немцов Ю.В., Серёгин И.В., Вольнов П.И., 20212021Немцов Ю.В., Серёгин И.В., Вольнов П.И.Nemtsov Y.V., Seryogin I.V., Volnov P.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://mirtr.elpub.ru/jour/article/view/2105

Базовая станция (БС) является оконечным устройством сети радиосвязи, а радиосвязь на железнодорожном транспорте играет важную роль в обеспечении безопасности перевозок пассажиров и грузов.

Предлагается методика расчёта работоспособности базовых станций в цифровых сетях радиосвязи железнодорожного транспорта с целью рассчитать вероятности нахождения БС в определённых состояниях.

Произведена декомпозиция БС и выделены такие функциональные элементы, как пучки каналов связи, радиочастотный тракт и центральный модуль, обеспечивающий обмен информацией с элементами данной и других БС. Детально исследован каждый элемент, что повысило точность предлагаемой методики. В соответствии с Марковской моделью БС представлена как система, в которой учтены все возможные состояния. Построены модели для БС с двумя и тремя пучками каналов. Параметры каждого функционального элемента модели могут быть получены с помощью наблюдения в течение определённого периода времени. Решение системы уравнений для каждой из приведённых в статье моделей позволит получить значения нахождения системы в определённом состоянии. Полученные характеристики можно использовать для расчёта надёжности всей сети радиосвязи, а в итоге для оценки качества обслуживания абонентов этой сети.

Сделаны выводы о возможностях применения полученных моделей при проектировании новых и расчёте показателей качества существующих сетей связи железнодорожного транспорта. Предложенные модели могут применяться не только для сетей радиосвязи железнодорожного транспорта, но и для сетей подвижной связи коммерческих операторов. 

Base station (BS) is a terminal device of a radio communication network, while railway radio communications play an important role in ensuring safety of passenger and cargo transportation.

A proposed method for calculating the performance of base stations in railway digital radio communication networks is intended to calculate for the BS the probabilities of being in certain state.

BS was decomposed and such functional elements as circuit groups and a radio frequency path were identified, as well as the central module ensuring the exchange of information with elements of this BS and with other BSs. A detailed study of each element has increased accuracy of the proposed method. Following the Markov model, BS is presented as a system in which all possible states are considered. Models for BS with two and three circuit groups have been constructed. The parameters of each functional element of the model can be obtained through observation over a certain period. The solution of the system of equations for each of the models presented in the article will allow obtaining the values of the system being in a certain state. The obtained characteristics can be used to calculate the reliability of the entire radio communication network, and then to assess quality of service provided to the users of this network.

Conclusions are made about the possibilities of using the obtained models when designing new railway communication networks and when calculating quality indices of existing ones. The proposed models can be applied not only to railway radio communication networks but also to mobile communication networks of commercial operators. 

цифровая сеть радиосвязителекоммуникационные системы железнодорожного транспортакачество обслуживания вызововбезопасность движения поездовdigital radio communication networkrailway telecommunication systemscall qualitytrain traffic safetyReferencesElbahhar Boukour, F., Heddebaut, M. Advanced Train Positioning/Communication System. Modern Railway Engineering, March 2018. DOI: 10.5772/intechopen.71768.Elbahhar-Boukour, F., Heddebaut, M. Advanced Train Positioning/Communication System. Modern Railway Engineering, March 2018. DOI: 10.5772/intechopen.71768.He, Ruisi; Ai, Bo; Wang, Gongpu; Guan, Ke; Zhong, Z.; Molisch, A.; Briso-Rodríguez, C.; Oestges, C. High-Speed Railway Communications: From GSM-R to LTE-R. IEEE Vehicular Technology Magazine, 2016, Vol. 11, pp. 49–58. DOI: 10.1109/MVT.2016.2564446.He, Ruisi; Ai, Bo; Wang, Gongpu; Guan, Ke; Zhong, Z.; Molisch, A.; Briso-Rodríguez, C.; Oestges, C. High-Speed Railway Communications: From GSM-R to LTE-R. IEEE Vehicular Technology Magazine, 2016, Vol. 11, pp. 49–58. DOI: 10.1109/MVT.2016.2564446.Sniady, A. Communication Technologies Support to Railway Infrastructure and Operations. Ph.D. Thesis/ Technical University of Denmark, 2015. DOI: 10.11581/DTU:00000010.Sniady, A. Communication Technologies Support to Railway Infrastructure and Operations. Ph.D. Thesis/ Technical University of Denmark, 2015. DOI: 10.11581/DTU:00000010.Xu, Shengfeng; Zhu, Gang; Ai, Bo; Zhong, Zhangdui. A Survey on High-Speed Railway Communications: ARadio Resource Management Perspective. Computer Communications, 2016, Vol. 86. DOI: 10.1016/j.comcom.2016.04.003.Xu, Shengfeng; Zhu, Gang; Ai, Bo; Zhong, Zhangdui. A Survey on High-Speed Railway Communications: A Radio Resource Management Perspective. Computer Communications, 2016, Vol. 86. DOI: 10.1016/j.comcom.2016.04.003.Report ITU-R M.2395–0 (11/2016). Introduction to railway communication systems. [Электронный ресурс]: https://www.itu.int/dms_pub/itu-r/opb/rep/R-REP-M.2395-2016-PDF-E.pdf. Доступ 12.01.2021.Report ITU-R M.2395-0 (11/2016). Introduction to railway communication systems. [Electronic resource]: https://www.itu.int/dms_pub/itu-r/opb/rep/R-REP-M.2395-2016-PDF-E.pdf. Last accessed 12.01.2021.Sniady, A., Soler, J. LTE for railways: Impact on performance of ETCS railway signaling. Vehicular Technology Magazine, IEEE, 2014, Vol. 9, Iss. 2, pp. 69–77. DOI: 10.1109/MVT.2014.2310572.Sniady, A., Soler, J. LTE for railways: Impact on performance of ETCS railway signaling. IEEE Vehicular Technology Magazine, 2014, Vol. 9, No. 2, pp. 69–77. DOI: 10.1109/MVT.2014.2310572.Сафонова И. Е., Казанский Н. А., Немцов Ю. В., Панькина К. Е. Применение технологии 5G на примере гетерогенной сети. // Автоматика, связь, информатика. – 2019. – № 10. – С. 18–21. DOI 10.34649/AT.2019.10.10.002.Safonova, I. E., Kazansky, N. A., Nemtsov, Yu. V., Pankina, K. E. Application of 5G technology using the example of a heterogeneous network [Primenenie tekhnologii 5G na primere geterogennoi seti]. Avtomatika, svyaz, informatika, 2019, Iss. 10, pp. 18–21. DOI: 10.34649/AT.2019.10.10.002.Роенков Д. Н., Шматченко В. В., Плеханов П. А. Системы радиосвязи высокоскоростного железнодорожного транспорта // Бюллетень результатов научных исследований. – 2017. – С. 57–68. [Электронный ресурс]: https://cyberleninka.ru/article/n/sistemy-radiosvyazi-vysokoskorostnogozheleznodorozhnogo-transporta/pdf. Доступ 12.01.2021.Roenkov, D. N., Shmatchenko, V. V., Plekhanov, P. A. Radio communication systems of high-speed railway transport [Sistemy radiosvyazi vysokoskorostnogo zheleznodorozhnogo transporta]. Buylleten rezultatov nauchnykh issledovanii, 2017, pp. 57−68. [Electronic resource]: https://cyberleninka.ru/article/n/sistemyradiosvyazi-vysokoskorostnogo-zheleznodorozhnogotransporta/pdf. Last accessed 12.01.2021.Шнепс-Шнеппе М. А., Куприяновский В. П. Мобильная сеть GSM-R – основа цифровой железной дороги // Современные информационные технологии и ИТ-образование. – 2016. – Т. 12. – № 1. – С. 222–231. [Электронный ресурс]: https://cyberleninka.ru/article/n/mobilnaya-set-gsm-rosnova-tsifrovoy-zheleznoy-dorogi/pdf. Доступ 12.01.2021.Shneps-Shneppe, M. A., Kupriyanovsky, V. P. Mobile network GSM-R – the basis of the digital railway [Mobilnaya set’ GSM-R – osnova tsifrovoi zheleznoi dorogi]. Sovremennie informatsionnie tekhnologii i IT-obrazovanie, 2016, Vol. 12, Iss. 1, pp. 222−231. [Electronic resource]: https://cyberleninka.ru/article/n/mobilnaya-set-gsm-r-osnovatsifrovoy-zheleznoy-dorogi/pdf. Last accessed 12.01.2021.Казанский Н. А., Немцов Ю. В. Модели расчёта живучести сетей мобильной связи в условиях чрезвычайных ситуаций на транспорте // Информатизация исвязь. – 2018. – № 2. – С. 17–20. [Электронный ресурс]: https://cyberleninka. ru/article/n/metodika-vychisleniya-zhivuchesti-setey-mobilnoysvyazi-na-transporte-pri-otkaze-bazovyh-stantsiy/pdf. Доступ 12.01.2021.Kazansky, N. A., Nemtsov, Yu. V. Models for calculating survivability of mobile communication networks in emergency situations in transport [Modeli rascheta zhivuchesti setei moilnoi svyazi v usloviyakh chrezvychainykh situatsii na transporte]. Informatizatsiya i svyaz’, 2018, Iss. 2, pp. 17−20. [Electronic resource]: https://cyberleninka.ru/ article/n/metodika-vychisleniya-zhivuchesti-setey-mobilnoysvyazi-na-transporte-pri-otkaze-bazovyh-stantsiy/pdf. Last accessed 12.01.2021.Дымарский Я. С., Крутякова Н. П., Яновский Г. Г. Управление сетями связи: принципы, протоколы, прикладные задачи. – М.: ИТЦ «Мобильные коммуникации», 2003. – 384 с. [Электронный ресурс]: https://elibrary.ru/item.asp?id=19580168. Доступ 12.01.2021.Dymarskiy, Ya. S., Krutyakova, N. P., Yanovsky, G. G. Management of communication networks: principles, protocols, applied tasks [Upravlenie setyami svyazi: printsipy, protokoly, prikladnie zadachi]. Moscow, ITC «Mobile communications», 2003, 384 p. [Electronic resource]: https://elibrary.ru/item.asp?id=19580168. Last accessed 12.01.2021.Слабнов В. Д. Численные методы: Учебник. – СПб.: Лань, 2020. – 392 с. [Электронный ресурс]: https://mirlib.ru/knigi/programming/463498 chislennye-metody 2020.html. Доступ 12.01.2021.Slabnov, V. D. Numerical methods: Textbook [Chislennie metody: Uchebnik]. St. Petersburg, Lan’ publ., 2020, 392 p. [Electronic resource]: https://mirlib.ru/knigi/programming/463498-chislennye-metody-2020.html. Last accessed 12.01.2021.Крылов В. В., Самохвалова С. С. Теория телетрафика и её приложения. – СПб.: БХВ-Петербург, 2005. – 288 с. [Электронный ресурс]: https://bookree.org/reader?file=596396.Krylov, V. V., Samokhvalova, S. S. Teletraffic theory and its applications [Teoriya teletrafika i ee prilozheniya]. St. Petersburg, BHV-Petersburg, 2005, 288 p. [Electronic resource]: https://bookree.org/reader?file=596396. Last accessed 12.01.2021.Irazábal González, J. Numerical modelling of railway ballast using the discrete element method. Thesis for: Master’s degree in Numerical Methods in Engineering, 2015. DOI: 10.13140/RG.2.2.20125.31200.Irazábal González, J. Numerical modelling of railway ballast using the discrete element method. Thesis for: Master’s degree in Numerical Methods in Engineering, 2015. DOI: 10.13140/RG.2.2.20125.31200.Ai, Bo; Cheng, Xiang; Kürner, T.; Zhong, Zhang-Dui; Guan, Ke; He, Ruisi; Xiong, Lei; Matolak, D.; Michelson, D. G.; Briso-Rodríguez, C. Challenges Toward Wireless Communications for High-Speed Railway. IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems, 2014, Vol. 15, No. 5, pp. 2143–2158. DOI: 10.1109/TITS.2014.2310771.Ai, Bo; Cheng, Xiang; Kürner, T.; Zhong, ZhangDui; Guan, Ke; He, Ruisi; Xiong, Lei; Matolak, D.; Michelson, D. G.; Briso-Rodríguez, C. Challenges Toward Wireless Communications for High-Speed Railway. IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems, 2014, Vol. 15, No. 5, pp. 2143–2158. DOI: 10.1109/TITS.2014.2310771.Zhou, Yuzhe; Ai, Bo. Handover Schemes and Algorithms of High-speed Mobile Environment: a Survey. Computer Communications, 2014, Vol. 47, pp. 1–15. DOI: 10.1016/j.comcom.2014.04.005.Zhou, Yuzhe; Ai, Bo. Handover Schemes and Algorithms of High-speed Mobile Environment: a Survey. Computer Communications, 2014, Vol. 47, pp. 1–15. DOI: 10.1016/j.comcom.2014.04.005.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.