战术、测试支持和战术交战网络(IPT3N)的综合规划

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蜂窝网络, 特别是那些在测试和训练领域使用的, 经常需要满足覆盖率和吞吐量的严格性能要求吗, 同时满足资源限制. 这些网络通常在这样的环境中运行,在相同或相邻区域运行的其他网络的传输干扰可能导致冲突. 确保网络能够可靠地提供所需的服务, 必须在部署之前查明和减轻这种冲突.

战术综合规划, 测试支持, 战术参与网络(IPT3N)是一种网络规划能力,正在科学基金的一个项目下开发 & 技术(年代&T)考试资源管理中心(TRMC)方案. IPT3N的主要目标是帮助靶场网络的规划, 包括在运行测试(OTs)或培训活动中使用的. OTs成本高昂,而且不容易重新运行. 因此, 靶场网的铺设是关键, 通常被称为测试支持网络(TSN), 用于收集有关被测联网系统(NSUT)运行的相关指标,使其能够可靠地为练习控制器(ExCon)提供所需的通信服务。.

现有的网络规划工具的能力有限. 目前使用覆盖地图的工具只考虑从特定网络接收到的物理层信号强度,而不考虑对应用层流量和服务质量(QoS)的动态影响。. 类似的, 现有的软件工具用于确定信号塔或接入点的位置是不够的,因为它们通常单独处理距离和容量问题.

为了解决这些差距, SCALABLE正在开发IPT3N,以提供规划能力, 优化, 并将用于测试和训练的蜂窝网络可视化. IPT3N是一个基于模拟的框架,它提供了一套半自动工具,以降低测试和训练范围的网络规划的复杂性, 从而降低成本,增加演习和训练活动的真实性.

IPT3N采用仿真和优化技术提供规划能力,可以提出一个优化的网络布局(基站位置)和网络配置(e.g., 天线高度, 插槽分配/传输计划),可以提供所需的覆盖和网络容量. 该建议是基于地形和其他地理区域的网络部署和移动模式的通信设备或网络. IPT3N还可以评估各部件的能源需求,以确定电池/能源是否足够在所需的时间(e.g.,测试或训练活动的持续时间).

图1. IPT3N在运行测试计划中的应用

主要技术挑战

  • 有效的干扰计算:随着发射机和接收器数量的增加, 同时运行的网络之间的干扰计算成本呈指数增长. 由于邻近信道的传输和环境影响造成的干扰,使问题进一步复杂化. IPT3N混合使用了数据驱动模型和统计模型,以及并行离散事件模拟算法,这些算法可以适当地利用图形处理单元(gpu)和多核处理器来实现所需的计算效率.
  • TSN波形模型TSN负责将OT过程中收集到的数据转发给测试指挥中心. IPT3N包括TSN波形模型, 如ATEC播放器和事件跟踪系统(TAPETS), FlexTrain, 和首页 Station仪表培训系统(HITS).
  • TSN部署优化:考虑到力量机动的动态特性, 资源可用性, 和位置约束, TSN的部署尤其具有挑战性. IPT3N使用半自动化启发式方法为给定的NSUT和预期的交通和机动性选择最合适的TSN技术和布局. IPT3N还支持在现场测试时对TSN进行动态重新规划.

IPT3N主要特性

  • 基于jne的仿真引擎运行高保真网络仿真来收集详细的统计信息, 例如干扰水平和网络性能指标, 随着时间的推移. JNE为各种网络技术提供了一套高保真模型, 包括战术波形. 该仿真引擎可以与CGF仿真和训练工具联合使用, 如OneSAF,为分析和优化提供集成仿真环境.
  • 利用二维和三维热图的覆盖和干扰数据获得的模拟, 规划人员可以很容易地确定网络铺设是否在感兴趣的区域提供了所需的覆盖范围. 可以分析仿真统计数据来确定是否度量性能, 例如覆盖率和吞吐量, 实现.
  • 网络敷设方式可自动修改.g., 通过改变塔的位置, 改进所需的度量(覆盖率, 吞吐量, 能源消耗, 等.).
  • IPT3N使用的优化技术也可以修改网络配置, 例如, 通过增加额外的子网来增加容量. 它利用了人工智能技术和从过去的M&年代的研究, 过去的计划任务, 或者现实世界的部署,以提出最佳的网络布局和配置.
  • 计划OTs, 流量生成模型提供了现场测试事件中产生的流量的真实表示, 基于测试事件中发生的事件和条件.
  • 基于web的瘦客户机用户界面允许多个规划者同时执行规划, 优化, 和分析操作.
  • 地图数据(e.g., 可以从在线地图数据源或IPT3N自己的离线地图服务器流到IPT3N,并相应渲染.
  • 使用实例IPT3N

    说明IPT3N在网络规划中的应用, 我们展示了一个迭代优化网络布局(塔的位置)的示例,以提供对感兴趣区域的足够覆盖. 在这个例子中, 部队穿越山区,需要建立网络,覆盖部队走过的全部路线(图2实线表示). 塔的位置用蓝色的^符号表示. 模拟运行给定的塔布局和性能指标,如覆盖率和吞吐量随时间的收集. 热图(图2中的阴影区域)显示了塔的覆盖区域. 部队随时间的覆盖情况如图3所示.

    图2的左侧显示了发射塔的初始位置和最终的无线电覆盖范围. 图3中的红线显示了初始位置在一段时间内的覆盖率. 可以看出, 这种布局并不能提供足够的无线电覆盖,当部队离开塔的范围时(路径并没有完全被热图所覆盖),覆盖范围会在一半的情况下急剧下降.

    图2
    图3

    在接下来的迭代中,最北的塔被移到更靠近部队路径的地方. 图2的右侧显示了调整后的塔位置和最终的热图,热图完全覆盖了路径. 如图3中的蓝线所示, 在此布局的整个场景中,覆盖率保持在一个较高的水平上.

    这个过程演示了如何迭代地使用IPT3N来确定满足性能要求的最佳网络布局.

    IPT3N的影响

    测试和培训活动的一个核心要求是测试支持网络(TSN)提供足够的覆盖范围和带宽,以确保:

    • 可以监控参与活动的人员和平台
    • 所有的交通需要监控参与者, 既生活又有建设性, 及时交付演习控制(ExCon),以精确计算实时伤亡评估(RTCA)
    • 在运行测试(OT)期间,作为TSN的一部分部署的各种发射机和其他移动设备的能量需求不超过电池容量

     

    为一个成功的测试或训练事件, TSN的接入点或塔的位置必须符合上述要求. 在大多数范围, 在测试期间部署和监控塔是一项昂贵的资产, 因此,它们必须得到最佳管理:使用过多的发射塔将会推高赛事的成本, 而覆盖面不足可能会引起对测试期间收集的数据有效性的关注. IPT3N的主要目标是为规划和优化射程网络敷设提供自动化能力,以满足指定的覆盖范围, 带宽, 以及功耗要求.

    支持移动通信的网络规划框架

    IPT3N可以用来确定优胜美地国家公园LTE网络布局的塔的位置. 公园拥有众多多样的地形特征,创造了一个具有挑战性和复杂的无线环境. 我们将展示如何使用IPT3N根据地形和信道特性自动确定合适的发射塔位置,以创建LTE网络布局,提供对感兴趣的区域的覆盖,同时最大限度地减少干扰. 观看网络研讨会来学习:

    • 建立测试网络的成本效益和有效地使用综合计划的战术, 测试支持, 和战术交战网络(IPT3N)
    • 使用IPT3N来确定优胜美地国家公园LTE网络布局的塔的位置
    • 如何使用IPT3N根据地形和信道特征自动确定合适的发射塔位置

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    规划和优化范围网络敷设,以满足指定的覆盖范围, 带宽, 以及使用战术综合规划的功耗需求, 测试支持, 和战术交战网络(IPT3N).

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