Σχεδίαση δικτυών για 5G διασυνδεδεμένους αυτοκινητοδρόμους στην ελληνική επικράτεια
Είναι αλήθεια πως το δίκτυο 5G, αποτελεί μια από τις πιο σημαντικές τεχνολογίες της δεκαετίας που διανύουμε. Οι υπερύψηλές ταχύτητες, η χαμηλή καθυστέρηση αλλά και η πιο αποδοτική λειτουργία του δικτύου είναι κάποιες από τις εκατοντάδες βελτιώσεις που φέρνουν τα δίκτυα 5ης γενιάς σε αντίθεση με το 4...
| Κύριος συγγραφέας: | |
|---|---|
| Άλλοι συγγραφείς: | |
| Γλώσσα: | Greek |
| Έκδοση: |
2023
|
| Θέματα: | |
| Διαθέσιμο Online: | https://hdl.handle.net/10889/25361 |
| id |
nemertes-10889-25361 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| institution |
UPatras |
| collection |
Nemertes |
| language |
Greek |
| topic |
Διασυνδεδεμένοι αυτοκινητόδρομοι Ασύρματα δίκτυα κινητής 5η γενιά δικτύων Μοντέλο διάδοσης Υπολογισμός μέγιστης ακτίνας εκπομπής Μετρήσεις ταχύτητας Μετρήσεις καθυστέρησης Τρένα Φαινόμενο Ντόπλερ 5G 5g Corridors Propagation models 3GPP Pathloss Python Max radius Real world testing Beamformimg Trains 5G on trains Doppler RF panels |
| spellingShingle |
Διασυνδεδεμένοι αυτοκινητόδρομοι Ασύρματα δίκτυα κινητής 5η γενιά δικτύων Μοντέλο διάδοσης Υπολογισμός μέγιστης ακτίνας εκπομπής Μετρήσεις ταχύτητας Μετρήσεις καθυστέρησης Τρένα Φαινόμενο Ντόπλερ 5G 5g Corridors Propagation models 3GPP Pathloss Python Max radius Real world testing Beamformimg Trains 5G on trains Doppler RF panels Τσιλιγιάννης, Χρήστος Σχεδίαση δικτυών για 5G διασυνδεδεμένους αυτοκινητοδρόμους στην ελληνική επικράτεια |
| description |
Είναι αλήθεια πως το δίκτυο 5G, αποτελεί μια από τις πιο σημαντικές
τεχνολογίες της δεκαετίας που διανύουμε. Οι υπερύψηλές ταχύτητες, η χαμηλή
καθυστέρηση αλλά και η πιο αποδοτική λειτουργία του δικτύου είναι κάποιες από τις
εκατοντάδες βελτιώσεις που φέρνουν τα δίκτυα 5ης γενιάς σε αντίθεση με το 4G. Από
την αρχή της δημιουργίας των δικτύων 5ης γενιάς υπήρχαν συζητήσεις για την
δημιουργία διασυνδεδεμένων αυτοκινητοδρόμων. Η ανάγκη ύπαρξης των
διασυνδεδεμένων αυτοκινητοδρόμων είναι επιτακτική στις ημέρες μας αφού η
αυτόνομη οδήγηση των οχημάτων μοιάζει να είναι πιο κοντά από ποτέ. Κάτι τέτοιο δεν
θα μπορούσε να υποστηριχθεί από ένα δίκτυο 4G αφού η καθυστέρηση (latency)
κατέχει καίριο ρόλο στην ομαλή λειτουργία του αυτοκινητοδρόμου. Σκοπός της
παρούσας διπλωματική εργασίας είναι να εστιάσουμε στην ανάλυση, τεχνικά και
οικονομικά , ενός δικτύου 5ης γενιάς για τους Ελληνικούς αυτοκινητοδρόμους με
τελικό στόχο τον υπολογισμό της βιωσιμότητας του μοντέλου υλοποίησης.
Έπειτα από την εισαγωγή, στο κεφάλαιο 2 συζητάμε κάποια χαρακτηριστικά
που καθιστούν το δίκτυο 5G ικανό να υποστηρίξει την δημιουργία 5G Corridors. Το
MEC, οι υψηλότερες συχνότητες εκπομπής, το beamforming αλλά και το Carrier
Aggregation υπό την σύσταση μορφής SA/NSA είναι κάποια από τα νέα
χαρακτηριστικά που φέρνουν τα δίκτυα 5ης γενιάς στους αυτοκινητοδρόμους μας.
Αξίζει να μελετήσουμε κάποια αξιοσημείωτα έργα υλοποίησης διασυνδεδεμένων
αυτοκινητοδρόμων στον ευρύτερο χώρο της Ε.Ε. Τούτο γίνεται στο επόμενο κεφάλαιο
με σκοπό να ανακαλύψουμε τα σημεία που θα πρέπει να προσέξουμε κατά την μελέτη
ανάπτυξης και πύκνωσης του δικτύου στην χώρα μας. Είναι αναγκαία η αναδρομή σε
ολοκληρωμένα έργα διασυνδεδεμένων αυτοκινητοδρόμων για να δούμε και τον τρόπο
κάλυψης ανά συχνότητα. Κάποιες χώρες έχουν επιλέξει να καλύψουν τους
αυτοκινητοδρόμους τους μόνο με χαμηλές συχνότητες και αναβάθμιση υπάρχοντών
κεραιών για λόγους χαμηλού κόστους ενώ άλλες όπως η Γερμανία κάνουν χρήση και
των υψηλών συχνοτήτων για αύξηση της χωρητικότητας. Στο κεφάλαιο τέσσερα θα
δούμε κάποιες βασικές χρησιμότητες των διασυνδεδεμένων αυτοκινητοδρόμων.
Μεταξύ αυτών βρίσκεται η αυτόνομη και η απομακρυσμένη οδήγηση. Έπειτα κάνουμε
μια μελέτη των μοντέλων διάδοσης. Δίνουμε έμφαση στα μοντέλα Uma -LOS/NLOS
που παρέχει η 3GPP, και προχωράμε σε μαθηματική μοντελοποίηση των τύπων με
τελικό στόχο την επεξήγηση όλων των παραμέτρων που κατέχουν ρόλο στον
υπολογισμό της μέγιστης ακτίνας εκπομπής μιας κεραίας 5G. Τα όσα είδαμε στο
πέμπτο κεφάλαιο είναι αυτά που θα μας βοηθήσουν στο επόμενο, δηλαδή στην
τεχνοοικονομική ανάλυση και βιωσιμότητα των διασυνδεδεμένων αυτοκινητοδρόμων.
Σε πρώτο στάδιο θα δούμε την χρονική δημιουργία του δικτύου ενώ θα κάνουμε μελέτη
των σεναρίων υψηλής χωρητικότητας και υψηλής κάλυψης συζητώντας τα θετικά και
τα αρνητικά του κάθε μοντέλου. Μετά από όλα αυτά μας δίνεται η ικανότητα
υπολογισμού της οικονομικής βιωσιμότητας του μοντέλου, αφού ήδη γνωρίζουμε την
μέγιστη ακτίνα εκπομπής ανά συχνότητα και τον τρόπο κάλυψης. Έπειτα από μια
ενδελεχή οικονομική μελέτη των δεδομένων των υπάρχοντών έργων μεταφράζουμε τα
δεδομένα και για την χώρα μας και τα εισάγουμε σε ένα πρόγραμμα υπολογισμού του
τελικού κόστους ανά χιλιόμετρο. Τέλος θα κάνουμε κάποιες πραγματικές μελέτες –
tests, για να δούμε στην πραγματικότητα την συμπεριφορά του δικτύου σε υψηλές
συχνότητες
Συμπερασματικά, αυτό που βλέπουμε μετά από αυτήν την μελέτη είναι η
ανάγκη πύκνωσης του δικτύου. Έπειτα από την ανάγκη ύπαρξης ενός υβριδικού
μοντέλου κάλυψης (αναβάθμιση υπάρχοντών κεραιών και εγκατάσταση νέων),
βλέπουμε πως ο υπολογισμός του κόστους αποτελεί ένας παράγοντας με πολλαπλές
παραμέτρους που λόγω της ιδιότητας του αυτής μπορούμε μόνον να τον πλησιάσουμε
σε κάποιο ποσοστό. Κάποιες χώρες πληρώνουν το τίμημα της πρώιμης δημιουργίας
του δικτύου ενώ άλλες που είναι πιο αργές στην υιοθεσία της νέας τεχνολογίας
μαθαίνουν από τις υπόλοιπες και εξοικονομούν χρήματα. Η μοντελοποίηση της
κάλυψης μας επιβεβαίωσε πως με την αύξηση της συχνότητας μειώνεται και η
εισχώρηση σήματος στους αυτοκινητοδρόμους. Το φαινόμενο ντόπλερ αλλά και η
κατασκευή των βαγονιών των τρένων είναι ένας άλλος παράγοντας που πρέπει να
ληφθεί υπόψιν. Τέλος μέσα από τις πραγματικές μελέτες επιβεβαιώνουμε πως η χρήση
των υψηλών συχνοτήτων είναι ικανή να υποστηριχθεί σαν συχνότητα εκπομπής στους
διασυνδεδεμένους αυτοκινητοδρόμους όμως θα χρειαστεί επιπλέον πύκνωση του
δικτύου. |
| author2 |
Tsiligiannis, Christos |
| author_facet |
Tsiligiannis, Christos Τσιλιγιάννης, Χρήστος |
| author |
Τσιλιγιάννης, Χρήστος |
| author_sort |
Τσιλιγιάννης, Χρήστος |
| title |
Σχεδίαση δικτυών για 5G διασυνδεδεμένους αυτοκινητοδρόμους στην ελληνική επικράτεια |
| title_short |
Σχεδίαση δικτυών για 5G διασυνδεδεμένους αυτοκινητοδρόμους στην ελληνική επικράτεια |
| title_full |
Σχεδίαση δικτυών για 5G διασυνδεδεμένους αυτοκινητοδρόμους στην ελληνική επικράτεια |
| title_fullStr |
Σχεδίαση δικτυών για 5G διασυνδεδεμένους αυτοκινητοδρόμους στην ελληνική επικράτεια |
| title_full_unstemmed |
Σχεδίαση δικτυών για 5G διασυνδεδεμένους αυτοκινητοδρόμους στην ελληνική επικράτεια |
| title_sort |
σχεδίαση δικτυών για 5g διασυνδεδεμένους αυτοκινητοδρόμους στην ελληνική επικράτεια |
| publishDate |
2023 |
| url |
https://hdl.handle.net/10889/25361 |
| work_keys_str_mv |
AT tsiligiannēschrēstos schediasēdiktyōngia5gdiasyndedemenousautokinētodromousstēnellēnikēepikrateia AT tsiligiannēschrēstos networkplanningfor5gconnectedautomotivecorridorsacrossgreece |
| _version_ |
1771297279478595584 |
| spelling |
nemertes-10889-253612023-07-06T03:58:14Z Σχεδίαση δικτυών για 5G διασυνδεδεμένους αυτοκινητοδρόμους στην ελληνική επικράτεια Network planning for 5G connected automotive corridors across Greece Τσιλιγιάννης, Χρήστος Tsiligiannis, Christos Διασυνδεδεμένοι αυτοκινητόδρομοι Ασύρματα δίκτυα κινητής 5η γενιά δικτύων Μοντέλο διάδοσης Υπολογισμός μέγιστης ακτίνας εκπομπής Μετρήσεις ταχύτητας Μετρήσεις καθυστέρησης Τρένα Φαινόμενο Ντόπλερ 5G 5g Corridors Propagation models 3GPP Pathloss Python Max radius Real world testing Beamformimg Trains 5G on trains Doppler RF panels Είναι αλήθεια πως το δίκτυο 5G, αποτελεί μια από τις πιο σημαντικές τεχνολογίες της δεκαετίας που διανύουμε. Οι υπερύψηλές ταχύτητες, η χαμηλή καθυστέρηση αλλά και η πιο αποδοτική λειτουργία του δικτύου είναι κάποιες από τις εκατοντάδες βελτιώσεις που φέρνουν τα δίκτυα 5ης γενιάς σε αντίθεση με το 4G. Από την αρχή της δημιουργίας των δικτύων 5ης γενιάς υπήρχαν συζητήσεις για την δημιουργία διασυνδεδεμένων αυτοκινητοδρόμων. Η ανάγκη ύπαρξης των διασυνδεδεμένων αυτοκινητοδρόμων είναι επιτακτική στις ημέρες μας αφού η αυτόνομη οδήγηση των οχημάτων μοιάζει να είναι πιο κοντά από ποτέ. Κάτι τέτοιο δεν θα μπορούσε να υποστηριχθεί από ένα δίκτυο 4G αφού η καθυστέρηση (latency) κατέχει καίριο ρόλο στην ομαλή λειτουργία του αυτοκινητοδρόμου. Σκοπός της παρούσας διπλωματική εργασίας είναι να εστιάσουμε στην ανάλυση, τεχνικά και οικονομικά , ενός δικτύου 5ης γενιάς για τους Ελληνικούς αυτοκινητοδρόμους με τελικό στόχο τον υπολογισμό της βιωσιμότητας του μοντέλου υλοποίησης. Έπειτα από την εισαγωγή, στο κεφάλαιο 2 συζητάμε κάποια χαρακτηριστικά που καθιστούν το δίκτυο 5G ικανό να υποστηρίξει την δημιουργία 5G Corridors. Το MEC, οι υψηλότερες συχνότητες εκπομπής, το beamforming αλλά και το Carrier Aggregation υπό την σύσταση μορφής SA/NSA είναι κάποια από τα νέα χαρακτηριστικά που φέρνουν τα δίκτυα 5ης γενιάς στους αυτοκινητοδρόμους μας. Αξίζει να μελετήσουμε κάποια αξιοσημείωτα έργα υλοποίησης διασυνδεδεμένων αυτοκινητοδρόμων στον ευρύτερο χώρο της Ε.Ε. Τούτο γίνεται στο επόμενο κεφάλαιο με σκοπό να ανακαλύψουμε τα σημεία που θα πρέπει να προσέξουμε κατά την μελέτη ανάπτυξης και πύκνωσης του δικτύου στην χώρα μας. Είναι αναγκαία η αναδρομή σε ολοκληρωμένα έργα διασυνδεδεμένων αυτοκινητοδρόμων για να δούμε και τον τρόπο κάλυψης ανά συχνότητα. Κάποιες χώρες έχουν επιλέξει να καλύψουν τους αυτοκινητοδρόμους τους μόνο με χαμηλές συχνότητες και αναβάθμιση υπάρχοντών κεραιών για λόγους χαμηλού κόστους ενώ άλλες όπως η Γερμανία κάνουν χρήση και των υψηλών συχνοτήτων για αύξηση της χωρητικότητας. Στο κεφάλαιο τέσσερα θα δούμε κάποιες βασικές χρησιμότητες των διασυνδεδεμένων αυτοκινητοδρόμων. Μεταξύ αυτών βρίσκεται η αυτόνομη και η απομακρυσμένη οδήγηση. Έπειτα κάνουμε μια μελέτη των μοντέλων διάδοσης. Δίνουμε έμφαση στα μοντέλα Uma -LOS/NLOS που παρέχει η 3GPP, και προχωράμε σε μαθηματική μοντελοποίηση των τύπων με τελικό στόχο την επεξήγηση όλων των παραμέτρων που κατέχουν ρόλο στον υπολογισμό της μέγιστης ακτίνας εκπομπής μιας κεραίας 5G. Τα όσα είδαμε στο πέμπτο κεφάλαιο είναι αυτά που θα μας βοηθήσουν στο επόμενο, δηλαδή στην τεχνοοικονομική ανάλυση και βιωσιμότητα των διασυνδεδεμένων αυτοκινητοδρόμων. Σε πρώτο στάδιο θα δούμε την χρονική δημιουργία του δικτύου ενώ θα κάνουμε μελέτη των σεναρίων υψηλής χωρητικότητας και υψηλής κάλυψης συζητώντας τα θετικά και τα αρνητικά του κάθε μοντέλου. Μετά από όλα αυτά μας δίνεται η ικανότητα υπολογισμού της οικονομικής βιωσιμότητας του μοντέλου, αφού ήδη γνωρίζουμε την μέγιστη ακτίνα εκπομπής ανά συχνότητα και τον τρόπο κάλυψης. Έπειτα από μια ενδελεχή οικονομική μελέτη των δεδομένων των υπάρχοντών έργων μεταφράζουμε τα δεδομένα και για την χώρα μας και τα εισάγουμε σε ένα πρόγραμμα υπολογισμού του τελικού κόστους ανά χιλιόμετρο. Τέλος θα κάνουμε κάποιες πραγματικές μελέτες – tests, για να δούμε στην πραγματικότητα την συμπεριφορά του δικτύου σε υψηλές συχνότητες Συμπερασματικά, αυτό που βλέπουμε μετά από αυτήν την μελέτη είναι η ανάγκη πύκνωσης του δικτύου. Έπειτα από την ανάγκη ύπαρξης ενός υβριδικού μοντέλου κάλυψης (αναβάθμιση υπάρχοντών κεραιών και εγκατάσταση νέων), βλέπουμε πως ο υπολογισμός του κόστους αποτελεί ένας παράγοντας με πολλαπλές παραμέτρους που λόγω της ιδιότητας του αυτής μπορούμε μόνον να τον πλησιάσουμε σε κάποιο ποσοστό. Κάποιες χώρες πληρώνουν το τίμημα της πρώιμης δημιουργίας του δικτύου ενώ άλλες που είναι πιο αργές στην υιοθεσία της νέας τεχνολογίας μαθαίνουν από τις υπόλοιπες και εξοικονομούν χρήματα. Η μοντελοποίηση της κάλυψης μας επιβεβαίωσε πως με την αύξηση της συχνότητας μειώνεται και η εισχώρηση σήματος στους αυτοκινητοδρόμους. Το φαινόμενο ντόπλερ αλλά και η κατασκευή των βαγονιών των τρένων είναι ένας άλλος παράγοντας που πρέπει να ληφθεί υπόψιν. Τέλος μέσα από τις πραγματικές μελέτες επιβεβαιώνουμε πως η χρήση των υψηλών συχνοτήτων είναι ικανή να υποστηριχθεί σαν συχνότητα εκπομπής στους διασυνδεδεμένους αυτοκινητοδρόμους όμως θα χρειαστεί επιπλέον πύκνωση του δικτύου. It is a well-known fact that 5G, is undoubtedly one of the most important technologies of the decade. Some of the most important aspects of 5G are the ultra-high speeds available for everyone, the ultra-low latency and finally the efficiency of the network. All the above give 5G the upper hand in comparison with the 4th generation of mobile networks. From the start of 5G the goal was to create the required infrastructure needed to support and create connected automotive corridors. This is much needed as autonomous vehicles nowadays are getting better and better plus such infrastructure would help a lot the speeding of this process. Such a project would not be possible with the technology we had before because 4th generation networks had higher latency which can greatly impact the corridors. In this thesis we will focus on the technical aspects of building such a connected corridor as well as look at the economic side of this equation to see if this model is economically viable. After our introduction, in section 2 we will discuss some technologies that make 5G able to support the creation of the Corridors. Among the most important ones someone would find MEC, higher carrier frequency, beamforming and CA via SA or NSA form. It very important to look at the most important 5G Corridors that are being implemented or planned to be built in the European Union. This will give us the opportunity to discover the dos and don’ts of our planning. We will discover the need of placing more antennas closer to each other because of the higher frequency. Some countries have already decided to run a high-capacity scenario while others choose to go for high coverage. Germany for example announced that high throughput is on their plans for their corridors. In the 4th section of this thesis, we will see some of the most important use cases of the 5G connected motorways such as autonomous vehicles or remote driving. In the next section we are going to discuss about the propagation models by 3GPP. Taking a detailed look at Uma NLOS/LOS will give us the ability to calculate precisely all the parameters affecting the radius of each frequency. Everything we learned into the fifth section will help us in the technical and economical analysis of the corridors. At first, we will look at the time plan for building such a connected corridor. After that we will discuss all the possible scenarios such as high throughput and high coverage explaining the positives and negatives of each scenario. Then comes the time to check the economic side of this equation as we already discussed the maximum radius of each frequency and coverage scenario. After looking at all the economic parameters of the existing projects we will transfer everything we learned onto our equation to see the final cost per kilometer in Greece. Last but not least, we will do some real-world tests in order to see what kind of speeds we can expect at high frequencies while moving at high speeds. In conclusion, there is a big need on placing more antennas on new sites. We suggest on building a hybrid model of creating new sites while also upgrading the existing ones. The need to have both high and low frequencies is essential on this hybrid model. On the economic side of the story, we quickly understand that the equation has so many parameters that we can only get an estimation of what we have as the real costs are not easily accessible out there. Some countries have to pay the cost of the early adoption while other that are late on this, get all the economic benefits. The model we built showed us what we expected, as we increase the frequency the penetration of the signal drops. Doppler effect is a big problem for moving vehicles and especially trains which act as a faraday cage. Finally the realworld tests we run showed that it is possible to modulate at higher frequencies on corridors but the need of placing more antennas is essential to get all the benefits. 2023-07-05T10:31:22Z 2023-07-05T10:31:22Z 2023-07-05 https://hdl.handle.net/10889/25361 el Attribution-NoDerivs 3.0 United States http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/us/ application/pdf |
