Mobilne Laboratorium Badawcze (MLB), przeznaczone do badania funkcjonalności i jakości usług komunikacji elektronicznej, powstało w latach 2010-2012 w wyniku realizacji projektu rozwojowego o symbolu O R00 0075 11 - pracy finansowanej ze środków na naukę [1]-[2]. Obiekt został zaprojektowany, zbudowany, uruchomiony oraz poddany badaniom przez Instytut Łączności we współpracy z Wojskowymi Zakładami Łączności Nr 1 w Zegrzu.
MLB może być zastosowane do badań i prac rozwojowych, oceny funkcjonalności i jakości profesjonalnych ruchomych usług radiokomunikacyjnych. W szczególności umożliwia badania w sieciach TETRA, DMR, GSM, UMTS i LTE oraz wykonywanie pomiarów parametrów radiowych (np. poziomu natężenia pola elektrycznego, sygnału użytecznego emitowanego przez stacje bazowe oraz zakłóceń wspólnokanałowych i sąsiedniokanałowych), a także kompatybilności elektromagnetycznej, w tym prawidłowego wykorzystania widma radiowego, niezbędnych do oceny usług profesjonalnej radiokomunikacji (PMR).
Mobilny charakter laboratorium umożliwia wykonywanie badań w czasie jazdy, w miejscu świadczenia tych usług (in situ) w terenie lub w lokalizacji usługobiorcy i w warunkach zbliżonych do tych, w jakich usługi są faktycznie wykorzystywane [3].
MLB może wspomagać działania na rzecz poprawy efektywności funkcjonowania sieci łączności, w tym radiowej. Zgodnie z założeniami projektu, w ramach którego laboratorium zostało zaprojektowane i wykonane, jego wyposażenie oraz procedury badawcze mają zastosowanie między innymi w bardzo ważnym dla państwa obszarze bezpieczeństwa publicznego, obronności i zarządzania kryzysowego, w tym w odniesieniu do systemów dla zespołów dowodzenia i łączności.
W szczególności MLB i wyniki badań prowadzonych z zastosowaniem MLB mogą być wykorzystywane do:
- wspomagania procesu planowania częstotliwości poprzez analizę stanu widma radiowego, poprzez pomiary zajętości zakresów częstotliwości z uwzględnieniem identyfikacji rzeczywistych (legalnych i nielegalnych) oraz pozornych źródeł emisji radiowych,
- wsparcia planowania i projektowania sieci radiowych, poprzez realizację pomiarów testowych, w celu weryfikacji poprawności planowania lub projektowania parametrów sieci radiowych (pomiary użytecznego i zakłóceniowego natężenia pola elektromagnetycznego projektowanych stacji radiowych w obszarach działania planowanych sieci radiowych, weryfikacja metod i procesów projektowania),
- realizacji zadań odbiorów technicznych budowanych sieci i systemów radiowych (pomiary zasięgów łączności, dostępności i jakości usług, zgodności z obowiązującymi przepisami i planami lub projektami),
- oceny dostępności i jakości usług publicznych sieci radiokomunikacyjnych,
- weryfikacji zgodności wykorzystania częstotliwości z rezerwacjami, identyfikacji źródeł emisji rzeczywistych i pozornych, w tym nielegalnych, weryfikacji stanu uzgodnień międzynarodowych dotyczących wykorzystywania częstotliwości w rejonach przygranicznych,
- wykrywania, identyfikacji i lokalizacji niepożądanych źródeł emisji radiowych mających negatywny wpływ na funkcjonowanie systemów i usług telekomunikacyjnych.
MLB wyróżnia się także pod względem jakości, nowoczesności i funkcjonalności wykorzystywanego w nim specjalistycznego wyposażenia i oprogramowania, szerokiego zakresu możliwości pomiarowych, badawczych i analitycznych oraz możliwości realizacji badań w skali krajowej i międzynarodowej. Wyposażenie pozwala na realizację kompletnych, spójnych cykli badań (przygotowanie, pomiary, analizy, dokumentowanie, raportowanie) obejmujących takie działania jak:
- tworzenie własnych procedur - w oparciu o opracowane biblioteki MLB,
- realizację pomiarów w terenie - zgodnie z opracowaną metodyką funkcjonowania MLB i przyjętymi procedurami, z wykorzystaniem specjalistycznej aparatury pomiarowej i oprogramowania do jej obsługi i automatyzacji badań,
- sterowanie i zarządzanie pomiarami - z wykorzystaniem specjalizowanego komputera i specjalistycznego oprogramowania,
- prowadzenie analiz uzyskanych wyników - z wykorzystaniem oprogramowania analitycznego,
- dokumentowanie pomiarów oraz tworzenie raportów - z wykorzystaniem możliwości sprzętowoprogramowych części stacjonarnej MLB oraz zgodnie z zawartymi w bibliotekach wzorami dokumentów.
- część mobilna MLB - pomiarowo-badawcza,
- część stacjonarna MLB - analityczno-dokumentacyjna,
- zaplecze dokumentacyjne do badań - biblioteki procedur badawczych, wymagań, wzorów dokumentów, dokumentacji technicznej oraz systemu jakości,
- zaplecze dokumentacyjne do utrzymania infrastruktury MLB - dokumentacja techniczna infrastruktury oraz metodyki funkcjonowania laboratorium,
- baza stacjonowania MLB - do prac przygotowawczych oraz prac konserwacyjnych pojazdu i wyposażenia MLB.
Opis projektu zawarty we wniosku konkursowym [1] oraz w umowie o wykonanie [2] prezentuje MLB, jako ruchomy kompleks aparatury badawczej, umożliwiający prowadzenie badań usług radiokomunikacyjnych w terenie w miejscu faktycznego świadczenia tych usług. Zgodnie z założeniami MLB miało przede wszystkim służyć badaniom usług wykorzystywanych przez służby mundurowe i reagowania kryzysowego, zwłaszcza dysponujących cyfrowymi systemami trankingowymi w terenie. Założono zaprojektowanie i wytworzenie, w warunkach przemysłowych, prototypu, którego funkcjonalności będą mogły być zademonstrowane i zastosowane w praktyce.
Koncepcja budowy i funkcjonowania MLB [3] stanowiła podstawę do opracowywania wszystkich pozostałych dokumentów technicznych i organizacyjnych MLB. Zdobywane w trakcie prac projektowych i konstruktorskich doświadczenia jednak spowodowały potrzebę weryfikacji pewnych ustaleń początkowych. Zmiany i nowości pokazano w dwóch suplementach [5]-[6] oraz w kolejnych w dokumentach, a zwłaszcza w wymaganiach technicznych i eksploatacyjnych [7] oraz w metodyce funkcjonowania MLB [12]-[13].
Tworząc koncepcję przeprowadzono rozpoznanie możliwości technicznych budowy mobilnego laboratorium i sformułowano wymagania na jego komponenty. Objęły one aparaturę badawczą i infrastrukturę, zapewniającą funkcjonowanie MLB w terenie, a także umożliwiającą prowadzenie badań i opracowywanie wyników.
Ze względu na Prawo Zamówień Publicznych wymagania na komponenty MLB zostały sformułowane bez wskazywania na konkretne produkty i dostawców. Wymagania techniczne, które faktycznie wykorzystano do realizacji przetargów zgromadzono w dokumencie "Wymagania techniczne i eksploatacyjne" [7], czyli zbiorze opisów przedmiotów zamówienia (OPZ) z tych postępowań przetargowych, które zakończyły się chociaż częściowym sukcesem, tzn. w wyniku tych postępowań dokonano wyboru oferenta, podpisania umowy i dostarczenia zamówionych produktów [8]. Oznacza to, że te wymagania odpowiadają rzeczywistym, dostępnym na rynku produktom.
Istotę wyposażenia badawczego MLB (rys. 2) stanowią:
- skaner radiowy Rohde&Schwarz TSMW wraz z terminalami-radiotelefonami i modemami oraz oprogramowaniem sterującym i przetwarzającym wyniki badań funkcjonalnych i jakościowych,
- analizator widma elektromagnetycznego Rohde&Schwarz FSP do obserwowania warunków realizacji usług radiokomunikacyjnych,
- tester urządzeń sieci TETRA Aeroflex 3920 do badania poprawności działania stacji bazowych, przekaźników i terminali standardu TETRA,
- aplikacja bazodanowa spiraTeam do zarządzania projektami oraz badaniami.
Skaner wykonuje badania interfejsu radiowego oraz funkcji sieci TETRA, GSM/UMTS, LTE na interfejsie radiowym, w tym analizy sygnałów w sieci TETRA, pokrycia radiowego i identyfikacji zakłóceń.
Użytkowanie skanera tego typu wiąże się nierozerwalnie z wykorzystaniem pakietu specjalistycznego oprogramowania ROMES4.
Stacje ruchome (radiotelefony noszone) TETRA przeznaczone do zautomatyzowanych badań funkcjonalności i jakości usług sieci TETRA. Podobne zastosowanie mają telefony komórkowe GSM/UMTS oraz modemy GSM/UMTS/LTE. Zostały one przystosowane do współpracy z komputerem oraz oprogramowaniem ROMES4.
Analizator widma pozwala na obserwowanie, analizowanie i dokumentowanie stanu widma elektromagnetycznego w zakresie częstotliwości znacznie szerszym od tego, które jest przedmiotem skanowania i w którym są wykonywane badania funkcjonalne systemów radiokomunikacyjnych. Ma to na celu identyfikowanie i śledzenie źródeł komponentów widma w dziedzinie częstotliwości, które mogą negatywnie wpływać na sygnały użytkowe.
Tester realizuje pomiary parametrów oraz badania funkcjonalne urządzeń systemów TETRA, a w szczególności stacji bazowych, stacji ruchomych działających w trybie trankingowym oraz bezpośrednim.
W szczególności takim testerem wykonywane są badania nadajników i odbiorników stacji TETRA pod względem zgodności ich parametrów ze stawianymi wymaganiami. Wykonywane są również badania sterowania (wymiany sygnałów i protokołów) oraz realizacji funkcji użytkowych (połączeń telefonicznych, transmisji SDS i danych).
Przedmiotem projektu było skompletowanie, zainstalowanie w mobilnym środowisku, uruchomienie i wdrożenie do użytkowania wymienionego wyposażenia badawczego umożliwiającego prowadzenie badań określonych usług radiokomunikacyjnych.
Infrastruktura MLB, zintegrowanie i uruchomienie prototypu Zapewnienie mobilności i autonomii działania MLB
Opisane powyżej wyposażenie badawcze musi mieć zapewnione odpowiednie warunki do działania.
Założenie, że badania usług będą wykonywane in situ, w terenie, a także w ruchu, prowadzi do wniosku, że jest potrzebna infrastruktura zapewniająca możliwość pracy aparatury w poruszającym się pojeździe i w warunkach tylko zdalnego kontaktu pomiędzy MLB, a infrastrukturą stacjonarną znajdującą się w miejscu stacjonowania. Aby spełnić te warunki w zakresie infrastruktury MLB:
- kupiono samochód spełniający wymagania odnośnie możliwości zainstalowania w nim specjalistycznego wyposażenia,
- zidentyfikowano i kupiono szereg elementów mających zapewnić zarówno odpowiednie warunki działania wyposażenia (zwłaszcza zasilanie) i warunki pracy załogi,
- zaprojektowano i wytworzono szereg elementów mechanicznych, które pozwalają na odpowiednie rozmieszczenie i umocowanie komponentów MLB i zapewniają możliwość ich pracy w pojeździe [10],
- zaprojektowano i wytworzono okablowanie łączące komponenty MLB [10],
- zidentyfikowano i kupiono infrastrukturę teleinformatyczną (sprzęt i oprogramowanie), tworzącą warunki do sterowania aparaturą badawczą, gromadzenia i przetwarzania wyników badań oraz do komunikacji z infrastrukturą stacjonarną.
Elementy infrastruktury zintegrowano ze sobą oraz z wyposażeniem badawczym, tworząc mobilne laboratorium. Wygląd stanowiska operatora części mobilnej MLB pokazano na rys. 8, przy czym ważnym przedmiotem tej części prac było opracowanie dwóch stojaków o specjalnej konstrukcji uwzględniającej warunki panujące w poruszającym się samochodzie, w których zainstalowano aparaturę badawczą oraz elementy infrastruktury teleinformatycznej.
Stacjonarne zaplecze MLB
Mimo, że główną cechą MLB jest wykonywanie badań w terenie i w ruchu, ze względów praktycznych i ekonomicznych większa część prac przygotowawczych do badań, a także opracowanie wyników badań powinno być wykonywane w stacjonarnym zapleczu. Zaplecze takie zostało zorganizowane i wyposażone w zasoby informatyczne (rys. 9) oraz modelowe fragmenty infrastruktury MLB.
Wyposażenie informatyczne umożliwia, przy wykorzystaniu zasobów sieci lokalnej w Instytucie Łączności oraz dostępu do Internetu, przygotowywanie badań, tj. ustalanie wymagań i celów badań, opracowywanie zestawów procedur badawczych, uzgadnianie szczegółów organizacyjnych i logistycznych.
W zapleczu stacjonarnym przewidziano fragmenty infrastruktury do prowadzenia obsługi aparatury pomiarowej w przypadku, gdy warunki w pojeździe na to nie pozwolą. Zapewniono też możliwości pracy stacjonarnej MLB (bez potrzeby uruchamiania silnika samochodu w celu podtrzymania zasilania), zarówno w zamkniętym pomieszczeniu, niezależnie się od warunków atmosferycznych i na otwartym terenie w typowych warunkach pracy urządzeń radiowych.
Wykonana w ramach projektu dokumentacja konstrukcyjna oraz przewodnik po elementach infrastruktury MLB zostały zawarte w [11].
Metodyka i rezultaty działania MLB
Metodyka funkcjonowania MLB opisuje zasady działania MLB prowadzące do zaspokojenia potrzeb klientów laboratorium [12], [13]. Obejmuje ona obszar i przedmiot działalności MLB, profile spodziewanych klientów i ich przewidywane oczekiwania, rodzaje badań (badania funkcjonalności, badania jakości, badania pokrycia radiowego), a także metody badań oraz zasady ich walidacji.
Opisuje ponadto właściwości metod badawczych (pewność, dokładność, powtarzalność), potrzebne wyposażenie, uzyskiwane wyniki i produkty przekazywane klientom oraz metody walidacji wyników.
Po stronie obróbki danych pomiarowych metodyka precyzuje zasady tworzenia i dokumentowania procesów, procedur i instrukcji, organizacji bibliotek procesów i procedur oraz ich wykorzystania do przygotowania i wykonania programu badań, metody przetwarzania wyników badań i ich prezentacji, a także metody analizy, oceny i formułowania wniosków.
Przyjęta w koncepcji MLB metodyka jego działania może być zrealizowana w praktyce tylko przy wykorzystaniu zaawansowanych narzędzi informatycznych. Dzięki temu możliwe jest zautomatyzowanie szeregu procesów, zwielokrotnienie możliwości pozyskiwania i przetwarzania informacji o przedmiocie badań.
Biblioteki wymagań i procedur badawczych
W początkowych fazach realizacji projektu opracowano własną metodę opisu wymagań i procedur z wykorzystaniem narzędzi biurowych (MS Office). Po zakupieniu specjalistycznej aplikacji do zarządzania projektami i badaniami (Inflectra spiraTeam) prace nad bibliotekami procedur przeniesiono na tę platformę.
Na rysunkach 10-13 zilustrowano zasadnicze formularze stanowiące elementy opisu procesu badań, które są wykorzystywane do planowania i rejestracji wyników.
Wymagania (rys. 10) określają co ma być zbadane i jakie są oczekiwane właściwości przedmiotu badania.
Jest to określenie celu badań.
Tak jak każdemu wymaganiu powinna odpowiadać co najmniej jedna procedura badań, tak w opisie procedury (rys. 11) jest pokazane z jakiego wymagania ona wynika.
Szczegółowy opis procedury stanowią jej kroki (test steps). Każdy krok jest jednostką, której jest przypisany oczekiwany rezultat oraz werdykt, stanowiący wynik procesu badawczego (rys. 12). W przypadku określonych niepozytywnych werdyktów automatycznie jest ustalany werdykt dla całej procedury i jest otwierany incydent, czyli proces analizy i doprowadzania badanego obiektu do stanu, w którym będzie możliwe uzyskanie pozytywnego werdyktu.
Narzędzie spiraTeam obejmuje również generator raportów, umożliwiający prezentowanie zawartości poszczególnych fragmentów bazy danych w różny sposób.
Zarządzanie procesem badań z zastosowaniem aplikacji bazodanowej spiraTeam
Oprócz formy zapisu wymagań, procedur i wyników, aplikacja spiraTeam wspomaga również realizację całego projektu badawczego, co zapewnia odpowiednią jakość badań oraz daje możliwość ich automatyzacji.
Przetwarzanie wyników pomiarów
Pakiet oprogramowania R&S ROMES4 (obejmujący moduł analizatora problemów sieciowych NPA) jest wykorzystywany w MLB do przetwarzania danych pozyskanych w trakcie badań prowadzonych w terenie. Umożliwia to szybkie i atrakcyjne przedstawianie zgromadzonych danych tak, aby ich odbiorca w łatwy sposób mógł wyciągać wnioski. Jest to jedna z dróg do zmniejszenia nakładu pracy i przyspieszenia prac przy opracowywaniu wyników badań, a tym samym raportów z badań.
Na rysunkach 15-17 przedstawiono przykłady analiz uzyskanych za pomocą narzędzi ROMES NPA.
Rysunek 15 jest przykładem analizy wyników pomiarów naniesionych na mapę. Rysunki 16 i 17 pokazują wyniki badań przetworzone do postaci diagramów słupkowych.
Podsumowanie realizacji projektu
Podstawowy wynik projektu - prototyp ruchomego laboratorium o założonej funkcjonalności - został zweryfikowany poprzez serię przeprowadzonych badań dostępnych sieci radiokomunikacyjnych, przeprowadzonych zgodnie z metodyką MLB [14].
Przeprowadzone badania prototypu wykazały, że cel projektu - opracowanie i wytworzenie prototypu MLB spełniającego odpowiednie wymagania - został osiągnięty.
W wyniku realizacji projektu Instytut Łączności zdobył doświadczenie w zakresie opracowywania i wykorzystywania mobilnych laboratoriów badawczych. Otwiera to placówce drogę do prowadzenia podobnych prac konstrukcyjnych i usługowych w przyszłości, także na warunkach komercyjnych.
Bibliografia
[1] Wniosek o finansowanie projektu rozwojowego własnego, część B; Numer rejestracyjny wniosku: Nr O R00 0075 11, Tytuł projektu: Mobilne laboratorium badania funkcjonalności i jakości usług komunikacji elektronicznej dla zespołów dowodzenia i łączności
[2] Umowa Nr 0075/R/T00/2010/11 o wykonanie projektu rozwojowego Nr O R00 0075 11
[3] Chojnacki B., Pękalski A.: Badania usług komunikacji elektronicznej w terenie - wyzwania i rozwiązania, XXVII Krajowe Sympozjum Telekomunikacji i Teleinformatyki, Łódź 2011
[4] Mobilne laboratorium badania funkcjonalności i jakości usług komunikacji elektronicznej dla zespołów dowodzenia i łączności, Koncepcja budowy i funkcjonowania, wersja 2.2, Warszawa, grudzień 2010
[5] Mobilne laboratorium badania funkcjonalności i jakości usług komunikacji elektronicznej dla zespołów dowodzenia i łączności, Koncepcja budowy i funkcjonowania, Suplement 2011, wersja 1.2, Warszawa, grudzień 2011
[6] Mobilne laboratorium badania funkcjonalności i jakości usług komunikacji elektronicznej dla zespołów dowodzenia i łączności, Koncepcja budowy i funkcjonowania, Suplement 2012, wersja 1.3, Warszawa, sierpień 2012
[7] Mobilne laboratorium badania funkcjonalności i jakości usług komunikacji elektronicznej dla zespołów dowodzenia i łączności, Wymagania techniczne i eksploatacyjne, wersja 3.2, Warszawa, czerwiec 2012
[8] Dokumentacja przetargów (zbiory w postaci elektronicznej w zasobach MLB oraz w BIP IŁ PIB)
[9] Dokumentacja fabryczna zakupionych komponentów MLB (zbiory w postaci elektronicznej w zasobach MLB)
[10] Mobilne Laboratorium Badawcze (MLB) Dokumentacja konstrukcyjna DK-192.00.00.00; Wojskowe Zakłady Łączności nr 1, Zegrze
[11] Mobilne laboratorium badania funkcjonalności i jakości usług komunikacji elektronicznej dla zespołów dowodzenia i łączności, Infrastruktura mobilnego laboratorium, wersja 1.17, Warszawa, wrzesień 2012
[12] Mobilne laboratorium badania funkcjonalności i jakości usług komunikacji elektronicznej dla zespołów dowodzenia i łączności, Metodyka funkcjonowania MLB, część 1, wersja 2.6, Warszawa, sierpień 2012
[13] Mobilne laboratorium badania funkcjonalności i jakości usług komunikacji elektronicznej dla zespołów dowodzenia i łączności, Metodyka funkcjonowania MLB, część 2, wersja 2.6, Warszawa, wrzesień 2012
[14] Mobilne Laboratorium Badawcze, Zespół Badań Prototypu MLB, Sprawozdanie nr 1 z badań prototypu MLB, Warszawa 2012.
KOMENTARZE (0)
Do artykułu: Mobilne laboratorium badania funkcjonalności i jakości usług komunikacji elektronicznej