System performance on cellular networks supporting industrial applications
Pietarinen, Samuli (2022)
Kandidaatintyö
Pietarinen, Samuli
2022
School of Energy Systems, Sähkötekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2022082956583
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2022082956583
Tiivistelmä
In this thesis the objective is to introduce the basics of IEC 61850 communication protocol and its messages, the Radio Access Network (RAN) slicing in wireless networks, and the metrics of the wireless networks to evaluate the performance of communication network. The RAN slicing approach is used to evaluate the IEC 61850 standard on 5th Generation (5G) cellular networks by simulation of four representative scenarios.
The simulation scenarios do have different client locations in relation to base stations. One scenario is related to the simulation with default settings, where clients are spread randomly in the base stations coverage area. The other three scenarios are for clients spread equally in the coverage area, clients located only in one base stations coverage area, and another in the center between the base stations coverage area. Each of the scenarios were simulated with base station distances of 100 meters and 200 meters.
The network performance was measured based on the spectral efficiency and the interference. Depending on the scenario, the spectral efficiency was mostly above the simulators reference values. The interference of the system was higher in the scenario where all the clients were in the coverage area of one base station. Distance between base stations did have effect on these key metrics, but there were no sign that distance would be proportional with these key metrics, specially in the performance of each individual RAN slicing. Tämän tutkielman tavoitteena on esitellä IEC 61850 -standardin kommunikaatioprotokolla ja sen viestit, esitellä RAN-siivutus langattomissa verkoissa, sekä esitellä langattoman verkon suorituskyvyn mittareita, jotta voitaan tarkastella verkkoyhteyden suorituskykyä. RAN-siivutusta käytetään simuloitaessa neljää eri skenaariota IEC 61850 -standardista 5G-verkossa.
Simuloitavat skenaariot sisältävät erilaisia asiakaslaitteiden sijainteja suhteessa tukiasemiin. Ensimmäinen skenaario on simulaattorin vakioasetuksilla, jolloin asiakaslaitteet ovat jakautuneet satunnaisesti tukiasemien kantaman alle. Toisessa skenaariossa asiakaslaitteet ovat jakautuneet tasaisesti, kolmannessa ainoastaan yhden tukiaseman alaisuuteen ja neljännessä keskelle. Kaikki skenaariot simuloidaan 100 ja 200 metrin tukiasemien välisellä etäisyydellä.
Verkon suorituskykyä mitattiin spektrin hyötysuhteen ja häiriöiden voimakkuuden avulla. Spektrin hyötysuhde oli enimmäkseen parempi kuin simulaattorin referenssiarvo. Järjestelmän häiriöiden taso oli suurempi skenaariossa, jossa asiakaslaitteet olivat yhden tukiaseman keilassa. Tukiasemien välinen etäisyys vaikutti skenaariosta riippuen, mutta sillä ei voitu todeta olevan suoraa vaikutusta käytettyihin mittareihin, eikä varsinkaan yksittäisiin RAN-siivuihin.
The simulation scenarios do have different client locations in relation to base stations. One scenario is related to the simulation with default settings, where clients are spread randomly in the base stations coverage area. The other three scenarios are for clients spread equally in the coverage area, clients located only in one base stations coverage area, and another in the center between the base stations coverage area. Each of the scenarios were simulated with base station distances of 100 meters and 200 meters.
The network performance was measured based on the spectral efficiency and the interference. Depending on the scenario, the spectral efficiency was mostly above the simulators reference values. The interference of the system was higher in the scenario where all the clients were in the coverage area of one base station. Distance between base stations did have effect on these key metrics, but there were no sign that distance would be proportional with these key metrics, specially in the performance of each individual RAN slicing.
Simuloitavat skenaariot sisältävät erilaisia asiakaslaitteiden sijainteja suhteessa tukiasemiin. Ensimmäinen skenaario on simulaattorin vakioasetuksilla, jolloin asiakaslaitteet ovat jakautuneet satunnaisesti tukiasemien kantaman alle. Toisessa skenaariossa asiakaslaitteet ovat jakautuneet tasaisesti, kolmannessa ainoastaan yhden tukiaseman alaisuuteen ja neljännessä keskelle. Kaikki skenaariot simuloidaan 100 ja 200 metrin tukiasemien välisellä etäisyydellä.
Verkon suorituskykyä mitattiin spektrin hyötysuhteen ja häiriöiden voimakkuuden avulla. Spektrin hyötysuhde oli enimmäkseen parempi kuin simulaattorin referenssiarvo. Järjestelmän häiriöiden taso oli suurempi skenaariossa, jossa asiakaslaitteet olivat yhden tukiaseman keilassa. Tukiasemien välinen etäisyys vaikutti skenaariosta riippuen, mutta sillä ei voitu todeta olevan suoraa vaikutusta käytettyihin mittareihin, eikä varsinkaan yksittäisiin RAN-siivuihin.