Оценка качества сигнала мобильной сети при помощи приложения на ОС Android
Автор: Керенцева Н.Д., Солуянов Ф.В., Коробейникова А.М.
Журнал: НБИ технологии @nbi-technologies
Рубрика: Информационные технологии в безопасности и телекоммуникациях
Статья в выпуске: 4 т.18, 2024 года.
Бесплатный доступ
Статья посвящена возрастающей важности надежного сигнала мобильной сети в современной коммуникации. Качество сигнала варьируется в зависимости от таких факторов, как местоположение, инфраструктура оператора и условия окружающей среды. Традиционные методы оценки качества сигнала мобильных сетей, основанные на лабораторных исследованиях и специализированном оборудовании, не дают полного представления о реальных условиях эксплуатации. Для решения этой проблемы в исследовании представлено приложение на ОС Android, предназначенное для измерения и анализа качества сигнала в реальном времени. Ключевыми преимуществами являются широкий географический охват, автоматический сбор данных и возможность интеграции для всех пользователей. Приложение использует API Android для сбора данных о типе сигнала (например, 2G, 3G, 4G), его уровне (RSRP), информации об операторе и местоположении устройства. Собранные данные визуализируются на картах и могут сохраняться для дальнейшего анализа. Сравнительное исследование двух операторов, Билайн и Мегафон, показало различия в качестве сигнала на расстоянии 7 км. Результаты исследования подчеркивают потенциал пользовательских инструментов для создания подробных карт покрытия сигнала, что может быть полезно как потребителям, так и операторам мобильной связи для понимания реальных характеристик сети. Предложенный инструмент использует широкое распространение смартфонов, что позволяет собирать данные в большом масштабе и предоставлять реалистичный анализ производительности сетей. Решение улучшает возможности объективной оценки операторов и повышения удобства для конечных пользователей.
Оценка качества сигнала, мобильные операторы, приложение для мобильного устройства, производительность мобильных сетей
Короткий адрес: https://sciup.org/149147332
IDR: 149147332 | УДК: 621.396 | DOI: 10.15688/NBIT.jvolsu.2024.4.2
Текст научной статьи Оценка качества сигнала мобильной сети при помощи приложения на ОС Android
DOI:
Для решения проблемы по выявлению продуктов выстрела рекомендуют применение маркирующих веществ. Для повышения надежности обнаружения пороха и установления определенного вида боеприпаса применяют добавки редкоземельных элементов и их сплавы [3], маркирующую композицию на основе различных полиалкилсилоксанов [4]. Практика применения таких маркирующих добавок показала, что недостатков оказалось больше, чем преимуществ. Поэтому, поиск оптимального способа маркирования взрывчатых веществ является актуальной задачей, требующей своевременного решения.
Ранее был разработан способ маркировки пороха углеродными нанотрубками (УНТ) [5]. Высокоразвитая поверхностная структура углеродных нанотрубок позволяет их использовать в маркировке пороха и установления определенного вида боеприпаса. Модифицирование пороха углеродными нанотрубками можно осуществлять непосредственно смешением, как в готовый порох, так и при изготовлении пороха. При исследовании методом микроскопии следов продуктов сгорания пороха и углеродного нанотрубного материала были выявлены разнообразные агломераты на поверхности углеродных нанотрубок [1; 2]. На рисунках 1, 2 представлены результаты взаимодействия углеродных нанотрубок с продуктами сгорания бездымного пороха, которые были собраны с тканей – мишеней и исследовались на растровом электронном микроскопе (РЭМ). На рисунке 2а отчетливо видны продолгова-
Рис. 1. Результат отстрела пороха, маркированного УНТ из АК-74. Остаток пороха
а)
б)
Рис. 2. РЭМ изображения модифицированных углеродных нанотрубок и частиц следов продуктов выстрела, полученных при увеличении:
а – режим вторичных электронов (SE); б – режим отраженных электронов (BSE)
тые структуры в форме «червей», переплетенные между собой и преимущественно цилиндрической формы, что свидетельствует о наличии углеродных нанотрубок в продуктах сгорания бездымного пороха, полученных в режиме вторичных электронов (SE). Так же на изображении можно увидеть трех- и двухкомпонентные характерные частицы металлов округлой формы, которые более заметны в режиме отраженных электронов (BSE) (рис. 2б).
В дальнейшем проведено теоретическое исследование взаимодействия различных металлов продуктов выстрела пороха с внутренними и внешними поверхностями углеродной нанотрубки [6]. Для исследования адсорбционных возможностей атомов Al, Pb, Sb, Sn, Cu, Mg, Fe было рассмотрено два вида однослойных открытых кластера – (6,0) и (10,0). При работе с внутренним заполнением углеродных нанотрубок используется кластер, у которого один торец замкнут псевдоатомами водорода, а другой атомами углерода. Для исследования на внешней поверхности применяется кластер с псевдоатомами водорода на двух границах трубки. Основные сравнительные размерные характеристики кластеров пред- ставлены в таблице 1. Непосредственно моделирование процесса сорбции происходило при постепенном приближении атомов металла к внутренней и внешней поверхностям вышеупомянутых кластеров. Расчеты происходили в рамках расчетной схемы РМ6.
Нормировка полученных значений происходила по следующей формуле:
E = Ecalc– (Etub+ Eat), где Ecalc – энергия адсорбционного комплекса, полученная в результате расчетов; Etub– энергия чистой нанотрубки; E – энергия атома (Al, Pb, Sb, Sn, Cu, Fe, Mg).
Изучение процесса внутреннего заполнения рассматриваемых кластеров УНТ атомами алюминия, свинца, сурьмы, магния, олова, меди и железа происходило путем их постепенного приближения сквозь торец кластера к фиктивному атому, который находился внутри кластеров вдоль их главной продольной оси, до момента, когда они полностью занимали место фиктивного атома (рис. 3) и к атомам других металлов, расположенных внутри полости кластера (рис. 4).
Основные размерные характеристики УНТ
Таблица 1
|
Размер УНТ |
Тип хиральности |
Модификация кластера |
Число атомов |
Длина кластера, Å |
Диаметр УНТ, Å |
Радиус УНТ, Å |
|
(6,0) |
«zigzag» |
УНТ |
132 |
21,9 Å |
4,74 Å |
2,37 Å |
|
УНТ-[H] |
126 |
20,9 Å |
||||
|
(10,0) |
«zigzag» |
УНТ |
180 |
17,7 Å |
7,85 Å |
3,925 Å |
|
УНТ-[H] |
170 |
16,68 Å |
а)
б)
Рис. 3. Модель заполнения УНТ кластера размерами (6,0) (а) и (10,0) (б) атомами металлов
а) б)
Рис. 4. Модель заполнения УНТ кластера размерами (6,0) (а) и (10,0) (б) одним атомом металла к другому атому внутри полости УНТ
После проведенных расчетов построены профили поверхностей потенциальных энергий взаимодействия углеродной нанотрубки и атомов металлов. На рисунках 5, 6 приведены примеры профиля поверхности потенциальной энергии процесса внедрения атома алюминия в УНТ кластер размера (6,0) и атома меди в кластер УНТ размера (10,0)
Проведенные теоретические исследования позволяют сделать общий вывод для случаев присоединения атомов металлов к кластерам УНТ (6,0) и (10,0): для атомов алюминия, сурьмы, свинца, олова, магния, меди и железа внутреннее заполнение кластеров УНТ энергетически не выгодно.
Для исследования внешней адсорбции изучены два основных варианта положения адсорбируемых атомов над внешней поверхностью кластера: 1) над атомом углерода в гексагоне УНТ; 2) над центром гексагона УНТ. В указанных выше положениях процесс адсорбции моделировался посредством постепенного присоединения атомов металлов к поверхностям кластера. Присоединение атомов происходило к центру гексагона кластера УНТ; к атому внутри полости УНТ и к атомам C вдоль нормали, относительно продольной оси кластера (рис. 7).
На рисунке 8 показаны профили поверхностей энергии взаимодействия на примере атома сурьмы с внешней поверхностью кла-
Рис. 5. Профиль поверхности потенциальной энергии процесса внедрения атома алюминия в УНТ кластер размера (6,0)
Рис. 6. Профиль поверхности потенциальной энергии процесса внедрения атома меди в кластер УНТ размера (10,0)
а) б) в)
Рис. 7. Случаи положений атомов относительно поверхности кластера:
а – над атомом С кластера УНТ; б – над центром гексагона кластера УНТ(присоединение к фиктивному атому в центре гексагона); в – над центром гексагона кластера УНТ( присоединение к соответсвующему атому металла, расположенному в центре полости нанотрубки)
стера размера (6,0) для разных вариантов положения.
Как видно из результатов, минимумы энергий в первых двух случаях располагаются на расстоянии 2,2 Å и 1,9 Å соответственно и составляют –1,0526 эВ и –1,24 эВ, что говорит о энергетически выгодном расстоянии между двумя атомами и явлении химической адсорбции; на расстояниях 4,1 Å и 4,4 Å, соответственно, наблюдается вторая энергетическая яма с энергией –1,042 эВ и –1,132 эВ соответственно. Это говорит о наличии физической адсорбции. Для третьего варианта присоединения адсорбция энергетически выгодного положения не имеет.
На рисунке 9 показаны профили поверхностей энергии взаимодействия атома сурьмы с внешней поверхностью кластера размера (10,0) для разных вариантов положения.
Было определены минимумы энергий во всех случаях, они располагаются на расстоянии 2 Å; 2,2 Å и 2,2 Å соответственно и составляют –0,621 эВ и –0,638 эВ; 0,147 эВ, что говорит о энергетически выгодном расстоянии между двумя атомами и явлении химической адсорбции для всех трех случаев. На расстоянии
3,7 Å во втором случае наблюдается вторая энергетическая яма с энергией –0,558 эВ. Это говорит о наличии физической адсорбции. Ин-теркалирование атома сурьмы энергетически выгодно во всех рассмотренных случаях.
Проведенные теоретические исследования показывают практически во всех случаях интер-калирования металлов к исследуемым УНТ наличие как химической, так и физической адсорбции. Чаще всего реализуется хемосорбция, что можно объяснить индивидуальными свойствами используемых нанотрубок. Исходя из профилей поверхности потенциальных энергий для всех вариантов возможной адсорбции возникает потенциальный барьер между хемосорбцией и физической адсорбцией. В таблице 2 показаны основные электронно-энергетические параметры процесса адсорбции атомов металлов на внешней поверхности УНТ (6,0) и УНТ (10,0).
Таким образом, полученные результаты теоретического исследования сорбционного взаимодействия углеродных нанотрубок с продуктами выстрела бездымного пороха подтвердили полученный ранее экспериментальный материал.
Рис. 8. Профили поверхностей потенциальной энергии взаимодействия атома сурьмы с внешними поверхностями кластера УНТ размером (6,0) для трех вариантов положений:
1 – над атомом углерода в гексагоне трубки; 2 – над центром гексагона УНТ;
3 – через центр гексагона к атому внутри УНТ
Рис. 9. Профили поверхностей потенциальной энергии взаимодействия атома сурьмы с внешними поверхностями кластера УНТ размером (10,0) для трех вариантов положений:
1 – над атомом углерода в гексагоне трубки; 2 – над центром гексагона УНТ;
3 – через центр гексагона к атому внутри УНТ
Таблица 2
Основные электронно-энергетические параметры процесса адсорбции атомов металлов на внешней поверхности УНТ (6,0) и УНТ (10,0)
|
Металл |
Хиральность и размер УНТ |
Кластер |
Вариант положения адсорбции |
Хим. адсорбция |
Физ. адсорбция |
||||
|
Е а , эВ |
R 0 , Å |
ΔE, эВ |
Е а , эВ |
R 0 , Å |
ΔE, эВ |
||||
|
Al |
«zigzag» (6,0) |
УНТ |
1 |
–1,08 |
1,8 |
–0,164 |
–1,04 |
3,8 |
–0,124 |
|
2 |
–1,111 |
1,9 |
–0,241 |
–1,02 |
3,9 |
–0,15 |
|||
|
3 |
– |
– |
– |
–0,15 |
4,3 |
–2,415 |
|||
|
«zigzag» (10,0) |
УНТ |
1 |
–0,563 |
1,8 |
–0,14 |
–0,523 |
4,2 |
–0,104 |
|
|
2 |
–0,699 |
2 |
–0,235 |
–0,5894 |
4,3 |
–0,1254 |
|||
|
3 |
0,133 |
1,8 |
–0,984 |
– |
– |
– |
|||
|
Pb |
«zigzag» (6,0) |
УНТ |
1 |
– |
– |
– |
– |
– |
–– |
|
2 |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
|||
|
3 |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
|||
|
«zigzag» (10,0) |
УНТ |
1 |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
|
|
2 |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
|||
|
3 |
0,251 |
1,9 |
–2,396 |
– |
– |
– |
|||
|
Sb |
«zigzag» (6,0) |
УНТ |
1 |
–1,0526 |
2,2 |
–0,1466 |
–1,042 |
4,1 |
–0,136 |
|
2 |
–1,24 |
1,9 |
–0,353 |
–1,132 |
4,4 |
–0,245 |
|||
|
3 |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
|||
|
«zigzag» (10,0) |
УНТ |
1 |
–0,621 |
2 |
–0,189 |
– |
– |
– |
|
|
2 |
–0,638 |
2,2 |
–0,177 |
–0,558 |
3,7 |
–0,097 |
|||
|
3 |
0,147 |
2,2 |
–3,553 |
– |
– |
– |
|||
|
Cu |
«zigzag» (6,0) |
УНТ |
1 |
–0,293 |
2,2 |
–0,085 |
–0,349 |
4,5 |
–0,141 |
|
2 |
–0,294 |
2,1 |
–0,109 |
–0,3487 |
4,7 |
–0,1637 |
|||
|
3 |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
|||
|
«zigzag» (10,0) |
УНТ |
1 |
1,084 |
2 |
–0,172 |
1,101 |
3,7 |
–0,155 |
|
|
2 |
1,093 |
2 |
–0,202 |
1,113 |
4,1 |
–0,193 |
|||
|
3 |
1,775 |
2,2 |
–1,835 |
– |
– |
– |
|||
Окончание таблицы 2
|
Металл |
Хиральность и размер УНТ |
Кластер |
Вариант положения адсорбции |
Хим. адсорбция |
Физ. адсорбция |
||||
|
Е а , эВ |
R 0 , Å |
ΔE, эВ |
Е а , эВ |
R 0 , Å |
ΔE, эВ |
||||
|
Sn |
«zigzag» (6,0) |
УНТ |
1 |
–0,077 |
2,3 |
–0,057 |
– |
– |
– |
|
2 |
–0,0648 |
2,4 |
–0,0548 |
– |
– |
– |
|||
|
3 |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
|||
|
«zigzag» (10,0) |
УНТ |
1 |
–0,77 |
2,4 |
–0,0234 |
– |
– |
– |
|
|
2 |
–0,0779 |
2,3 |
–0,0261 |
– |
– |
– |
|||
|
3 |
0,12 |
1,7 |
–2,334 |
– |
– |
– |
|||
|
Mg |
«zigzag» (6,0) |
УНТ |
1 |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
|
2 |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
|||
|
3 |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
|||
|
«zigzag» (10,0) |
УНТ |
1 |
0,0391 |
2,3 |
–0,0789 |
– |
– |
– |
|
|
2 |
–0,019 |
2,1 |
–0,137 |
– |
– |
– |
|||
|
3 |
0,343 |
1,8 |
–1,2299 |
– |
– |
– |
|||
|
Fe |
«zigzag» (6,0) |
УНТ |
1 |
–0,134 |
1,5 |
–0,116 |
– |
– |
– |
|
2 |
–0,226 |
1,6 |
–0,208 |
– |
– |
– |
|||
|
3 |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
|||
|
«zigzag» (10,0) |
УНТ |
1 |
–0,221 |
1,8 |
–0,111 |
– |
– |
– |
|
|
2 |
–0,321 |
1,5 |
–0,221 |
– |
– |
– |
|||
|
3 |
–0,109 |
2,2 |
–0,289 |
– |
– |
– |
|||
Примечание. Для вариантов: 1 – к внешнему атому углерода УНТ; 2 – к центру гексагона УНТ; 3 – через центр гексагона к атому внутри УНТ; Еа– энергия адсорбции; R0– расстояние адсорбции; ДЕ – высота потенциального барьера.
Список литературы Оценка качества сигнала мобильной сети при помощи приложения на ОС Android
- Инструменты для разработчиков мобильных приложений Android - Разработчики Android // Android Developers : офиц. сайт. - Электрон. текстовые дан. - Режим доступа: https://developer.android.com. - Загл. с экрана.
- Романюк, В. А. Основы радиосвязи : учебник для вузов / В. А. Романюк. - М. : Изд-во Юрайт, 2024. - 288 с.
- Фрайман, З. Создание приложений для смартфонов и планшетов под ОС Android : практ. курс / З. Фрайман. - М. : ЛЕНАНД, 2021. - 504 c.
