Разработка метода расчета и построения сетей подвижной связи

• Автор: Кондратов, Антон Геннадьевич
• Шифр специальности: 05.12.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 182 с. : ил.

Введение
Актуальность проблемы обусловлена интенсивным развитием сетей подвижной радиотелефонной связи общего пользования (СПРС-ОП), в которых.реализуется широкий спектр услуг. Современный период развития сетей мобильной связи в Российской Федерации близок к периоду насыщения - количество абонентов мобильной связи превышает число пользователей фиксированной связи. Значительный дополнительный доход должны приносить новые мультимедийные услуги, для реализации которых требуется повышенная скорость передачи информации.
Особенностью сетей СПРС-ОП является мобильность пользователей и их неравномерное распределение на территории сети, а также необходимость оценки влияния мультимедийных приложений, для реализации которых требуется повышенная скорость передачи информации.
Быстрое развитие СПРС-ОП и конвергенция сетей мобильной.связи с сетями фиксированной связи определяют актуальность представления и исследования СПРС-ОП в виде многофазной системы массового обслуживания. Необходимая пропускная способность различных участков сети характеризуется интенсивностью нагрузки, пропущенной с заданным качеством, и может быть определена методами теории телетрафика. Требования к показателям качества предоставления телефонных услуг в СПРС-ОП задаются нормативами Министерства информационных технологий и связи Российской Федерации. Основными являются характеристики доступности: доля вызовов, получивших отказ в обслуживании; доля установленных соединений, прерванных сетью связи.
Современный этап развития СПРС-ОП Российской Федерации характеризуют: быстрое развитие спектра услуг в существующих сотовых сетях второго поколения 2G, промежуточного поколения 2.5G, поколений 3G и 4G;
одновременное функционирование сетей связи разных стандартов; высокая концентрация абонентов в Московском и Северо-Западном регионах; активная реализация операторскими компаниями региональных проектов. Подавляющее большинство абонентов в сетях сотовой связи Российской Федерации включены в системы стандартов GSM/GPRS (Global System for Mobile communications/ General Packet Radio Service) диапазонов 900 МГц и 1800 МГц поколений 2G/ 2.5G. Для диапазона 400 МГц перспективно внедрение оборудования с кодовым разделением каналов CDMA (Code Division Multiple Access). Эволюция сетей GSM идет в направлении развертывания сети третьего и четвертого поколений в Москве, Московском регионе, Санкт - Петербурге и других крупных городах России,

то есть в тех местах, где услуги поколений 3G и 4G будут наиболее востребованы. Предполагается, что действующие сети СПРС-ОП длительное время будут взаимодействовать с сетями поколений 3G и 4G.
В качестве объектов исследования в цифровых СПРС-ОП могут рассматриваться радиоинтерфейсы отдельных базовых станций и различные сетевые элементы, пропускная способность которых оказывает существенное влияние на качество обслуживания вызовов в целом. Информационный поток в радиоинтерфейсе базовой станции передается с высокой скоростью и формируется в соответствии с техническими особенностями и возможностями конкретного цифрового стандарта подвижной связи. Ресурс каналов радиоинтерфейса остается ограниченным, хотя общим свойством цифровых систем мобильной связи является рост числа каналов в радиоинтерфейсах базовых станций. Применительно к оценке показателей качества связи в радиоинтерфейсе стандартов технологий GSM и CDMA можно сослаться на исследования Невдяева Л.М., Быховского М.А., Фомина А.Ф., Гоцуляка А.Ф., Степановой И.В., Громакова Ю.А.
Диссертация посвящена исследованию современных подходов к анализу и синтезу цифровых систем мобильной связи и разработке метода расчета пропускной способности СПРС-ОП, позволяющего учесть влияние мобильности пользователей в условиях роста мультимедийного трафика.
Целью диссертации является разработка метода расчета пропускной способности СПРС-ОП с привлечением теории телетрафика, позволившего оценить и минимизировать влияние мультимедийного трафика на характеристики доступности. Для достижения поставленной цели решены следующие основные задачи: систематизированы подходы к оценке пропускной способности радиоинтерфейсов макросот и микросот СПРС-ОП методами теории телетрафика с учетом особенностей использования частотного ресурса внутри сот и характеристик цифровых стандартов мобильной связи;
на основе разработанной математической модели проведено исследование вероятностных характеристик радиоинтерфейса базовой станции в условиях объединения канальных структур для увеличения скорости передачи информации при реализации мультимедийных услуг;
разработана методика раздельного использования ресурса каналов при реализации обслуживания мультимедийных заявок, учитывающая особенности стандартов мобильной связи, степень проникновения мультимедийных услуг и перспективность стратегии подвижной границы для интеграции различных видов трафика.

Методы исследования. В основу проводимых исследований положены методы теории телетрафика, вычислительной математики и программирования. Научная новизна работы заключается в следующем:
разработанная математическая модель функционирования радиоинтерфейса базовой станции сети- подвижной связи позволила производить расчет характеристик обслуживания вызовов в радиоинтерфейсе базовой станции системы стандартов GSM и CDMA с учетом группового характера предоставления каналов для реализации мультимедийных услуг;
установлено, что объединение нескольких каналов в единый цифровой поток, выполняемое с целью снижения общего времени передачи информации, существенно повышает вероятность отказов в обслуживании групповой заявки;
разработан метод раздельного использования ресурса каналов при введении группового обслуживания мультимедийных заявок, который- предусматривает использование стратегии подвижной границы при обслуживании трафика телефонии и трафика пакетной коммутации;
обоснована- необходимость введения раздельного контроля интенсивности поступления вызовов, требующих одиночного и группового обслуживания, в целях использования результатов такого контроля для активизации различных защитных методов или изменения емкости пучка группового обслуживания.
Основные положения, выносимые на защиту:
формализованное представление-процесса поступления и обслуживания вызовов в радиоинтерфейсе базовой станции в виде математической модели, позволяющее учесть особенности предоставления мультимедийных услуг;
математическая модель радиоинтерфейса базовой станции сети подвижной связи в виде полнодоступной системы массового обслуживания с групповым поступлением заявок на обслуживание позволяет учесть неравномерное распределение пользователей по территории сети и влияние мультимедийных приложений;
разработан метод повышения пропускной способности цифровых сотовых сетей подвижной связи, позволяющий решать задачи анализа и синтеза сетей с учетом интенсивности трафика и доли трафика мультимедийных приложений.
Личный вклад. Теоретические и практические исследования, расчеты и проведенное моделирование на персональном компьютере, а также полученные из них выводы и рекомендации получены автором лично.
Практическая ценность. Разработанная в диссертации математическая модель обслуживания вызовов в цифровой сотовой сети подвижной связи позволяет

В России ожидается обострение конкурентной ситуации по следующим направлениям деятельности:
а) мобильные операторы активизируются в борьбе за лицензии сетей поколения 3G;
б) традиционные операторы и провайдеры услуг IP-телефонии внедряют мультисер-висные сети для привлечения или удержания абонентов широким спектром услуг.
Например, в настоящее время во многих странах начали активно оказываться конвергентные фиксированно-мобильные услуги (Fixed Mobile Convergence). Например, в США такие услуги оказывает оператор Т- Mobile US, используя собственную сеть доступа Wi-Fi. Точки доступа T-Mobile размещены в общедоступных местах. В Европе конвергентные услуги оказывают операторы British Telecom, France Telecom и TeliaSonera. Причем тарифы на телефонную связь по сети Wi-Fi стали ниже, чем тарифы на сети фиксированной связи. Абоненты готовы переходить на новые услуги, что позволяет экономить до 20% от нынешних расходов, невзирая на дополнительные расходы. Например, для перехода-на новые услуги абонентам нужно подписаться на услуги Wi-Fi (в среднем, 10 долл. США), приобрести точку доступа Wi-Fi (40-60 долл. США) и телефон (200-500 долл. США). Ряд исследователей предполагает [1, 6, 29, 76, 77, 78, 80], что беспроводная индустрия будет определяться тремя вещами: во-первых, тем, насколько успешно операторы мобильной связи будут внедряться на. рынок услуг голосовой фиксированной связи; во-вторых, их заинтересованностью в услугах, приносящих не слишком много прибыли на мегабит переданной информации (таких, как широкополосный доступ в Интернет); в-третьих, степенью развертывания широкополосных систем W-CDMA по сравнению с альтернативными решениями.
Одновременно с обострением конкуренции растет понимание того, что ни один оператор не в состоянии самостоятельно обеспечить любой пакет услуг связи любому, пользователю. Отсутствие необходимой инфраструктуры связи, способствует развитию сотрудничества между операторами сетей фиксированной и мобильной связи, созданию сервис - компаний, интегрирующих услуги различных сетей связи. Например, девиз конвергенции сотовых сетей мобильной связи и корпоративных сетей связи; отличающихся высоким уровнем развития и привлечением бизнес - пользователей с набором наиболее современных устройств (рис. 1.11), можно определить так: «нужен единый номер и определенный набор услуг» [12, 85].