Исследование и разработка метода расчета пропускной способности радиотелефонных систем учрежденческой и диспетчерской связи

• Автор: Лупашко, Сергей Петрович
• Шифр специальности: 05.12.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 211 с.

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы. Одной из тенденций начала XXI века является перераспределение информационных потоков речевой информации в пользу сетей подвижной радиотелефонной связи (СПР). Предполагается, что к 2005 году в Европе будет 200 млн. мобильных абонентов при темпах роста 60% в год. К концу 2000 года в Российской Федерации насчитывалось 3,2 млн. мобильных абонентов, что соответствует 150% росту за год.
Особенностью существующих СПР общего пользования Российской Федерации является параллельная работа систем различного технологического уровня в отведенных полосах частотного диапазона, а также значительное тяготение к телефонным сетям связи общего пользования (ТФОП). Для реализации радиотелефонных систем учрежденческой и диспетчерской связи предназначены транковые системы радиального действия. Отличием транковых систем от других систем мобильной связи является реализация таких специальных услуг как диспетчерский вызов, групповой вызов с возможностью изменения состава группы, вызов в чрезвычайных ситуациях, передача коротких сообщений, а также обеспечение связи между пользователями в полудуплексном режиме, что повышает эффективность использования радиодиапазона.
В последних разработках цифровых транковых систем обеспечивается сквозная защита информации, повышены конфиденциальность и качество воспроизводства речи, реализованы дополнительные услуги, увеличено число разговорных каналов (каналов трафика) в радиоинтерфейсе, что позволяет перейти к дуплексному режиму связи, рекомендованному Министерством связи Российской Федерации для взаимодействия с ТФОП. За последние два года цифровые транковые системы общего доступа (PAMR - Public Access Mobile Radio), помимо служб общественной безопасности и муниципальных служб, развернуты в зарубежных аэропортах и на крупных предприятиях. По уровню услуг и качеству связи цифровые транковые системы TETRAII признаны конкурентноспо-собными относительно сетей универсальной телекоммуникационной системы третьего поколения UMTS/IMT-2000.
Новые технические решения в оборудовании цифрового стандарта DECT (Digital Enhanced Cordless Telecommunications) существенно увеличили число каналов трафика в радиоинтерфейсе. Стандарт DECT предназначен для реализации офисных систем связи в условиях высокой плотности абонентов, обеспечивает мобильность пользователей в производственных и жилых помещениях, облегчает монтаж и изменение структуры компьютерных сетей.
Выход на ТФОП в аналоговых транковых системах имеет незначительное число абонентов, внутрисистемный трафик достигает 95%. Для сравнения - доля внутрисистемного трафика в сотовых системах мобильной связи лишь в исключительных случаях поднимается до 15% от общего объема трафика. Операторы связи, использующие оборудование цифровых транковых стандартов и стандарта DECT, конкурируют с сотовыми сетями, предоставляя своим абонентам услугу доступа к ТФОП. Внутренний трафик цифровых систем учрежденческой и диспетчерской связи может снижаться до 50% и менее.
Качество обслуживания в СПР традиционно определяется такими показателями как отношение сигнал/шум, разборчивость речи, вероятность искажений при передаче речи и данных. Общий ресурс каналов трафика в радиоинтерфейсе предоставляется пользователям в режиме ожидания. Представление радиотелефонных систем учреж-денческой и диспетчерской связи в виде систем массового обслуживания (СМО) позво-ляет оценить их пропускную способность, выявить причины отказов в обслуживании.
Целью диссертации является исследование и разработка метода расчета пропускной способности радиотелефонных систем учрежденческой и диспетчерской связи, учитывающего особенности перехода к дуплексному режиму связи, дисциплину обслуживания с ожиданием, принципы организации управления, соотношение между внутренним и внешним трафиком, а также характеристики конкретных стандартов связи. Для достижения поставленной цели решаются следующие основные задачи: анализ характеристик стандартов радиотелефонной связи, перспективных для реализации цифровых систем учрежденческой и диспетчерской связи;
разработка математической модели функционирования системы учрежденческой и диспетчерской связи, учитывающей ограниченное время ожидания обслуживания в радиоинтерфейсе и возможность отказа в пучке каналов связи, на который направляются вызовы к телефонной сети общего пользования;
разработка компьютерных программ расчета вероятности потерь по вызовам и пропускной способности транковых систем связи;
разработка метода расчета пропускной способности учрежденческих и диспетчерских систем связи, учитывающего особенности обслуживания абонентов в полудуплексном и дуплексном режимах, различие в интенсивности обслуживания внутренних и внешних вызовов, степень замыкания внутренней нагрузки;
разработка имитационной модели функционирования радиотелефонной системы связи, учитывающей особенности перспективного для транковых систем.дуплекс-ного режима обслуживания абонентов.
Методы исследования. В основу проводимых исследований положены методы теории массового обслуживания, теории телетрафика, вычислительной математики и программирования.
Научная новизна работы заключается в следующем:
- разработана математическая модель радиотелефонной системы учрежденческой и диспетчерской связи, представленной как двухфазная система массового обслуживания с разным числом прибором на каждой фазе, возможностью замыкания нагрузки в пределах первой фазы и ограниченным временем нахождения заявок на обслуживание в системе. Фазы соответствуют радиоинтерфейсу и интерфейсу с телефонной сетью общего пользования. Разработанная математическая модель отличается тем, что учитывает возможность отказа абонентов от обслуживания при продолжительном ожидании, степень замыкания внутренней нагрузки;
- разработан метод расчета пропускной способности учрежденческих и диспетчерских систем мобильной связи, учитывающий состав абонентов, особенности использования дуплексного и полудуплексного режимов связи, различие в интенсивности обслуживания внешних и внутрисистемных вызовов, особенности включения диспетчерских служб;

С точки зрения пользователя у стандарта DECT имеются такие достоинства: повышенная экологическая безопасность (незначительное воздействие на организм человека из-за низкого излучения - 10мВт);
высокая защищенность от несанкционированного доступа; широкий выбор терминальных устройств, как с точки зрения услуг, так и с точки зрения дизайна;
ближайшие перспективы высокоскоростной передачи данных, а это и доступ в Интернет и мультимедийный приложения;
мобильность, благодаря перспективам взаимодействия DECT+GSM.
1.3. Анализ тенденций развития услуг связи при переходе к UMTS (Universal Mobile Telecommunications System)
Сети персональной связи могут быть реализованы в соответствии с одной из конкурентоспособных концепций [2,3,6,29,36,39];
- перспективные мобильные системы связи общего пользования Future Public Land Mobile Telecommunications System-FPLMTS, общие положения которых сформулированы в рамках международного Союза Электросвязи (ITU);
- универсальная мобильная система связи Universal Mobile Telecommunications System-UMTS , положения которой разработаны Европейским институтом по Телекоммуникационным стандартам .
В рамках европейской концепции развития 3-го поколения СПР предусматривается создание сетей UMTS на платформе и сетевых решения GSM, формирование совмещенных сетей GSM-900/DCS-1800, внедрение интеллектуальных сетей (IN), а также обеспечение режимов передачи данных со скоростью 100кбит/с на основе объединения временных интервалов TDMA кадров и пакетной передачи данных (GPRS -General Packet Radio Service). Архитектура UMTS рассчитана на поддержание различных радио-интерфейсов, в том числе и систем 2-го поколения. Ядром ее архитектуры является сеть радио-доступа, которая взаимодействует с различными системами, как уже действующими, так и возникающими в процессе перехода к мобильным сетям 3-го поколения. Обобщенная сеть UMTS образуется с действующими