Исследование и разработка метода обмена управляющей информацией на мобильных сетях тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.12.13, кандидат технических наук Козлова, Екатерина Сергеевна

• Козлова, Екатерина Сергеевна
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Козлова, Екатерина Сергеевна

Введение.

Глава 1. Анализ особенностей построения современных сетей сотовой подвижной связи (мобильных сетей).

1.1 Анализ развития сотовой связи.

1.2 Характеристики развития систем сотовой подвижной связи в России.

1.3 Исследование перспектив развития СПС.

1.3.1. СПС третьего поколения.

1.4 Особенности российского рынка СПС.

1.5. Исследование принципов построение и функционирования сотовых СПС.

1.5.1. Характеристики цифровых сотовых сетей подвижной связи.

1.5.2. Особенности построения цифровых СПС с макросотовой структурой.

1.5.3. Общая архитектура и алгоритмы функционирования систем сотовой связи.

1.5.4. Процедура установления и разъединения базового соединения в СПС при взаимодействии по сети ОКС-7.

1.6. Выводы по главе 1.

Глава 2. Разработка архитектуры сети СПС с распределенной системой баз данных.

2.1. Анализ методов адаптивной маршрутизации в сетях сотовой связи.

2.1.1. Анализ принципов динамического управления потоками информации.

2.1.2. Классификация методов маршрутизации в информационных сетях.

2.1.3. Особенности детерминированных методов адаптивной маршрутизации.

2.1.4. Особенности статистических методов адаптивной маршрутизации.

2.1.5. Комбинированные методы адаптивной маршрутизации.

2.2. Централизованные системы сотовой подвижной связи.

• 2.2.1. Обобщенный процесс регистрации и поиска абонента в сети СПС с централизованной системой баз данных.

2.2.1.1. Первичная регистрация.

2.2.1.2. Регистрация пользователя при перемещении посети.

2.2.1.3. Установление связи.

2.2.2. Исследование методов регистрации МТ на сети с централизованной иерархией баз данных.

2.2.2.1. Кэширование местоположения абонента.

2.2.2.2. Репродукция параметров пользователя.

2.2.2.3. Пересылка указателя.

2.2.2.4. Локальное закрепление.

2.3. Распределенные системы СПС.

2.3.1. СПС основанная на стандартной схеме.

2.3.2. Схема разбиения.

2.3.3. Игровой метод поиска МТ.

2.3.4. Распределенный метод регистрации. iф 2.3.4.1. Закрепление идентификационного номера за абонентом

Первичная регистрация).

2.3.4.2. Регистрация пользователя при его перемещении по сети.

2.3.4.3. Установление связи.

2.4. Принципы построения и функционирования сети сигнализации

ОКС-7.

2.5. Выводы по главе 2.

3. Анализ среднего времени пребывания заявки в системе обслуживания

• 3.1. Анализ влияния задержек передачи управляющей информации по сети управления на потери в информационной сети.

3.2. Анализ эффективности учёта времени установления соединения в сети.

3.3. Оценочное сравнение среднего времени пребывания заявки в системе обслуживания централизованного и распределенного принципов построения баз данных сети СПС.

3.4. Выводы по главе 3.

4. Исследование эффективности метода адаптивного управления распределением потоков управляющей информации на сети с распределенной иерархией баз данных.

4.1. Разработка метода оценки верхней и нижней границ надежности распределенной системы регистрации и поиска мобильного абонента сотовой сети.

4.2. Разработка обобщенного параметра надежности и принципа выбора маршрута.

4.3. Разработка методики динамического управления потоками сигнальной информации на сетях СПС с распределенной схемой построения БД.

4.3.1. Построение таблиц маршрутизации при адаптированном управлении распределением потоков информации на основе игрового метода управления.

4.4. Разработка имитационной модели сети СПС с адаптивной маршрутизацией.

4.5. Анализ эффективности метода адаптивного управления распределением потоков сигнальной информации на сети сотовой подвижной связи с учётом времени установления соединения.

4.6. Выводы по главе 4.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование и разработка метода обмена управляющей информацией на мобильных сетях»

Актуальность темы исследования. В сфере телекоммуникаций мобильная телефонная связь играет все возрастающую роль. Открываются новые коммерческие возможности, растет конкуренция. Проложить путь в это многообещающее будущее можно только за счет обеспечения плавного перехода от существующих систем к системам третьего поколения.

В следующем десятилетии в мире ожидается колоссальный прирост численности абонентов сетей мобильной связи. Азия станет наиболее важным регионом мобильного сообщества. На нее придется крупнейшая доля рынка подвижной связи.

По расчетам UMTS Form, только стандартом GSM к 2001 году пользовались более 500 миллионов абонентов [1, 2].

Абоненты мобильной связи во всем мире (Источник: UMTS Forum) Прочие страны Ш Северная Америка a ATP ■ Евросоюз

1800

1400

1000

800

400

1995

2000

2005

2010

При существующих методах управления сигнальной информацией, такое стремительное увеличение числа пользователей системой мобильной связи ведет к возникновению большого числа трудностей.

Одной из важнейших проблем является большая вероятность перегрузок и сбоев в работе сети, которые в свою очередь могут привести к большим финансовым потерям.

Учитывая все вышеизложенное можно утверждать, что тема исследований, связанная с разработкой методики обмена управляющей информацией в условиях современного роста числа абонентов, а так же сложности и объемов информации, актуальна.

Цель и задачи диссертационного исследования. Основной целью диссертационной работы является разработка и исследование метода обмена управляющей информацией на мобильных сетях.

Для реализации основной цели исследований в работе поставлены следующие задачи:

- провести анализ различных по структуре сетей сотовой мобильной связи;

- провести анализ используемых методов передачи управляющей информации на сетях с различными видами архитектуры;

- проанализировать влияние задержки при передаче управляющей информации на потери;

- разработать метод передачи управляющей информации с целью уменьшения времени установления соединения на сети мобильной связи;

- оценить и проанализировать характеристики сетей с различными видами архитектуры.

Объект исследования. Объектом исследования является сеть сотовой мобильной связи с разными иерархиями баз данных: централизованной и распределенной.

Теоретическая, методологическая основа и информационная база исследования. Исследование базируется на теоретических и методологических положениях.

Для проведения исследований использовались методы теории вероятностей, теории массового обслуживания, теории автоматической коммутации, теории сетей электросвязи, математической статистики, а также методы имитационного моделирования.

Для расчета оценочных характеристик использовались компьютерные программы, информационные технологии и специализированные прикладные программные продукты.

Источником исходной статистической информации являлись данные, публикуемые Государственным комитетом по статистике РФ, Министерством связи и информатизации, а также материалы периодической печати и источники Internet.

Научная новизна исследований, проведенных в диссертационной работе, состоит в следующем:

• Проведен аналитический обзор различных по структуре сетей сотовой мобильной связи;

• Проведен анализ используемых методов передачи сигнальной информации на сетях с различными видами архитектуры, который показал, что использование централизованной базы данных может привести к перегрузкам на сети сигнализации в зоне HLR;

• Проанализировано влияние задержки при передаче управляющей информации на потери вызовов в сети связи;

• Разработана схема построения сети сотовой мобильной связи с распределенной иерархией баз данных;

• Разработан метод передачи управляющей информации на сети мобильной связи с распределенной базой данных при регистрации и поиске мобильного абонента;

• Разработан метод динамического управления потоками сигнальной информации на сетях СПС с распределенной схемой построения БД.

• Разработан алгоритм применения игрового метода управления маршрутами при передаче сигнальной информации;

• Проведено оценочное сравнение характеристик сетей с централизованной и распределенной базами данных;

• Проведен анализ эффективности учёта времени установления соединения в сети сотовой мобильной связи;

• Разработан метод оценки верхней и нижней границ надежности распределенной системы регистрации и поиска мобильного абонента сотовой сети.

Практическая ценность работы и использование ее результатов.

Разработаны рекомендации по внедрению метода передачи управляющей информации на сети мобильной связи.

Результаты диссертационной работы использованы в ИППИ РАН при проведении госбюджетных и хоздоговорных работ, а также в учебном процессе МТУСИ. Результаты работы могут быть использованы в научно-исследовательских и проектных организациях при разработке новых и развитии существующих сетей СПС общего и специального назначения.

Апробация результатов работы. Основные результаты диссертации докладывались, обсуждались и получили положительную оценку на научном семинаре «Информационные сети и системы» в Российском научно-техническом обществе радиотехники, электроники и связи им.А.С.Попова (Москва), на III Международной конференции «Новые информационные технологии в образовании» (Минск), на Международной конференции посвященной новейшим компьютерным системам (Szczecin, Польша), на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского, научного и инженерно-технического состава(МТУСИ, Москва), на VI-й Международной конференции «Информационные сети и системы» (Санкт-Петербург).

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Аналитический обзор различных по структуре сетей сотовой связи и анализ методов передачи сигнальной информации;

2. Анализ влияния задержки при передаче управляющей информации на потери вызовов в сети связи;

3. Схема построения сети сотовой мобильной связи с распределенной иерархией баз данных;

4. Метод передачи управляющей информации на сети мобильной связи с распределенной иерархией баз данных при регистрации и поиске МА;

5. Метод динамического управления потоками сигнальной информации на сетях СПС с распределенной БД;

6. Оценочное сравнение времени установления соединения и параметра задержки на сетях с централизованной и распределенной БД;

7. Алгоритм применения игрового метода управления маршрутами при передаче сигнальной информации;

8. Метод оценки верхней и нижней границ надежности распределенной системы регистрации и поиска мобильного абонента сотовой сети. Публикации.

По результатам выполненных исследований опубликовано самостоятельно и в соавторстве 9 печатных работ. Личный вклад.

Все основные научные результаты, изложенные в настоящей диссертационной работе, получены автором лично.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Работа содержит 160 страниц машинописного текста, 44 рисунка, 7 таблиц. Список литературы включает 105 наименований.

Заключение диссертации по теме «Системы, сети и устройства телекоммуникаций», Козлова, Екатерина Сергеевна

4.6. Выводы по главе 4

Анализ используемых методов передачи сигнальной информации на сетях мобильной связи с различными видами архитектуры баз данных привел к сравнению показателей надежности связи сетей построенных по разным принципам управления.

Разработанный метод оценки верхней и нижней границ надежности показал, что предлагаемый распределенный принцип обеспечивает более высокую надежность, чем централизованный.

Исследовано применение игрового метода адаптивного управления распределением потоков вызовов на сети СПС с распределенным принципом построения баз данных. Оценка состояния сети ОКС-7 выполняется на основе вероятности попадания значения задержки в определенный интервал, не превышающий заданное значение задержки.

Заключение

В данной работе проведен анализ используемых методов передачи сигнальной информации на сетях с различными видами архитектуры, который показал, что использование централизованной базы данных может привести к перегрузкам на сети сигнализации в зоне HLR.

Разработана схема построения сети сотовой мобильной связи с распределенной иерархией баз данных и метод передачи управляющей информации на сети мобильной связи с распределенной базой данных при регистрации и поиске мобильного абонента.

Исследовано влияние сети управления на основе системы сигнализации ОКС-7 на эффективность обслуживания вызовов в сотовых сетях подвижной связи. Показано, что задержки в передаче управляющей информации по сети управления приводят к ухудшению качества обслуживания вызовов, а именно росту потерь и увеличению среднего времени установления соединения в сети.

Разработана и исследована модель влияния задержек в установлении соединения на качество обслуживания.

Проведен анализ эффективности учёта времени установления соединения в сети сотовой мобильной связи.

Исследованы результаты применения метода адаптивного управления потоками нагрузки, учитывающего изменения ситуации в сети ОКС-7. Данный метод позволяет совместно оценивать загрузку информационных каналов и каналов сети ОКС-7. Метод основан на теории игр автоматов и в отличие от известных методов управления не требует передачи служебной информации по сети, в том числе и по сети ОКС-7.

Разработан метод оценки верхней и нижней границ надежности распределенной системы регистрации и поиска мобильного абонента сотовой сети.

Список основных сокращений

На русском языке.

BJIH Временный локальный номер

ЗР Зона регистрации

ИСС Интеллектуальная сеть связи

МТ Мобильный терминал

НМИ Номер мобильной идентификации

СПС Сеть подвижной связи

СС № 7 Сеть сигнализации № 7

CP Сервер расположения

ТСОП Телефонная сеть общего пользования

УК Узел коммутации

На английском языке.

AT&T American Telephone&Telegraph

BS Base station

BSC Base station controller

CAMEL Customized Applications for Mobile Enhanced Logic

DECT Digital European Cordless Telecommunication

ETSI European Telecommunications Standarts Institute

GSM Global System for Mobile Communication

HLR Home location register

MSC Mobile Switching Centre

SS 7 Signal System №7

TMSI Temporary Mobile Subscriber Identity

UMTS Universal Mobile Telecommunications System

VLR Visitor location register

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Козлова, Екатерина Сергеевна, 2004 год

1. UMTS Forum, 1998, report № 5.2 «TheFuture Mobile Market». UMTS Forum, report 8,1999.

2. E. Kozlova, V. Lazarev, S. Reznicov «Distributed Allocation Mobile Subscribers in a Cellular Network» The Third International Conference on New Information Technologies in Education. State Economic University. Minsk, Belarus, 1998.

3. GPRS- пакетная передача данных в сетях GSM // Электросвязь, 2000, №5.

4. GSM 04.08. Mobile radio interface layer 3 specification

5. Guidelines for Evaluation of Radio Transmission Technologies for FPLMTS, ITU TG8/1, April 1996.

6. Ian F. Akyildiz, Joseph S.M.Ho "On Location Management For Personal Communications Network", Georgia Institute of Technology IEEE Communication Magazine, 1996.

7. IMT-2000. «Report ITU-R Task Group 8/1, Jersey», 9-20 November 1998.

8. Mohr W. «Impact of the ACTS Frames Project on the International Standardization of the UMTS Radio Interface». 5-й Бизнес-Форум «Мобильные системы-2000», 20-24 марта, М., 2000, т.2.

9. Mouly М., Paulet М. The GSM Systems for Mobile Communications, 1992.

10. Peters M. at al. «The Virtual Environment (VHE) Basic Concepts and Principals». 4rd ACTS Mobile Communications Summit, Sorrento, Italy, June 10-12,1999.

11. Schwartz M. Computer Communication Network Design and Analysis. -N. Y., Prentice-Hall. Inc., 1977.

12. Shneyderman A. «IP Based Mobile Networks, Architecture and Implementation». 5-й Бизнес-Форум «Мобильные системы-2000», 20-24 марта, М., 2000, т.2.

13. Авдеева Л. В. Подвижная связь в России // Электросвязь, 1996, № 7.17