Исследование и разработка моделей и методов расчета допустимой абонентской нагрузки на участке абонентского радиодоступа сетей сотовой подвижной связи тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.12.14, кандидат наук Гершман, Игорь Рудольфович

• Гершман, Игорь Рудольфович
• кандидат наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат наук Гершман, Игорь Рудольфович

СОДЕРЖАНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 АНАЛИЗ ПРИНЦИПОВ ПОСТРОЕНИЯ И

ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СЕТЕЙ СОТОВОЙ

ПОДВИЖНОЙ СВЯЗИ

1.1 Типы и стандарты сетей сотовой подвижной связи

1.2 Принципы построения сетей сотовой подвижной связи стандартов МИТ и ОБМ

1.3 Особенности процесса обслуживания вызовов подвижного абонента

1.4 Показатели качества обслуживания вызовов на участке абонентского радиодоступа

1.5 Необходимость расчета допустимой абонентской нагрузки на участке абонентского радиодоступа сетей сотовой подвижной связи

1.6 Выводы по первой главе

ГЛАВА 2 МОДЕЛЬ И МЕТОДЫ РАСЧЕТА ДОПУСТИМОЙ

АБОНЕНТСКОЙ НАГРУЗКИ НА УЧАСТКЕ АБОНЕНТСКОГО РАДИО ДОСТУПА СЕТЕЙ СОТОВОЙ

ПОДВИЖНОЙ СВЯЗИ

2.1 Анализ существующих методов расчета

2.2 Математическая модель и методика расчета

2.3 Моделирование допустимой абонентской нагрузки на участке абонентского доступа радиодоступа. Анализ численных оценок результатов моделирования

2.4 Выводы по второй главе

МОДЕЛЬ И МЕТОДЫ РАСЧЕТА ВЕРОЯТНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОТОКА ОБСЛУЖИВАНИЯ ВЫЗОВОВ НА УЧАСТКЕ АБОНЕНТСКОГО РАДИОДОСТУПА С УЧЕТОМ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ПОДВИЖНЫХ АБОНЕНТОВ

3.1 Общие принципы обслуживания потока вызовов на участке абонентского радиодоступа с учетом влияния перемещения подвижных абонентов

3.2 Математическая модель и методика расчета

3.3 Моделирование вероятностных характеристик потока обслуживания вызовов. Анализ численных оценок результатов моделирования

3.4 Выводы по третей главе

ВОПРОСЫ ПРАКТИЧЕСКОЙ РЕАЛИЗАЦИИ МЕТОДОВ РАСЧЕТА

4.1 Применение методов расчета, разработанных в диссертационной работе, при частотном планировании сетей сотовой подвижной связи. Общие вопросы частотного планирования

4.2 Анализ факторов, определяющих структуру

частотного планирования

Методика расчета частотного планирования с учетом

разработанных методов расчета

Анализ численных оценок результатов частотного планирования

4.4.1 Стационарный режим

4.4.2 Режим перемещения подвижных абонентов из соты в соту

4.5 Рекомендации по частотному планированию сетей сотовой подвижной связи

4

4

4.6 Выводы по четвертой главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ЛИТЕРАТУРА

ПРИЛОЖЕНИЯ

ПЛ Определение критических значений вероятности отказа

обслуживания вызовов

П.2 Определение оперативной оценки значений величины

допустимой абонентской нагрузки

П.З Определение параметров частотного плана сетей

сотовой подвижной связи стандартов NMT-900 и

GSM 900

П.4 Определение вероятностных характеристик и среднего

значения числа ПС в исследуемой соте выбранного

фрагмента сети СПС с целью построения

номограмм

П. 5 Сведения о внедрении результатов диссертационной работы

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

автоматическая междугородная телефонная станция

автоматическая телефонная станция

абонентская установка

базовая станция

городская телефонная сеть

дополнительные виды обслуживания

заказные соединительные линии

контроллер базовых станций

линейный акустический сигнал "КОНТРОЛЬ ПОСЫЛКИ ВЫЗОВА"

- линейный акустический сигнал подсистема базовых станций подвижная станция соединительные линии соединительные линии междугородные сотовая подвижная связь телефонная сеть общего пользования узел входящих сообщений узел исходящих сообщений узел спецслужб

центр коммутации подвижной связи системный центральный контроллер час наибольшей нагрузки

6

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование и разработка моделей и методов расчета допустимой абонентской нагрузки на участке абонентского радиодоступа сетей сотовой подвижной связи»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. На современном уровне развития общества связь занимает одно из самых значимых мест, став неотъемлемой его частью. С каждым днем все больше ощущаются ограниченные возможности предоставляемых абонентам услуг связи, поскольку наличие телефакса и модема для передачи данных, существование компьютерной сети интернет является уже недостаточным для современного пользователя. Ему нужны новые дополнительные услуги, предоставляемые телефонной сетью, которые необходимы деловому пользователю и доступны широкому кругу населения. В настоящий момент одной из форм дальнейшего развития связи является развитие и внедрение систем наземной подвижной связи. Системы наземной подвижной связи отличаются многообразием систем и стандартов, причем наибольший интерес представляют сети сотовой подвижной связи (СПС). К настоящему моменту на территории России действует уже около 70 операторских компаний, имеющих лицензии на предоставление услуг сотовой связи [49].

В ряде регионов России можно встретить несколько операторских компаний, предоставляющих абонентам услуги сотовой связи различных стандартов. Это порождает условия жесткой конкуренции между операторами связи и необходимость совершенствования подхода к проектированию сетей СПС, когда необходимо предоставить абонентам сотовую связь с высоким качеством обслуживания вызовов.

На первое место переместился вопрос о возможности системы обеспечить требуемую емкость сети при наличии приоритетных ранее вопросов покрытия территории, качества и гибкости, затрат на проектирование и построение сети. Решая все эти задачи в комплексе, оператор может создать не только качественную, но и эффективную сеть СПС.

7

Проектирование сети СПС требует точных методов планирования. Именно поэтому в настоящее время уделяется большое внимание решению как научных, так и практических проблем при создании крупномасштабных сетей, методов и средств их проектирования.

При проектировании сетей СПС возникает необходимость нахождения оптимального варианта соотношения между эффективностью функционирования и сложностью системы, задаваемой численными параметрами и структурно - функциональным построением сети, что позволяет определить план дальнейшего ее развития.

В качестве показателей эффективности, наряду с экономическими расходами (капитальными затратами, эксплуатационными расходами), широко используется такой важный технический показатель, как пропускная способность, функционально связанная с абонентской емкостью сети СПС и величиной потерь. Абонентская емкость сети СПС прямо пропорциональна капиталовложениям в инфраструктуру сети и возможности оптимизации всего множества ее системных параметров, таких, например, как частотное планирование многократного использования частот. Следовательно, вопрос об абонентской емкости сети СПС заслуживает тщательного исследования.

Процесс проектирования состоит из ряда последовательных этапов, наиболее важным из которых является расчет допустимой абонентской нагрузки обрабатываемой как в пределах сот базовой станции, так и во всей сети СПС в целом, с учетом конкретных параметров и характеристик радиооборудования, а также с учетом перемещения подвижных абонентов.

Для обеспечения процесса проектирования необходимо разработать модели и методы расчета, алгоритмы анализа и оптимизации, провести имитационный эксперимент по моделированию сети СПС, построить прогностические модели абонентской нагрузки.

Настоящая диссертационная работа и посвящена вопросам создания комплекса математических и программных средств, направленных на

8

совершенствование расчетных методов, применяемых при проектировании сетей СПС, обеспечивающих их оптимальное построение и оптимальный выбор оборудования, функционирующего в условиях ограниченных ресурсов и реальной нагрузки.

Целью диссертационной работы является разработка моделей, методов и алгоритмов расчета допустимой абонентской нагрузки на участке абонентского радиодоступа сетей сотовой подвижной связи.

Процесс установления соединения подвижного абонента сети СПС с абонентом сети СПС или абонентом стационарной телефонной сети общего пользования требует выполнения последовательности обмена сигнальными сообщениями между компонентами сети СПС и, при необходимости, с АТС стационарной ТфОП. Известно, что на основе полос частот, отведенных для функционирования системы СПС, на участке абонентского радиодоступа (подвижная станция (ПС) -подсистема базовых станций (БС)) организуются радиоканалы, которые предоставляются абонентам для процесса установления соединений. Поток вызовов от/к подвижному абоненту носит случайный характер. Из-за случайного характера поступающего потока вызовов, обусловленного динамикой перемещения подвижных абонентов в сети СПС, при обслуживании вызова от подвижного абонента в сотах базовых станций может возникнуть ситуация отсутствия свободных радиоканалов. Это обуславливает отказ в доступе абонента к сети СПС и, следовательно, отказ в обслуживании вызова подвижного абонента, который характеризует качество обслуживания вызовов в системе СПС. Таким образом, участок абонентского радиодоступа, можно считать участком, часто вносящим наибольшие потери в процесс обслуживания вызовов, вследствие перегрузок отдельных фрагментов сети.

Показатели качества обслуживания вызовов в сети СПС задаются Рекомендациями Международного союза электросвязи (МСЭ-Т) в виде допустимых величин, которые определяют качество обслуживания

9

вызовов при взаимодействии сети СПС и стационарной ТфОП. При осуществлении соединений «из конца в конец» Рекомендации нормируют показатели качества обслуживания вызовов на двух, основополагающих участках сети СПС, которые численно определены следующими параметрами качества обслуживания вызовов:

- вероятность блокировки радиоканалов на участке абонентского радиодоступа ПС-БС, что составляет - 5 - 10%;

- вероятность блокировки вызовов при взаимодействии сети СПС и стационарной ТфОП, что составляет - до 1%.

Из всего вышеизложенного возникает необходимость разработки моделей и методов расчетов допустимой абонентской нагрузки, обрабатываемой БС, с учетом конкретных параметров и характеристик радиооборудования при заданном качестве обслуживания вызовов на участке абонентского радиодоступа с учетом влияния перемещения подвижных абонентов в сети СПС.

В связи с этим, основными задачами настоящей диссертационной работы являются:

1. исследование структурно-функционального построения сети СПС с целью определения критического участка сети с наибольшими потерями, возникающими в процессе обслуживания вызовов вследствие перегрузок на отдельных фрагментах сети. Выработка рекомендаций по улучшению качества обслуживания вызовов на критическом участке;

2. разработка моделей, методов и алгоритмов расчета допустимой абонентской нагрузки на критическом участке сети СПС с учетом параметров радиооборудования при заданном качестве обслуживания вызовов в системе;

3. исследование вероятностных характеристик перемещения абонентов в процессе обслуживания вызовов в сети СПС, с целью разработки моделей и методов расчета определения избыточной абонентской нагрузки для произвольного фрагмента сети СПС;

10

4. разработка рекомендаций по практической реализации результатов исследований, проведенных в диссертационной работе.

Методы исследования. Для исследований и разработки моделей и методов расчета использовались методы системного анализа, имитационного моделирования, теории вероятностей, теории массового обслуживания, математического программирования. Элементы сети СПС трактуются как системы массового обслуживания (СМО), а поток вызовов от/к подвижным абонентам - как поток заявок на обслуживание вызовов в СМО.

Научная новизна и основные результаты работы. В диссертационной работе получены следующие результаты, характеризующиеся научной новизной:

- введено понятие критического значения вероятности отказа обслуживания вызовов (ракр) и получены аналитические выражения для его определения. Определение ракр является первым этапом оценки допустимого значения абонентской нагрузки и позволяет указать границы диапазона изменения ее величины;

- разработана методика расчета допустимой абонентской нагрузки на участке абонентского радиодоступа сети СПС с учетом параметров радиооборудования при заданном качестве обслуживания вызовов в системе СПС, отличающиеся сочетанием использования имитационного моделирования и теории очередей;

- разработана методика расчета среднего значения числа абонентов в соте базовой станции (БС) с учетом вероятностных характеристик потока обслуживания вызовов при их перемещении в сети СПС;

- обоснован метод определения избыточной абонентской нагрузки для произвольного фрагмента сети СПС с учетом перемещения абонентов в сети с помощью номограмм. Номограммы разработаны на основе методов расчета среднего значения числа абонентов в соте БС с учетом вероятностных характеристик перемещения абонентов в сети СПС и

11

пригодны для практического инженерного применения;

- разработаны алгоритмы оптимизации частотного планирования сети СПС, позволяющие синтезировать схемы сетей СПС различных категорий сложности.

Практическая ценность работы состоит в следующем.

Осуществлена алгоритмизация процесса определения величины допустимой абонентской нагрузки на участке абонентского радиодоступа сети СПС с учетом конкретных параметров и характеристик радиооборудования, вероятностных характеристик перемещения абонентов. Созданы модели и методы расчета допустимой абонентской нагрузки в крупномасштабных федеральных сетях СПС стандартов NMT и GSM как в пределах сот БС, так и во всей сети в целом.

Разработаны и программно реализованы алгоритмы частотного планирования на основе моделей и методов расчета допустимой абонентской нагрузки на участке абонентского радиодоступа крупномасштабных сетей СПС.

Реализация и внедрение работы. Основные теоретические и практические результаты диссертационной работы используются в проектной деятельности операторских компаний услуг сотовой подвижной связи ЗАО "Волгоград Мобайл" (г. Волгоград) и ЗАО "Северо-Западный GSM" (г. Санкт-Петербург), а также внедрены в научно-исследовательских работах, проводимых Ленинградским Отраслевым Научно-Исследовательским институтом связи (ЛОНИИС) (г. Санкт-Петербург). Акты о результатах внедрения диссертационной работы приводятся в приложении к работе. Полученные в диссертационной работе результаты могут быть использованы:

- в планово - аналитической работе на сетях СПС стандартов NMT и GSM, а так же при частотном планировании сетей СПС указанных стандартов;

12

- при оценке эффективности и выборе оборудования подсистемы базовых станций на сетях СПС при их проектировании и модернизации.

Основные положения и рекомендации диссертационной работы доведены до практической реализации и использованы проектными и проектно-исследовательскими организациями. Акты внедрения приведены в приложении к диссертационной работе.

Фундаментальная теоретическая база для решения поставленных в диссертационной работе задач разработана отечественными и зарубежными учеными в области ТМО и систем СПС: А.П. Пшеничниковым, А.Д. Харкевичем, Б.С. Лившицем, Ю.Н. Корнышевым, М.А. Шнепс-Шнеппе, Я.С. Дымарским, Т. Саати, JI. Клейнроком, М.Дж. Кендаллом, А. Стьюартом, М. Моули, М. Бернадет и рядом других.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы были представлены в форме докладов и были одобрены на Международной конференции по информационным сетям и системам (Санкт-Петербург, 1996 г.), на Международном семинаре: "Информационные сети, системы и технологии" (Москва - Ярославль, 1997 г.), на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава СПбГУТ (1996 г. - 1999 г.), на Международной конференции по теории телетрафика: "Teletraffic theory as a base for Qos: monitoring, evolution, decisions" (Санкт-Петербург, ЛОНИИС, 1998 г.).

Основные положения, выносимые на защиту:

- обоснование введения понятия критического значения вероятности отказа обслуживания вызовов как первого этапа оценки допустимого значения абонентской нагрузки;

- математическая модель и методика расчета допустимой абонентской нагрузки на участке абонентского радиодоступа сети СПС с

13

учетом параметров радиооборудования при заданном качестве обслуживания вызовов в системе СПС.

- математическая модель и методика расчета среднего значения числа абонентов в соте базовой станции, учитывающие вероятностные характеристики потока обслуживания вызовов при перемещении абонентов в сети СПС.

- обоснование метода определения избыточной абонентской нагрузки для произвольного фрагмента сети СПС с учетом перемещения абонентов в сети с помощью номограмм.

Личный вклад автора в исследование проблемы. Основные научные положения, теоретические выводы и рекомендации, содержащиеся в диссертационной работе, получены автором самостоятельно.

Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 9 печатных работах.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, перечня библиографических источников и пяти приложений. Она изложена на 187 страницах машинописного текста, содержит 24 рисунка, шесть таблиц. Библиографический список содержит 75 наименований. Приложения изложены на 40 страницах.

Основное содержание работы.

Во введении обоснована актуальность темы исследования диссертационной работы, сформулированы цель и задачи работы, перечислены основные научные результаты диссертации, определены практическая ценность и область применения результатов, представлены основные положения, выносимые на защиту, и приведены сведения об апробации работы, кратко изложено ее содержание.

В первой главе рассматривается, с учетом многообразия систем и стандартов, и обосновывается новая классификация систем наземной подвижной связи. Рассмотрены получившие наибольшее распространение

14

стандарты сетей СПС первого и второго поколения с учетом перспектив их развития; детально рассматриваются основные принципы структурно-функционального построения федеральных сетей СПС России стандартов NMT и GSM. Для решения задач, поставленных в диссертационной работе, проводится анализ обобщенной диаграммы обслуживания вызовов, характерной для стандартов NMT и GSM, и определяется участок абонентского радиодоступа как критический участок сети, вносящий наибольшие потери в процесс обслуживания вызовов в системе. Исходя из этого, определено, что одним из основных показателей качества обслуживания вызовов на участке абонентского радиодоступа сети СПС является вероятность блокировки радиоканала, сформулированная как показатель качества обслуживания вызовов в рекомендации МСЭ-Т Е.771.

Формулируется необходимость расчета допустимой абонентской нагрузки на участке абонентского радиодоступа.

Во второй главе дается краткий обзор и сравнительный анализ известных результатов исследования методов расчета допустимой абонентской нагрузки сетей СПС на участке абонентского радиодоступа.

Наиболее близкой к проводимым исследованиям допустимой абонентской нагрузки, учитывающей параметры функционирования БС, является модель, предложенная в работе [6]. Невозможность использования точных методов расчетов допустимой абонентской нагрузки обусловила применение приближенных методов расчета. Сравнение точности формульных соотношений, полученных в диссертационной работе, с аналогичными результатами работы [6], показало их большую точность.

Получены аналитические выражения для вычисления значений допустимой абонентской нагрузки. Аналитические выражения доведены до форм, пригодных для практического инженерного использования.

На основе полученных аналитических выражений разработан алгоритм нахождения оперативной оценки значений величины

15

допустимой абонентской нагрузки. Предложенный алгоритм позволяет определить допустимую абонентскую нагрузку в соте БС сети СПС с учетом показателей качества обслуживания вызовов в сети СПС и ее фрагментах.

Исследованы численные оценки результатов моделирования допустимой абонентской нагрузки на участке абонентского радиодоступа.

В третьей главе исследуются вероятностные характеристики перемещения абонентов в процессе обслуживания вызовов в сети СПС. Исследования процесса обслуживания вызовов в сети СПС при перемещении абонентов позволили предложить модель данного процесса, основанную на многолинейных системах массового обслуживания с пуассоновским потоком на входе. Перемещение абонентов характеризуется скоростью, причем все направления перемещения предполагаются равновероятными. Соответствующей корректуре подвергаются существующие методы расчета допустимой абонентской нагрузки, поскольку в них перемещение абонентов не учитывается.

Разработана методика расчета определения среднего значения числа абонентов в соте БС с учетом вероятностных характеристик потока обслуживания вызовов при перемещении абонентов в сети СПС. Полученная методика расчета позволяет учесть такие существенные параметры, как скорость перемещения абонентов и радиусы сот исследуемого фрагмента сети СПС.

Предложен метод определения на основе номограмм избыточной абонентской нагрузки для произвольного фрагмента сети СПС с учетом перемещения абонентов. Предлагаемые номограммы пригодны для практического инженерного применения.

В четвертой главе на основании результатов, полученных в предыдущих главах, разработаны рекомендации по практической реализации результатов исследований диссертационной работы.

17

ГЛАВА 1 АНАЛИЗ ПРИНЦИПОВ ПОСТРОЕНИЯ И

ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СЕТЕЙ СОТОВОЙ ПОДВИЖНОЙ СВЯЗИ

1.1 Типы и стандарты сетей сотовой подвижной связи

Возрастающая потребность в новых информационных технологиях требует создания новых систем связи и реорганизации старых. Требования пользователей систем связи и возможности, предоставляемые новыми технологиями, определяют несколько основных направлений развития телекоммуникационных систем связи.

Одним из таких направлений развития являются наземные сети подвижной связи, в основу которых заложены принципы построения различных систем наземной подвижной связи. Такие сети позволяют быстро и эффективно обеспечить информационный обмен не только между абонентами этих сетей, но и осуществить их взаимодействие с абонентами фиксированной телефонной сети общего пользования (ТфОП).

Анализ тенденций развития сетей наземной подвижной связи [49], [67] во всем мире позволяет сделать вывод о том, что абонентская емкость таких сетей в ближайшие годы будет сопоставима с числом абонентов фиксированных сетей связи.

Основными направлениями в развитии сетей наземной подвижной связи являются разработка и внедрение единых международных систем и стандартов для создания на их основе единых международных сетей общего пользования.

На данный момент можно выделить три разновидности существующих и перспективных систем наземной подвижной связи, каждую из которых, в свою очередь, можно разделить на отдельные подсистемы, отличающиеся функциональным назначением и техническими характеристиками. Их классификация, приведенная на

18

рисунке 1, уточняет существовавшие ранее классификации [32], в связи с развитием и многообразием систем и стандартов.

Рисунок 1. - Классификация систем наземной подвижной связи

Особый интерес представляют радиотелефонные системы общего пользования. Сети радиотелефонной связи, построенные на основе таких систем, имеют полный или ограниченный доступ к телефонной сети общего пользования (ТфОП). Вследствие этого, становится возможным установление соединений, как между подвижными абонентами сети радиотелефонной связи, так и между подвижными абонентами и абонентами фиксированной телефонной сети общего пользования.

19

В настоящее время наибольшее распространение получили два вида сетей радиотелефонной связи - сети транкинговой радиотелефонной связи и сети сотовой подвижной связи (СПС).

Транкинговые сети радиотелефонной связи

Изначально, сети радиотелефонной связи предназначались для технологического использования в масштабах предприятия или использовались государственными службами. В принятой за рубежом классификации эти сети относятся к профессиональным системам радиовызова - PMR (Professional Mobile Radio). Иногда под обозначением PMR понимают частные системы подвижной радиосвязи - Private Mobile Radio. На Российских сетях связи такие системы получили название -транкинговые системы радиотелефонной связи. Название транкинговые системы радиотелефонной связи произошло от английского слова "trunking". Под термином "транкинг" ("trunking") подразумевается автоматическое распределение каналов и предоставление всем пользователям любого радиоканала из числа свободных радиоканалов [7].

Автоматическое распределение радиоканалов (АРК) дает возможность эффективно использовать радиоканалы и тем самым существенно снизить их перегруженность. Особенно это необходимо в зонах с большой нагрузкой, где метод АРК позволяет повысить, без каких-либо потерь, пропускную способность каждого радиоканала. Такой способ распределения радиоканалов является оптимальным, по сравнению с системами связи с закрепленными за абонентами радиоканалами связи.

Транкинговые сети радиотелефонной связи, в настоящее время, - это современные системы подвижной связи с широким спектром интеграции услуг, которые обеспечивают радиосвязью не только службы государственных структур, но и находятся в коммерческой эксплуатации.

Транкинговые сети радиотелефонной связи позволяют объединять абонентов сети в группы и, вследствие чего, основная нагрузка

20

(80-90%) распределяется внутри сети, т.к. абоненты этих групп, являясь представителями различных служб, имеют ограниченный доступ или не имеют доступа к ТфОП. Наряду с группами абонентов к сети могут быть подключены и отдельные подвижные абоненты, имеющие возможность выхода к местной, междугородной, международной сетям связи. Такая структура сети позволяет использовать ведомственные сети в коммерческих целях.

Хорошим примером может служить сеть делового обслуживания АО "АСВТ" г. Москвы (рисунок 2). На этой сети используется оборудование радиотелефонной связи "ACTIONET" производства фирмы Nokia Telecommunications Оу (Финляндия). Сеть предоставляет свои услуги коммерческим абонентам (с различными категориями доступа к ТфОП) и абонентам различных служб, бывшим пользователям отечественной системы "Алтай". Такое использование транкинговых систем радиотелефонной связи ставит выделенные сети на более высокую ступень развития, т.к., кроме новых технических решений и более высокого качества связи, они имеют ряд преимуществ, по сравнению с обычными ведомственными сетями (отечественная система "АЛТАЙ"), и позволяют говорить о таких сетях уже как о сетях общего пользования, которые стали составной частью ТфОП.

21

Сеть радиотелефонной связи МГТС

Рисунок 2. Структурная схема сети радиотелефонной связи АО "АСВТ" (г. Москва)

Необходимо отметить, что функционально возможности оборудования системы радиотелефонной связи несколько ограничены. Это связано с тем, что абонентские данные, которые хранятся в системном центральном контроллере (ЦКС), выполняющем функции коммутации системы, содержат информацию только об абонентах, обслуживаемых данной сетью радиотелефонной связи, т.е. отсутствует возможность обновления абонентских данных для обслуживания "блуждающего" абонента, приписанного к другому ЦКС аналогичной сети. Принцип обслуживания "блуждающего" абонента, приписанного к другому центру коммутации аналогичной сети, заложен в основу подвижной сети и получил название "роуминг" (roaming).

Поскольку транкинговые сети вышли на совершенно новый технологический уровень они получили широкое распространение и, соответственно, возможность применения как коммерческих сетей связи. В

22

этих условиях вопросы прослушивания и идентификации абонентских установок стали первоочередной задачей фирм - изготовителей. На данный момент многие фирмы уже обеспечивают безопасность прослушивания разговоров путем кодирования или ключевой маскировки передаваемых сообщений. Также рассматриваются вопросы включения в протоколы установления связи режимов аутентификации абонентов и идентификации абонентских станций, аналогично процедурам сотовых сетей подвижной связи.

Основной тенденцией в развитии транкинговых систем радиотелефонной связи является использование и совершенствование цифровых методов передачи. Перспективным направлением является переход от множественного доступа с частотным разделением каналов FDMA (Frequency Division Multiple Access) к временному (TDMA - Time Division Multiple Access) с повышенной скоростью передачи сообщений, обеспечивающей более высокое быстродействие при смене каналов связи.

В связи с тем, что транкинговые сети радиотелефонной связи отличаются многообразием реализаций в рамках одного стандарта при совместном использовании оборудования различных

Заключение диссертации по теме «Радиолокация и радионавигация», Гершман, Игорь Рудольфович

4.6 Выводы по четвертой главе

1. Обосновано применение методов расчета допустимой абонентской нагрузки для проведения частотного планирования сетей СПС.

2. Проанализированы факторы, определяющие структуру частотного планирования сетей СПС.

3. Проанализированы численные оценки результатов частотного планирования.

4. С учетом показателей качества обслуживания вызовов и вероятностных характеристик перемещения абонентов сформулированы рекомендации для проведения оптимизации процесса частотного планирования сети СПС.

137

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В процессе исследования и разработки моделей и методов расчета допустимой абонентской нагрузки на участке абонентского радиодоступа сетей СПС в диссертационной работе получены следующие новые теоретические и практические результаты:

1. На основании анализа обобщенной диаграммы обслуживания вызовов, характерной для систем стандартов NMT и GSM, определено, что качество обслуживания вызовов ухудшается при перегрузке на отдельных фрагментах сети, причем, наиболее критическим к перегрузкам является участок абонентского радиодоступа, вносящий наибольшие потери в процесс обслуживания вызовов.

2. Определено, что одним из основных показателей качества обслуживания вызовов на участке абонентского радиодоступа сети СПС является вероятность блокировки радиоканала, сформулированная как показатель качества обслуживания вызовов в рекомендации МСЭ-Т Е.771.

3. Введено понятие критического значения вероятности отказа обслуживания вызовов и получены аналитические выражения для его определения, что является первым этапом оценки допустимого значения абонентской нагрузки и позволяет указать границы диапазона изменения ее величины.

4. Разработана методика расчета вычисления допустимой абонентской нагрузки. Предложенная методика, предусматривая учет параметров и характеристик радиооборудования, доведена до формы, пригодной для практического инженерного использования. Основным математическим аппаратом полученных аналитических выражений, используемых в методике, является теория приближения функций.

5. На основе полученных аналитических выражений разработан алгоритм нахождения оперативной оценки значений величины допустимой абонентской нагрузки. Предложенный алгоритм позволяет

138 определить допустимую абонентскую нагрузку в соте БС сети СПС с учетом показателей качества обслуживания вызовов в сети СПС и ее фрагментах. Исследованы величины ошибок в расчетах, обусловленные использованием приближенных формул. Ошибки составляют несколько процентов, что является приемлемым и допустимым для инженерных расчетов.

6. Исследования процесса обслуживания вызовов в сети СПС при перемещении абонентов позволили предложить модель данного процесса, основанную на многолинейных системах массового обслуживания с пуассоновским потоком на входе.

7. Найдена математическая модель, описывающая процесс пересечений абонентами границ сот и определяющая интенсивность потоков вызовов в сети СПС при перемещении абонентов.

8. Разработана методика расчета определения среднего значения числа абонентов в соте БС с учетом вероятностных характеристик потока обслуживания вызовов при перемещении абонентов в сети СПС. Полученная методика расчета позволяет учесть такие существенные параметры, как скорость перемещения абонентов и радиусы сот исследуемого фрагмента сети СПС.

9. Предложен метод определения на основе номограмм избыточной абонентской нагрузки для произвольного фрагмента сети СПС с учетом перемещения абонентов. Предлагаемые номограммы пригодны для практического инженерного применения.

10. Обосновано применение методов расчета допустимой абонентской нагрузки для проведения частотного планирования сетей СПС.

11. С учетом показателей качества обслуживания вызовов и вероятностных характеристик перемещения абонентов сформулированы

139 рекомендации для проведения оптимизации процесса частотного планирования сети СПС.

140

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Гершман, Игорь Рудольфович, 1999 год

ЛИТЕРАТУРА

1. Андрианов В., Соколов А. Средства мобильной связи. -СПб.: «BHV-Санкт-Петербург», 1998.-256 е.: ил.

2. Башарин Г.П., Харкевич А.Д. Шнепс М.А. Массовое обслуживание в телефонии. - М.: Наука, 1968, 246с.

3. Быховский М.А. Исследование эффективности сотовых систем сухопутной подвижной связи с кодовым разделением каналов. //М.: Электросвязь. 1995. -№8.

4. Быховский М.А. Методика анализа ЭМС сотовых систем подвижной связи, развернутых в городах, с радиостанциями других служб. //М.: Электросвязь. 1993. - №8.

5. Быховский М.А. Сравнение различных систем сотовой подвижной связи по эффективности использования радиочастотного спектра. //М.: Электросвязь. 1996. - №5.

6. Быховский М.А. Частотное планирование сотовых сетей подвижной радиосвязи. //М.: Электросвязь. - 1993. - №8.

7. Гершман И.Р., Рерле Р.Д. Применение транкинговых систем радиотелефонной связи на Федеральной Взаимоувязанной сети связи России//М.: Электросвязь. 1996. -№11.

8. Гершман И.Р. Анализ моделей и методов расчета вероятностно-временных характеристик реализации процедуры «Handover» с учетом особенностей сетей СПС Российской Федерации. Международный семинар: «Информационные сети, системы и технологии», Москва - Ярославль, 1997г.

9. Гершман И.Р. Проектирование сетей сотовой связи с позиции СМО// 51-я Научно - техническая конференция. Санкт - Петербург, ГУТ им. проф. М.А. Бонч-Бруевича - 26-30 января 1998г. - стр. 19.

10. Гершман И.Р. Модели и методы расчета абонентской нагрузки при проектировании сетей сотовой подвижной связи//53-я Научная сессия,

141

посвященная дню радио. Москва - 20-21 мая 1998г.

11. Гершман И.Р. Модели и методы расчета абонентской нагрузки в сотовых сетях// Международная конференция по теории телетрафика «Teletraffic theory as a base for Qos: monitoring, evolution, decisions. Санкт -Петербург, ЛОНИИС, 01-07 июня 1998г. - стр. 293.

12. Гершман И.Р. Анализ моделей и методов показателей качества обслуживания вызова на участке абонентского доступа ССПС//52-Я Научно -техническая конференция. Санкт - Петербург, ГУТ им. проф. М.А. Бонч-Бруевича - 25-29 января 1999г.

13. Гершман И.Р. Опыт сертификации технических средств и услуг подвижной связи на ВСС России//52-я Научно - техническая конференция. Санкт - Петербург, ГУТ им. проф. М.А. Бонч-Бруевича - 25-29 января 1998г.

14. Гершман И.Р. «Сертификация сотовой подвижной связи в системе Электросвязь», Вестник связи №2 1999г.

15. Гнеденко Б.В., Коваленко И.Н. Введение в теорию массового обслуживания. -М.: Наука, 1966.-431 с.

16. Громаков Ю.А. Стандарты и системы подвижной радиосвязи. Технологии электронных коммуникаций - том 67// М. 1996.

17. Ю. Громаков Тенденции развития сотовых систем подвижной радиосвязи//М.: Электросвязь. 1993. -№8.

18. Данилов В.И. Сотовые телефонные сети стандарта GSM -СПб.: СПб ГУТ. 1996.

19. Джейке У.К. Связь с подвижными объектами в диапазоне СВЧ: Пер. с англ./ Под ред. М.С. Ярлыкова. - М.: Связь, 1979.-520

20. Диткин В.А., Прудников А.П. Интегральные преобразования и операционное исчисление. -М.: Наука, 1974, 407с.

21. А. Ездаков, С. Ленкин "Соты" России// М.: Сети. 1998. - №2.

22. Концепция развития в России до 2010 г. сетей сухопутной подвижной радиосвязи общего пользования// М.: Вестник связи. 1994. - №4.

142

23. Клейнрок JI. Теория массового обслуживания. - М.: Машиностроение, 1979, 432с.

24. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. - М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1984.-831 с.

25. А.Е. Крупнов Сети подвижной связи: причины отставания, пути развития//М.: Электросвязь. 1997. - №2.

26. Кучерявый А.Е, Ревелова З.Б., Парамонов А.И. Анализ результатов измерения нагрузки на сотовых сетях//М.: Электросвязь. 1997. - №7

27. Лившиц Б.С. Пшеничников А.П, Харкевич А.Д. Теория телетрафика. - М.: Связь, 1979. - 224 с.

28. Ope О. Теория графов. - М.: Наука, 1980, 336с.

29. «Основные положения развития Взаимоувязанной сети связи Российской Федерации на перспективу до 2005 года». Руководящий документ. Книга 5 - «Основные положения развития сетей подвижной связи». Утвержден решением ГКЭС России от 20.12.1995 г. №140

30. Парамонов А.И. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук «Модели абонентской нагрузки для современных услуг электросвязи»

31. Пенин П.И. Системы передачи цифровой информации. - М.: Сов. радио, 1976. - 336 с.

32. Пышкин И.М., Дежурный И.И., Талызин В.Н., Чвилев Г.Д. Системы подвижной радиосвязи //М.: радио и связь, 1986. - 328 с.:ил.

33. Ратынский М.В. Сотовая связь как система массового обслуживания//Санкт-Петербург: Мобильные системы. 1997. - №2

34. Саркисян А.Р. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук «Методы оценки вероятностно-временных характеристик функционирования сотовых сетей связи»

35. Таблицы интегральной показательной функции. -М.: Издательство АН СССР, 1954.- 301с.

36. Тамаркин В.М., В.Б. Громов, С.И. Сергеев, В.И. Мордачев, В.М. Козел, К.А. Ковалев Транкинговые системы радиосвязи. -М.: ЦНТИ "Информсвязь", 1997.

37. Трубин В.Н, Проничев М.Ю., Денисиков Д.А. Технико-экономическая оптимизация и планирование цифровых сотовых систем подвижной и персональной связи. /7М.: Электросвязь. 1993. - №8.

38. Хемминг Р.В. Численные методы. - М.: Наука, 1972, 400с.

39. Шнепс. М.А. Система распределения информации. - М.: Связь, 1979.-344 е., ил.

40. Шорин О.А., Николаев В.Т. Выделение групп интермодуляционно-совместимых частот для сотовых систем стандарта NMT-450. //М.: Электросвязь. 1995. - №8.

41. Шорин О.А. Метод частотно-территориального планирования систем подвижной радиосвязи. //М.: Электросвязь. 1993. - №10.

42. Штойян Д. Качественные своййства и оценки стохастических моделей. -М.: Мир, 1979, 268с.

43. Феллер В. Введение в теорию вероятности и ее приложения. Т. 1. -М.: Мир, 1967,- 498 с.

44. Bakry S.H. and Samarkandy M.K. Computer investigation of telephone-treffic capacity for cellular mobile radio systems.

45. Balson D.M.. Pan-European Cellular Radio: 1991 and all that Electronics and Communication. Engineering Journal. January/February 1989, p.p. 7-13.

46. Cawthorne N. GSM Set to Enter the International Cellular Market. -The 1991 PAN European Digital Cellular Radio Conference. 5/6 February 1991. Acropolis Conference Center Nice, France.

144

47. Chia S.T.S. Beyond the Second-Generation Mobile Radio Systems. //British Telecommunications Engineering, Jan. 1992.-Vol. 10.

48. Cox D.C. and Reudunk D.O. «Increasing channel occupancy in large-scale mobile radio systems: dynamic channel reasignment,» IEEE Trans. Veh. Technol., vol VT-22, pp.218-222, Nov, 1973.

49. Discovery// Nokia telecommunications magazine, volume 37, may 1995.

50. El-Dolil S. A., Wong W.-C., and Steele R. «Teletraffic performance of highway microcells with overlay macrocell,» IEEE J. Selected Areas Commun., vol. 7, pp. 71-78, Jan 1989.

51. Eriksson H., Gudmundson B. et. al., «Multiple access options for cellular based personal communications,» in Proc. IEEE Vehicular Technology Conf. VTC'93. Pp.957-962, May 1993.

52. Gamst A. Homogeneous distribution of frequencies in a regular hexagonal cell system. // IEEE Tr. VT - 29. - №3. 1980. - P. 317 - 325.

53. Goodman D. J. Cellular Packet Communications// IEE Transactions on Communications. - Vol. 38. - №8. - August. 1990. - P.P. 1272 - 1280.

54. Hale W.K. New spectrum management tools. // Proc. Int. Symp. on EMC. 1981.-P. 47-53.

55. Hideaki Yoshino and Hisayoshi Inamori Ntaffic analysis for control channel access protocols of mobile communication systems.

56. I C.-L., Greenstein L. J., and Gitlin R.D.. «A microcell/macrocell cellular architecture for low- and high-mobility wireless users.» IEEE J. Selected Areas Commun., vol. 11, pp. 885-891, Aug. 1993.

57. ITU-T: Telephone network and ISDN quality of service. Network management and traffic engineering. Network grade of service parameters and target values for circuit-switched land mobile services. Recommendation E.771. Geneva, 1993.

145

58. ITU-T: Telephone network and ISDN quality of service. Network management and traffic engineering. Network grade of service parameters and target values for circuit-switched services in the evolving ISDN. Recommendation E.721. Geneva, 1993.

59. Ko K.T. Calculations of call congestion in miultilayer cellular network.

60. Kahwa T.J. and Georganas N.D. «A hybrid channel assigment scheme in large-scale, cellular-structured mobile communication system,» IEE Trans. Commun., vol COM-26, pp. 431-438, Apr. 1978.

61. Kojovi™c M. Analiza Elemenata Kaji Uticu na Kvalitet Vereu Radiatelefonskoj Mrezi. - Naucnatehnicki pregled, 1972, t. 22, №1, str. 15-27.

62. Kolavennu V.R., Rappaport S.S. et. al., «Traffic performance characterization of a personal radiocommunication system,» Proc. Inst. Elect. Eng., vol. 133, pt. F, pp. 550-561, Oct. 1986.

63. Lee W. C. Y. Mobile cellular telecommunications systems. -Howard W. Sams & Co., 1989.

64. Madhavapeddy S., Kalyan B., Optimal paging in cellular mobile telephone systems//Elsevier Science B.V., 1994.

65. Masaharu Hata. Empirical formula for propagation loss in land mobile radio services // IEE Tr. VT-29.-№3. 980.-P. 317-144.

66. Mehrotra A., Cellular Radio: Analog and Digital Systems. Artech House. Boston-London. 1994, p.460.

67. Michel Mouly and Marie-Bernadette Pautet. The GSM System for Mobile Communications. Published by the authors, 1992.

68. Mobile Europe// The Wireless communications magazine for Europe, volume 11, november 1996.

69. Murata M. and Nakano E., «Enhancing the performance of mobile communications systems,» in Proc. IEEE Int. Conf. On Universal Personal Communicatiobs ICUPC'93, pp. 732-736.

146

70. Picken D. The GSM mobile-telephone network: technical features and measurement requirements// News From Rohde & Shwarz. - №1. 1992. - p.p. 28-31.

71. Rappaport S.S. «Blocking, handoff and traffic performance for cellular communication systems with mixed platforms,» Proc. Inst. Elec. Eng.. vol. 140, pt. I, pp. 389-401, Oct. 1993.

72. Sanjiv Nanda, Member IEEE Teletraffic models for urban and suburban microcells: cell sizes and handoff rates.

73. Siegmund M. Redl, Matthias K. Weber, Malcolm W. Oliphant In introduction to GSM. - Boston, London.: Artech House Inc., 1995.

74. Steele R. and Nofal M., «Teletraffic performance of microcellular personal communications networks,» Proc. Inst. Elect. Eng., vol. 139, pp. 448461, Aug. 1992.

75. Stephen S. Rappaport, Fellow, IEEE, and Long-Rong HU, student member, IEEE Microcellular Communication Systems with Hierarchical Macrocell Overlays: Traffic Performance Models and Analysis.

147