автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.13, диссертация на тему:Исследование и разработка алгоритмов обслуживания разноскоростных потоков требований сетью радиодоступа

На правах рукописи

Гринь Евгений Юрьевич

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ ОБСЛУЖИВАНИЯ РАЗНОСКОРОСТНЫХ ПОТОКОВ ТРЕБОВАНИЙ СЕТЬЮ РАДИОДОСТУПА

Специальность 05.12.13. - Системы, сети и устройства телекоммуникаций

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2006

Работа выполнена на кафедре Информационных технологий и систем Московского технического университета связи и информатики (МТУСИ)

Научный руководитель: кандидат технических наук, профессор

Малиновский С.Т.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Минкин В.М.

кандидат технических наук, доцент

Степанова И.В.

Ведущая организация: ГСПИ РТВ

Защита состоится "¡Л^гу^а^.2006г. в ч. в ауд.^^на

заседании диссертационного совета К219.001.03 в Московском техническом университете связи и информатики по адресу: 111024, Москва, ул. Авиамоторная, дом 8-а, МТУСИ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МТУСИ. Автореферат разослан " «^¿¿р^^-ШЬ г.

Ученый секретарь

диссертационного совета К 219.001.03

кандидат технических наук,

доцент Поб°Рчая НЕ-

^с/^ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы

В настоящее время для организации доступа абонентов к сетям связи используются различные технологии, в том числе и радиодоступ. Под радиодоступом понимают предоставление доступа к телефонным сетям общего пользования, к сетям передачи данных, к сети Интернет и т.п. посредством радиосвязи с качеством, не уступающим проводным системам связи. Для организации радиодоступа могут использоваться системы, основанные на различных стандартах радиоинтерфейса. В настоящее время радиодоступ обеспечивает высокую оперативность развертывания связи, причем особенный эффект достигается, если прокладка кабельных каналов связи невозможна или связана со значительными затратами.

Для систем радиодоступа согласно установленному в РФ распределению полос частот между радиосредствами различного назначения выделены специальные диапазоны радиочастот. Выделенный диапазон радиочастот ограничен, поэтому необходимо повышать эффективность его использования. Одним из путей повышения эффективности использования радиочастотного спектра может быть разработка и применение соответствующих алгоритмов обслуживания потоков требований, поступающих в сеть радиодоступа. При этом следует отметить, что в данной диссертации не исследуются различные другие традиционные пути повышения использования радиочастотного спектра.

В настоящее время наблюдается рост потребности в услугах, относящихся к передаче неречевого трафика, и новых широкополосных услугах, связанных с передачей по каналам связи телевизионных программ, видеоконференций, различного рода мультимедийных услуг и т.п. Эти тенденции отражаются и в развитии современных сетей радиодоступа, в которых обеспечивается передача различных типов трафика. В сети радиодоступа поступают разноскоростные потоки, для обслуживания которых необходимы различные скорости передачи и соответствующие сетевые ресурсы. Трафик, образуемый разноскоростными потоками, называется разноскоростным трафиком.

При обслуживании разноскоростных потоков требований

характеристики качества обслуживания для отдельных потоков могут

значительно различаться между собой и сиг нрннятых-норм. Существующие

СОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ i ~ БИБЛИОТЕКА j

Gflerapfiypr /Л*, 09 S ^

алгоритмы обслуживания не позволяют решить обе задачи (увеличение эффективности использования радиочастотного спектра и выравнивание характеристик качества обслуживания разноскоростных потоков), а.в ряде случаев их применение может приводить к снижению использования канального ресурса. Поэтому разработка алгоритмов обслуживания разноскоростных потоков требований в сети радиодоступа, улучшающих использование каналов сетей радиодоступа и позволяющих выровнять качество обслуживания требований для разных потоков, составляющих разноскоростной поток, является актуальной задачей.

Данная задача решается применительно к сетям фиксированного радиодоступа.

Цель работы и задачи исследования

Целью диссертационной работы является исследование и разработка алгоритмов обслуживания разноскоростных потоков требований сетью радиодоступа.

Задачами исследования являются:

1. Анализ использования радиочастотного спектра, принципов организации сетей и систем радиодоступа, характеристик трафика, поступающего на обслуживание в сеть радиодоступа.

2. Определение показателей оценки качества обслуживания абонентов и работы сетей радиодоступа.

3. Анализ известных алгоритмов обслуживания потоков требований.

4. Разработка алгоритмов обслуживания разноскоростных потоков требований сетью радиодоступа.

5. Аналитическая оценка использования канального ресурса и качества обслуживания разноскоростных потоков требований сетью радиодоступа при существующем алгоритма обслуживания (без введения предложенных алгоритмов).

6. Разработка имитационной модели обслуживания сетью радиодоступа разноскоростных потоков требований с учетом предложенных алгоритмов.

7. Оценка эффективности предложенных алгоритмов по разработанным критериям.

8. Разработка рекомендаций по использованию предложенных алгоритмов.

Методы исследования

Теоретические и экспериментальные исследования, проведенные в диссертации, основаны на применении теории массового обслуживания, теории вероятностей, математической статистики, теории телетрафика и имитационного моделирования.

Научная новизна

Научная новизна данной работы заключается в следующем:

1. На основании анализа использования радиочастотного спектра, принципов построения существующих сетей радиодоступа и поступающего в сеть трафика, на качественном уровне обоснована необходимость разработки алгоритмов обслуживания разноскоростных потоков требований, позволяющих улучшить использование радиочастотного спектра.

2. Предложены оценочные показатели работы алгоритмов обслуживания потоков требований (в том числе и разноскоростных): использование канального ресурса, индивидуальные потери для различных видов трафика, средние вероятности потерь по вызовам и по нагрузке, среднее время ожидания для ожидающих требований.

3. Разработаны алгоритмы обслуживания разноскоростных потоков требований, поступающих в сеть радиодоступа, позволяющие улучшить использование канального ресурса сети радиодоступа и выровнять качество обслуживания различных требований по вероятности потерь; определены области применения предложенных алгоритмов.

4. Показано, что сеть радиодоступа без применения разработанных алгоритмов обслуживания может быть описана моделью полнодоступной системы массового обслуживания с конечным числом обслуживающих приборов, на которую поступает пуассоновский поток неординарных требований нескольких типов.

5. Доказано, что при определении характеристик качества обслуживания разноскоростных потоков с помощью разработанной аналитической модели, потоки с разной длительностью обслуживания и с одинаковой скоростью передачи можно заменить одним потоком, что позволяет упростить выполнение расчетов.

6. Разработана имитационная модель сети радиодоступа, учитывающая предложенные алгоритмы обслуживания разноскоростных потоков

5

требований, поступающих в эту сеть, которая может быть использована для установления параметров алгоритмов обслуживания разноскоростных потоков, определения характеристик качества обслуживания разноскоростных потоков требований и оценки использования канального ресурса.

7. Доказана эффективность предложенных алгоритмов по разработанным критериям эффективности и оценочным параметрам.

Практическая ценность работы

Разработанные алгоритмы обслуживания разноскоростных потоков требований и рекомендации по их применению могут быть использованы в сетях радиодоступа и в других типах сетей с ограниченным ресурсом обслуживания. Разработанная имитационная модель и соответствующее программное обеспечение могут быть использованы для выбора параметров алгоритмов и определения качества обслуживания абонентов и работы сетей, в которые поступают разноскоростные потоки.

Вклад автора в исследование проблемы

Все результаты, представленные в работе, получены автором лично в ходе проведенных исследований.

Использование результатов работы

Основные теоретические положения и практические результаты диссертационной работы были использованы:

■ в цифровой сети ОАО «Телеком», где применение предложенного алгоритма позволило увеличить использование канального ресурса на 16-28%, уменьшить разницу потерь потоков до 2 (акт внедрения);

■ при проведении научно-исследовательских работ в научно-исследовательской части (НИЧ) МТУ СИ (акт внедрения);

■ в учебном процессе при чтении лекций по курсам «Основы управления и проектирования сетей ДЭС», «Основы построения сетей ДЭС» (акт внедрения).

Апробация работы

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на конференции Международной академии связи (г. Москва, 2004г.), научно-технической конференции профессорско-преподавательского и инженерно-технического состава МТУ СИ (г. Москва 2005 г.), IV международной научно-технической конференции «Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения» (INTERMATIC - 2005).

Публикации

Основные результаты диссертационной работы опубликованы в материалах научно-технических конференций, научных журналах, депонированы в ЦНТИ «Информсвязь» - всего 11 работ.

Основные положения, выносимые на защиту

1. В сетях радиодоступа, в связи с дефицитом радиочастотного спектра, необходимо повышать эффективность его использования; одним из путей повышения эффективности использования радиочастотного спектра является разработка и применение соответствующих алгоритмов обслуживания поступающих в сеть радиодоступа разноскоростных потоков требований.

2. Разработанные алгоритмы обслуживания разноскоростных потоков, поступающих в сеть радиодоступа, позволяют улучшить использование канального ресурса сети радиодоступа и выровнять качество обслуживания разноскоростных потоков требований по вероятности потерь.

3. Для оценки алгоритмов обслуживания разноскоростных потоков требований в сетях радиодоступа следует применять следующие показатели: использование канального ресурса, средние потери по вызовам и по нагрузке, индивидуальные потери отдельных потоков.

4. Сеть радиодоступа может быть описана моделью полнодоступной системы массового обслуживания с конечным числом обслуживающих приборов, на которую поступает пуассоновский поток неординарных требований нескольких типов.

5. При проведении расчетов по определению характеристик качества обслуживания абонентов и работы сети с помощью разработанной аналитической модели, потоки с разной длительностью обслуживания и с одинаковой скоростью передачи можно заменить одним потоком, что позволяет упростить выполнение расчетов.

6. Разработанная имитационная модель сети радиодоступа позволяет устанавливать параметры алгоритмов обслуживания разноскоростных потоков, определять характеристики качества обслуживания разноскоростных потоков требований и давать оценку использования канального ресурса.

7. Разработанные рекомендации по использованию алгоритмов в сетях радиодоступа с ограниченным ресурсом следует использовать для определения условий, в которых алгоритмы наиболее эффективны, и при установлении норм по качеству обслуживания разноскоростных потоков требований, поступающих в сеть радиодоступа.

Объем работы

Диссертационная работа содержит 143 страницы основного текста, 3 приложения на 19 страницах, 60 рисунков и графиков, 64 таблицы. В списке литературы 82 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснован выбор темы диссертации, ее актуальность, новизна, цель и задачи исследования, определены структура и объем диссертации, а также перечислены научные и практические результаты работы, выносимые на защиту.

В главе 1, с целью определения необходимости разработки алгоритмов обслуживания потоков, позволяющих повысить использование радиочастотных ресурсов сетей радиодоступа, произведена оценка использования радиочастотного спектра в сетях радиодоступа и установлен его дефицит практически во всех диапазонах.

Проведен анализ этапов развития систем и сетей радиодоступа. Показаны особенности и возможности каждого этапа развития. Первое поколение систем радиодоступа - это аналоговые средства доступа к

аналоговым автоматическим телефонным станциям. Ко второму поколению систем радиодоступа относятся узкополосные цифровые системы радиодоступа к цифровым и аналоговым АТС, которые появились благодаря повышению требований к качеству передачи речи и в связи с ростом потребностей в передаче данных. В системах третьего поколения используются способы передачи информации (например, речь, данные, видеоизображения) с применением пакетной коммутации. Системы радиодоступа третьего поколения направлены на предоставление услуг передачи данных и речи с присоединением к телефонным сетям общего пользования и сетям передачи данных общего пользования. С помощью систем четвертого поколения предполагается предоставлять услуги: передачи данных, подключения к сети Интернет, телефонии, передачи видео- и телеизображений в реальном масштабе времени, мультимедийной информации. В оборудовании пятого поколения планируется решить следующие проблемы: дальнейшее развитие оборудования в направлении адаптивности на всех уровнях модели 081, глобализации, индивидуализации. Скорости, которые предполагается обеспечить на одного абонента в оборудовании пятого поколения, составляют до 100 Мбит/с.

На основании анализа принципов построения различных систем и сетей радиодоступа (абонентского радиодоступа (АРД) и высокоскоростного радиодоступа (ВРД)) определено функциональное устройство, которое реализует принятые в настоящее время для этих сетей алгоритмы обслуживания. Этим устройством является управляющий контроллер (УК), который может входить (в зависимости от системы радиодоступа) в состав центральной станции, базового радиоблока, базовой станции, либо быть вынесенным устройством.

Проведен анализ характеристик трафика, поступающего в сеть радиодоступа. Анализ проводился на основе данных, полученных от оператора сетей и материалов литературных источников. В результате сделан вывод о том, что в сети радиодоступа поступают на обслуживание разноскоростные потоки требований. При этом, полоса частот, необходимая для обслуживания одного требования, может находиться в широких пределах, достигая ЗОВ.

На сети радиодоступа оператора связи проводилось обследование с целью определения средней длительности сеанса связи (средней

длительности обслуживания), необходимой для передачи трафика определенного типа, и распределения длительностей сеанса связи (длительности обслуживания). Обследование проводилось для трафика двух типов: трафика со скоростью передачи 2В (128 Кбит/с), трафика со скоростью передачи ЗОВ (»2 Мбит/с). Предварительная оценка показала, что распределение длительностей сеанса связи для трафика этих типов подчинено показательному закону распределения. Результаты исследования подтвердили это оценку. Так, на рис.1 приведены экспериментальная кривая распределения длительности вызовов со скоростью 2В и теоретическая кривая, соответствующая показательному закону распределения. Проведенный анализ по критерию Пирсона показал, что трафик со скоростью 2В соответствует показательному распределению с критерием значимости 0,9312. Аналогичное исследование для трафика со скоростью ЗОВ показало соответствие показательному распределению с критерием значимости 0,8445.

§

§ 1000 1

§ 900 -л

а §

Экспериментальная Теоретическая

♦ V»1! • I • I • . • I •

240- 280- 320- 360260 300 340 380 интервал, сек.

Рис.1. Диаграмма и функции плотности распределения длительности обслуживания для трафика со скоростью передачи ЗОВ.

В главе 2 разработаны алгоритмы обслуживания разноскоростных потоков требований.

С этой целью произведен анализ показателей, используемых для оценки качества обслуживания абонентов и работы сетей радиодоступа. Установлены показатели качества обслуживания, по которым необходимо проводить оценку алгоритмов обслуживания потоков требований. Предложено использовать следующие показатели: использование канального

ресурса, индивидуальные значения вероятности потерь для различных видое трафика (значения вероятности потерь для различных видов трафика, составляющих разноскоростной поток), средние потери по вызовам и по нагрузке (средние значения вероятностей потерь по вызовам и нагрузке при обслуживании разноскоростного потока), среднее время ожидания для ожидающих вызовов.

Проведен анализ существующих алгоритмов обслуживания потоков требований. На качественном уровне показано, что при обслуживании разноскоростных потоков требований известные алгоритмы могут привести к снижению эффективности использования канального ресурса и увеличению разницы в качестве обслуживания требований с различной скоростью передачи.

Разработаны алгоритмы обслуживания разноскоростных потоков требований сетью радиодоступа. Общая идея предложенных алгоритмов состоит в следующем: требования, (сообщения) для обслуживания которых необходима низкая скорость передачи (требования с низкой скоростью передачи), обслуживаются по системе с отказами, а требования, для обслуживания которых необходима высокая скорость передачи (требования с высокой скоростью передачи), обслуживаются по системе с ограниченным ожиданием. При этом ограничение накладывается на максимальную длину очереди или на максимальное время ожидания и на максимальную длину очереди.

Определена область применения алгоритмов. Предлагаемые алгоритмы могут быть использованы в любых системах радиодоступа построенных на различных стандартах, в которых предусмотрено резервирование требуемой пропускной способности, например: DECT, WiMAX и др. Кроме того, алгоритмы могут быть применены при использовании многоканальной коммутации, ATM, IP с RSVP.

В главе 3 произведена аналитическая оценка качества обслуживания разноскоростных потоков требований и использования частотного ресурса сети радиодоступа при принятом в настоящее время алгоритме обслуживания.

И

Разработана концептуальная модель сети радиодоступа. Сделан вывод о том, что сеть радиодоступа может быть рассмотрена как марковская система обслуживания.

Выбрана аналитическая модель сети радиодоступа, позволяющая оценить характеристики качества обслуживания поступающих потоков и эффективность использования каналов сети радиодоступа при существующем алгоритме обслуживания требований. Математическая модель сети радиодоступа имеет следующий вид: в систему с п обслуживающими приборами (каналами) поступает поток требований. Поступающие требования данного потока образуют простейший поток с параметром X. С вероятностью ]=1, э поступает требование, для

обслуживания которого необходимо к; каналов. Если моменты поступления требований распределены как в простейшем потоке, а характеристикой неординарности поступающего требования с вероятностью V/, является к,, то поступающий поток называется пуассоновским с неординарными требованиями.

Интенсивность поступления требований для данного потока есть X, а интенсивность поступления требований на приборы - ц, где:

ц= и

I

Если число свободных каналов в момент поступления требования ]-го типа меньше к,, то требование теряется. Длительность обслуживания требования .¡-го типа подчиняется экспоненциальному закону распределения с параметром т,. Действие системы обслуживания описывается марковским

процессом. Множество состояний процесса: П = {м, ь,.....¡8} , где 1, - число

требований .¡-го типа, обслуживаемых системой в момент г. ¡¡¿[п/к] и

1

_]—1,в. Число занятых каналов в состоянии (м, Ь, .....У равно число

I

требований равно ^А .Р^з.

На рис. 2 показан переход из состояния ¡2, .......¡5) в соседние

состояния для системы, содержащей п каналов, в потоков с интенсивностями поступления требований А^и интенсивностью обслуживания щ = Мху

Уравнение, описывающее переходы из состояния (¡1. [2, .......Ц) в

соседние, имеет вид:

(-А.1 - Х,2 -... \ ... - К - 11ЦГ Ьц2 - ■ ■ ■ Щ - • • • - ^Щ) Р11,12.-1;..л, + + Р1Г1,12.-^..Л5 + ... + Ц Р11Д2,-1Г1,-Ц + •.. + К Р1|Д2,—+ + 0,+1) ц, Р1,+и2,.„^..л5 +... + й + 1)^ К,Д2,..Л^1..Л5 + ... + 08++1)щРНЛ2,.Лг.Л5+1=0

Ж

Рис.2. Граф перехода из состояния (11Д2, ...л,) в соседние состояния

Нормировочное условие: ^ Р. . . =1 для всех состояний ОI, ¡2,.....

Решение системы уравнений позволяет получить вероятность состояния (ЬЛг.....¡»):

РЧгЛз

(Ъ.

V-

ь.

го....о •

(1)

Введя обозначение ^ / ц, = щ, выражение (1) можно переписать в виде:

р.. . . = 1 2 J 5

(а,)Ча2)12.....

го....о-

Вероятность потерь по времени, по вызовам и по нагрузке для требований ^го типа Ру = Рч = Ря = Р,

Pj = Ya Pi i i i по ВС®111 (if. 12. -is) eQ, для для которых: <i.'i. >. 1 2" j" s

i]ki+i2k2+... +(ij +1) kj+ ... +isks>n. Вероятность потерь по вызовам в сети радиодоступа:

р =->_

v 2Х •

j

Вероятность потерь по нагрузке в сети радиодоступа:

Т,т)

ру= > где yJ=(V мА

j

Использование канального ресурса:

г) =Y (1- Ру)/п.

Доказано, что при обслуживании разноскоростных потоков требований по системе с отказами потоки с одинаковой скоростью передачи, но разной длительностью обслуживания можно заменить одним потоком, что позволяет упростить определение характеристик обслуживания потоков требований.

Проведен численный анализ характеристик работы сети при поступлении в сеть потоков требований с двумя различными скоростями обслуживания. Одна из скоростей совпадает с телефонной скоростью, под которой понимается скорость, необходимая для обслуживания телефонных сообщений (требований), а вторая в несколько раз выше или ниже телефонной. Исследовалась зависимость качественных показателей от следующих параметров:

р=у/п - интенсивность удельной поступающей нагрузки на «канал», где под «каналом» понимают ресурс, необходимый для обслуживания одного телефонного вызова, у - интенсивность поступающей нагрузки, п - ресурс полосы, выраженный в «каналах»;

\VV j - отношение скорости передачи сообщений второго (высокоскоростного) потока к скорости передачи сообщений первого потока (телефонного трафика); у2/у - отношение интенсивности нагрузки, создаваемой вторым потоком к общей интенсивности поступающей нагрузки.

Исследования проводились для у2/у < 0,5 и V2/Vi: 1/2,1/4,2/1, 30/1.

Проведенный анализ позволил сделать следующий вывод: во всех случаях потери высокоскоростного потока больше потерь низкоскоростного потока, а использование канального ресурса значительно снижается с появлением и ростом доли высокоскоростного потока, что свидетельствует о необходимости применения разработанных алгоритмов обслуживания, и, кроме того, позволяет сформулировать следующие положения:

■ функции, описывающие зависимость всех видов потерь от доли высокоскоростного трафика в общем объеме поступающей нагрузки, имеют сложный характер и не являются монотонными;

■ при большой разнице в скоростях потоков потери низкоскоростного потока могут быть близки к нормам, в то время, как потери высокоскоростного потока могут быть больше в десятки раз. При этом при увеличении канального ресурса для обеспечения норм средних потерь по нагрузке потери трафика с низкой скоростью могут быть значительно ниже нормы, а потери трафика^ с высокой скоростью значительно выше нормы.

В главе 4 разработана имитационная модель обслуживания сетью радиодоступа разноскоростных потоков требований с учетом предложенных алгоритмов обслуживания.

При разработке имитационной модели определены принципы построения алгоритма моделирования. Для моделирования выбран универсальный «принцип особых состояний».

Разработана концептуальная модель сети радиодоступа с учетом алгоритмов обслуживания, и определены исходные данные и оценочные параметры. Исходными данными для моделирования являются:

- интенсивность .¡-го потока требований (¡=1,2); "^-средняя длительность обслуживания .¡-го потока требований (5=1,2); К) - характеристика неординарности вызовов ]-го потока требований (¡=1,2), выраженная в числе телефонных каналов, необходимых для его обслуживания;

т - максимально допустимая длина очереди для .¡-го потока требований 0=1,2);

Ушах - максимально допустимое время ожидания ^го потока требований 0=1 >2);

п - канальный ресурс, выраженный в числе телефонных каналов, которые могут быть организованны.

В результате моделирования получены следующие характеристики качества обслуживания требований разноскоростного потока: у - среднее время ожидания для ожидающих вызовов (равно сумме времен

ожидания всех вызовов, деленной на число ожидающих вызовов); PJ - вероятность отказа (равна числу неудачных вызовов, деленному на общее

число поступивших вызовов) j=1,2; Р(у>0) - вероятность ожидания (равна числу ожидающих вызовов, деленному

на общее число попыток установления соединений); Ру - средняя вероятность потерь по нагрузке.

Приведена методика оценки достоверности моделирования, разработаны алгоритм и программа имитационного моделирования, осуществлена проверка программы. Сравнение результатов моделирования и результатов расчета показало, что с учетом погрешности моделирования результаты расчета и результаты имитационного моделирования совпадают.

В главе 5 проведена оценка эффективности предложенных алгоритмов и разработаны рекомендации по их использованию.

Анализ характеристик качества обслуживания потоков требований и использования канального ресурса сети радиодоступа с учетом разработанных алгоритмов обслуживания показал, что во всех рассмотренных ситуациях разработанные алгоритмы обслуживания позволяют уменьшить потери 2-го потока при незначительном увеличении потерь 1-го потока (телефонного трафика).

Для соотношения скоростей \УУ 1=30/1, было установлено:

■ при введении второго предложенного алгоритма (ограничение времени ожидания и числа мест ожидания) значительно понижаются потери 2-го потока и средние потери по нагрузке, а использование канального ресурса увеличивается.

■ применение первого предложенного алгоритма (неограниченное время ожидания) приводит к увеличению потерь 1-го потока, уменьшению потерь 2-го потока и средних потерь по нагрузке и к увеличению использования канального ресурса по сравнению с вторым алгоритмом, но при этом велико среднее время ожидания для ожидающих требований;

Для соотношения скоростей У2/У 1=2/1 было установлено: ■ применение второго предложенного алгоритма предпочтительно, так как введение хотя бы одного места ожидания без ограничения времени ожидания (первый алгоритм) приводит к тому, что вероятность потерь 2-го потока становится меньше вероятности потерь 1 -го потока, при этом очень высоки средние времена ожидания.

Разработаны критерии эффективности алгоритмов и оценочные параметры по каждому критерию. В качестве критериев эффективности разработанных алгоритмов предложены:

1 - увеличение эффективности использования канального ресурса при

применении разработанных алгоритмов;

2 - выравнивание качества обслуживания по потерям различных видов

трафика;

3 - уменьшение канального ресурса, необходимого для обеспечения

нормативного значения всех видов потерь.

Для оценки эффективности разработанных алгоритмов по установленным критериям предложены следующие оценочные параметры:

По критерию 1: Кл - коэффициент эффективности использования канального ресурса, в %: Кт,=(т1а-т1)/г]*100, где:

т] - использование канального ресурса при обслуживании разноскоростного трафика при существующем алгоритме, г) а - использование канального ресурса при обслуживании такого же трафика с применением разработанных алгоритмов.

По критерию 2: Кр - коэффициент выравнивания потерь при обслуживании различных видов трафика: Кр=Р2/Р1, где: Р2 - потери трафика с высокой скоростью передачи, Р1 - потери трафика с низкой скоростью передачи.

По критерию 3: К„ - коэффициент экономии канального ресурса (при обеспечении нормы средних потерь по нагрузке): Кп = (п-па)/п*100, где: па - канальный ресурс, необходимый для обеспечения нормы средних потерь по нагрузке при применении разработанных алгоритмов обслуживания,

п - канальный ресурс, необходимый для обеспечения нормы средних потерь по нагрузке без применения разработанных алгоритмов.

Результаты исследования эффективности применения алгоритмов по предложенным критериям для различных условий приведены на рис.3-5.

0у2/у=О,15 а у2/у=0,25 0у2/у=О,35 иу2/у=0,5

12 3 4

1 - ш=12 утах=<»; 2 - т=12 утах=14 с; 3 - т=6 утах=7 с;4 - т=1 утах=3 с Рис.3 Коэффициент эффективности использования канального ресурса Кг] щяЧ^ЧгЗОН р=0,86 п=120Т=3с

.70 ■

Шу2/у1=0,15 ®у2/у=0,25 0у2/у=О,ЗО @у2/у=0,35 ■ у2/у=0,5

1 2 3 4 5

1 - т=0; 2 - т=12 утах=оо; 3 - т=12 утах=14 с; 4 - т=6 утах=7 с; 5 - т=1 утах=3 с Рис.4 Коэфф. выравнивания потерь Кр при У2/У ¡=30/1 р=0,86 п=120 Т=3с

- Шу2/у=0,15

- Ву2/у=0,25 ■у2/у=0/5

1 - т=1 утах=3 с; 2 - т=6 утах=7с Рис.5 Коэффициент экономии канального ресурса при У2/У1=30 Ру=0,01 у=0,86* 120 Эрл

Оценка эффективности разработанных алгоритмов позволила сделать следующий общий вывод: предложенные алгоритмы в зависимости от выбора параметров и соотношения скоростей потоков эффективны по одному или нескольким критериям, а именно:

■ При У2/У 1=30/1 разработанные алгоритмы эффективны по всем оценочным критериям (Кл, Кр, К„). При этом Кп достигает 49%, Кр может уменьшаться с 63 до 1, а К„ достигает 33%.

■ При Уг/У 1=30/1 предложенные алгоритмы наиболее эффективны при существенно ограниченном канальном ресурсе (ситуация, характерная для сетей радиодоступа), при большом канальном ресурсе их эффективность несколько снижается.

■ При Уг/У1=2/1 предложенные алгоритмы эффективны только по критерию Кр (приближая его к единице). Поэтому алгоритмы целесообразно применять, когда качество обслуживания 2-го потока неудовлетворительно (либо с целью уравнивания качества обслуживания разноскоростных потоков по потерям).

В главе 5 также разработаны рекомендации по применению алгоритмов обслуживания разноскоростных потоков требований.

В заключении представлены основные результаты работы.

1. Показано, что одним из путей повышения использования радиочастотного спектра в сетях радиодоступа является разработка и применение алгоритмов обслуживания потоков требований, поступающих в сеть радиодоступа.

2. Проведен анализ трафика, поступающего на обслуживание в сеть радиодоступа, и показано, что в сеть радиодоступа поступают разноскоростные потоки требований, характер которых необходимо учитывать при разработке алгоритмов обслуживания. Определены вероятностные характеристики времени обслуживания разноскоростных потоков требований.

3. Установлены показатели, по которым необходимо проводить оценку алгоритмов обслуживания потоков требований: использование канального ресурса, индивидуальные потери для различных видов трафика, средние потери по вызовам и по нагрузке, среднее время ожидания для ожидающих требований.

4. Доказано, что применение известных алгоритмов обслуживания требований в сетях радиодоступа при обслуживании разноскоростных потоков требований может привести к снижению использования

канального ресурса или увеличению разницы в качестве обслуживания разноскоростных потоков требований.

5. Разработаны алгоритмы обслуживания разноскоростных потоков требований, основная идея которых состоит в следующем: требования с низкой скоростью передачи обслуживаются по системе с отказами, а требования с высокой скоростью передачи - по системе с ограниченным ожиданием. В первом алгоритме ограничение накладывается на максимальную длину очереди, во втором - на максимальную длину очереди и на максимальное время ожидания. Применение алгоритмов позволяет увеличить эффективность использования канального ресурса и выровнять качество обслуживания по потерям разноскоростных потоков требований.

6. Определена область применения разработанных алгоритмов. Показано, что алгоритмы могут быть использованы в любых системах радиодоступа построенных на различных стандартах, в которых предусмотрено резервирование требуемой пропускной способности.

7. Предложены концептуальная и математическая модели сети радиодоступа, на основе которых разработана программа расчета характеристик обслуживания разноскоростных потоков требований: вероятности отказов для требований каждого типа, средние вероятности потерь по вызовам и по нагрузке, использование канального ресурса.

8. Доказано, что при проведении расчетов поступающие в систему обслуживания потоки требований с одинаковой скоростью передачи и разной средней длительностью обслуживания можно заменить одним потоком требований, что позволит упростить расчеты по определению характеристик обслуживания.

9. Проведена аналитическая оценка использования канального ресурса и качества обслуживания разноскоростных потоков требований при принятом в настоящее время алгоритме обслуживания. В результате получены характеристики обслуживания при различном соотношении скоростей потоков, их доли и различном канальном ресурсе сети радиодоступа.

10. Показано, что для анализа эффективности введения разработанных алгоритмов в сетях радиодоступа необходимо использовать метод имитационного моделирования.

11. Разработана имитационная модель, адекватно отражающая процесс обслуживания сетью разноскоростных потоков требований с учетом предложенных алгоритмов. Эта модель может быть использована для определения характеристик качества обслуживания разноскоростных потоков требований в сети радиодоступа, оценки использования канального ресурса и подбора параметров предложенных алгоритмов обслуживания.

12. Разработаны критерии эффективности, по которым оцениваются предложенные алгоритмы: увеличение использования канального ресурса; выравнивание качества обслуживания различных видов трафика по потерям; уменьшение канального ресурса, необходимого для обеспечения нормативного значения всех видов потерь.

13. Введены параметры для оценки эффективности разработанных алгоритмов: коэффициент эффективности использования канального ресурса; коэффициент выравнивания потерь при обслуживании различных видов трафика; коэффициент экономии канального ресурса.

14. Проведен анализ характеристик качества обслуживания потоков требований и использования канального ресурса сети радиодоступа с учетом предложенных алгоритмов.

15. Проведена оценка эффективности разработанных алгоритмов и установлено, что при ^2/У\=30/1 разработанные алгоритмы эффективны по всем оценочным параметрам; при У2/У 1=2/1 предложенные алгоритмы эффективны только по параметру Кр.

16. Разработаны рекомендации по применению предложенных алгоритмов обслуживания разноскоростных потоков требований в сетях радиодоступа.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ

1. Гринь Е.Ю. Оценка качественных показателей сетей радиодоступа.// Электросвязь. - 2004. - №7,- с. 23-25.

2. Гринь Е.Ю., Малиновский С.Т. Эффективность ограниченного ожидания при обслуживании разноскоростных потоков требований в сети радиодоступа.// Электросвязь. - 2005. - № 5 37-39 с.

3. Гринь Е.Ю., Малиновский С.Т. Метод обслуживания разноскоростных потоков требований в сетях радиодоступа и его оценка./Труды МТУСИ, г. Москва, 2005г.

4. Гринь Е.Ю. Об услугах и методах обслуживания трафика в сетях радиодоступа./Труды МТУСИ, г. Москва, 2005г.

5. Гринь Е.Ю. Модель сетей радиодоступа. Тезисы доклада в кн. Научная конференция профессорско-преподавательского, научного и инженерно-технического состава МТУСИ, М., 2005г. - с. 137

6. Гринь Е.Ю., Лазарев Ю.В. Анализ способов организации доступа к информационным сетям. Деп. в ЦНТИ "Информсвязь" от 04.07.04 № 2243 св.2004, с. 27-33.

7. Гринь Е.Ю., Лазарев Ю.В. К вопросу о качественных характеристиках сетей радиодоступа. Деп. в ЦНТИ "Информсвязь" от 04.07.04 № 2243 св.2004, с. 52-62.

8. Гринь Е.Ю. Оценка эффективности управления доступом в сетях радидоступа. Тезисы доклада в кн. Научная конференция профессорско-преподавательского, научного и инженерно-технического состава МТУСИ, М., 2005г. - с. 138

9. Гринь Е.Ю. Управление доступом требований в сетях радиодоступа. Тезисы доклада в кн. Научная конференция профессорско-преподавательского, научного и инженерно-технического состава МТУСИ, М., 2005г. - с.138-139.

10. Гринь Е.Ю. Особенности организации широкополосного доступа на базе радиотехнологий. Тезисы доклада, В кн. Инфокоммуникационные сети XXI века: структура, коммутация системы передачи. М., 2004

11. Гринь Е.Ю. Использование полосы пропускания в сетях радиодоступа. Тезисы доклада в кн. Материалы IV международной научно-технической конференции «Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения» (ВДТЕКМАТ1С-2005)», М., 2005г.

Подписано в печать 14.02.2006 Формат 60x88 1/16. Объем 1.5 пл. Тираж 100 экз. Заказ № 488 Отпечатано в ООО «Соцветие красок» 119992 г.Москва, Ленинские горы, д.1 Главное здание МГУ, к. 102

«-3863

i

ф Введение.

1. Анализ сетей радиодоступа (РД).

Ф 1.1. Постановка задачи.

1.2. Оценка использования радиочастотного спектра (РЧС) в сетях РД.

1.3. Анализ принципов организации сетей и систем радиодоступа.

1.4. Анализ трафика, поступающего на обслуживание в сеть РД.

1.5. Выводы.

2. Разработка алгоритмов обслуживания разноскоростных потоков требований сетью радиодоступа.

• 2.1. Постановка задачи.

2.2. Анализ показателей оценки качества обслуживания абонентов и работы сетей радиодоступа. ф 2.3. Анализ алгоритмов обслуживания потоков требований.

2.4. Разработка алгоритмов обслуживания разноскоростных потоков требований.

2.5. Определение области применения разработанных алгоритмов.

2.6. Выводы.

3. Аналитическая оценка использования канального ресурса и качества обслуживания разноскоростных потоков требований сетью РД.

3.1. Постановка задачи.

3.2. Разработка концептуальной модели обслуживания разноскоростных потоков требований сетью радиодоступа.

3.3. Определение аналитической модели сети радиодоступа.

3.4. Оценка использования канального ресурса сети РД и качества обслуживания разноскоростных потоков.

3.4.1 Исследование для соотношения скоростей V2/V1=1/2.

3.4.2 Исследование для соотношения скоростей V2/V1=1/4.

3.4.3 Исследование для соотношения скоростей V2/V1 =2/1.

3.4.3 Исследование для соотношения скоростей V2A/1 =30/1.

3.5. Выводы.

4. Разработка имитационной модели обслуживания сетью РД разноскоростных потоков требований с учетом предложенных алгоритмов.

• 4.1. Постановка задачи.

4.2. Обоснование применения имитационного моделирования. Исходные данные.

4.3. Выбор принципов построения алгоритма моделирования. Метод оценки достоверности моделирования.

• 4.4. Разработка алгоритма имитационного моделирования.

4.5. Программа имитационного моделирования сети радиодоступа и ее проверка. щ 4.6. Выводы:.

5.0ценка эффективности предложенных алгоритмов и разработка рекомендаций по использованию.

5.1. Постановка задачи.

5.2. Разработка критериев эффективности предложенных алгоритмов и оценочных параметров. Планирование моделирования.

5.3 Анализ характеристик качества обслуживания сетей РД при введении разработанных алгоритмов обслуживания.

5.3.1. Анализ характеристик для соотношения скоростей V2/V1 =2/1.

5.3.2. Анализ характеристик для соотношения скоростей V2/V1 =30/1.

5.4. Оценка эффективности разработанных алгоритмов.

5.4.1 Оценка эффективности для соотношения скоростей V2/V1=2/1.

5.4.1 Оценка эффективности для соотношения скоростей V2/V1 =30/1.

5.5. Рекомендации по применению алгоритмов обслуживания разноскоростных потоков на сетях РД.

5.6. Выводы.

Актуальность темы.

В настоящее время для организации доступа абонентов к сетям связи используются различные технологии, в том числе и радиодоступ (РД). Под радиодоступом понимают предоставление доступа к телефонным сетям общего пользования, к сетям передачи данных, к сети Интернет и т.п. посредством радиосвязи с качеством, не уступающим проводным системам связи. [17] Для организации радиодоступа могут использоваться системы, основанные на различных стандартах радиоинтерфейса. В настоящее время радиодоступ обеспечивает высокую оперативность развертывания связи, причем особенный эффект достигается, если прокладка кабельных каналов связи невозможна или связана со значительными затратами.

Для систем радиодоступа согласно установленному в РФ распределению полос частот между радиосредствами различного назначения выделены специальные диапазоны радиочастот. Выделенный диапазон радиочастот ограничен, поэтому необходимо повышать эффективность его использования. Одним из путей повышения эффективности использования радиочастотного спектра (РЧС) может быть разработка и применение соответствующих алгоритмов обслуживания потоков требований, поступающих в сеть радиодоступа. При этом следует отметить, что в данной диссертации не исследуются различные другие традиционные пути повышения использования радиочастотного спектра.

В настоящее время наблюдается рост потребности в услугах, относящихся к передаче неречевого трафика, и новых широкополосных услугах, связанных с передачей по каналам связи телевизионных программ, видеоконференций, различного рода мультимедийных услуг и т.п. Эти тенденции отражаются и в развитии современных сетей радиодоступа, в которых обеспечивается передача различных типов трафика. В сети радиодоступа поступают разноскоростные потоки, для обслуживания которых необходимы различные скорости передачи и соответствующие сетевые ресурсы. Трафик, образуемый разноскоростными потоками, называется разноскоростным трафиком.

При обслуживании разноскоростных потоков требований характеристики качества обслуживания для отдельных потоков могут значительно различаться между собой и от принятых норм [35,38,47,52]. Существующие алгоритмы обслуживания [30,32,35,45,47,48,54,55] не позволяют решить обе задачи (увеличение эффективности использования радиочастотного спектра и выравнивание характеристик качества обслуживания разноскоростных потоков), а в ряде случаев их применение может приводить к снижению эффективности использования канального ресурса (см. раздел 2.3). Поэтому разработка алгоритмов обслуживания разноскоростных потоков требований в сети радиодоступа, улучшающих использование каналов сетей радиодоступа и позволяющих выровнять качество обслуживания требований для разных потоков, составляющих разноскоростной поток, является актуальной задачей. Цель работы и задачи исследования.

Целью диссертационной работы является исследование и разработка алгоритмов обслуживания разноскоростных потоков требований сетью радиодоступа.

Задачами исследования являются:

1. Анализ использования радиочастотного спектра, принципов организации сетей и систем радиодоступа, характеристик трафика, поступающего на обслуживание в сеть радиодоступа.

2. Определение показателей оценки качества обслуживания абонентов и работы сетей радиодоступа.

3. Анализ известных алгоритмов обслуживания потоков требований.

4. Разработка алгоритмов обслуживания разноскоростных потоков требований сетью радиодоступа.

5. Аналитическая оценка использования канального ресурса и качества обслуживания разноскоростных потоков требований сетью радиодоступа при существующем алгоритме обслуживания (без введения предложенных алгоритмов).

6. Разработка имитационной модели обслуживания сетью радиодоступа разноскоростных потоков требований с учетом предложенных алгоритмов.

7. Оценка эффективности предложенных алгоритмов по разработанным критериям.

8. Разработка рекомендаций по использованию предложенных алгоритмов. Методы исследования.

Теоретические и экспериментальные исследования, проведенные в диссертации, основаны на применении теории массового обслуживания, теории вероятностей, теории телетрафика и имитационного моделирования. Научная новизна.

Научная новизна данной работы заключается в следующем:

1. На основании анализа использования радиочастотного спектра, принципов построения существующих сетей радиодоступа и поступающего в сеть трафика, на качественном уровне обоснована Необходимость разработки алгоритмов обслуживания разноскоростных потоков требований, позволяющих улучшить использование радиочастотного спектра.

2. Предложены оценочные показатели работы алгоритмов обслуживания потоков требований (в том числе и разноскоростных): использование канального ресурса, индивидуальные потери для различных видов трафика, средние вероятности потерь по вызовам и по нагрузке, среднее время ожидания для ожидающих требований.

3. Разр аботаны алгоритмы обслуживания разноскоростных потоков требований, поступающих в сеть радиодоступа, позволяющие улучшить использование канального ресурса сети радиодоступа и выровнять качество обслуживания различных требований по вероятности потерь; определены области применения предложенных алгоритмов.

4. Показ ано, что сеть радиодоступа без применения разработанных алгоритмов обслуживания может быть описана моделью полнодоступной системы массового обслуживания с конечным числом обслуживающих приборов, на которую поступает пуассоновский поток неординарных требований нескольких типов.

5. Доказ ано, что при определении характеристик качества обслуживания разноскоростных потоков с помощью разработанной аналитической модели, потоки с разной длительностью обслуживания и с одинаковой скоростью передачи можно заменить одним потоком, что позволяет упростить выполнение расчетов.

6. Разр аботана имитационная модель сети радиодоступа, учитывающая предложенные алгоритмы обслуживания разноскоростных потоков требований, поступающих в эту сеть, которая может быть использована для установления параметров алгоритмов обслуживания разноскоростных потоков, определения характеристик качества обслуживания разноскоростных потоков требований и оценки использования канального ресурса.

7. Доказ ана эффективность предложенных алгоритмов по разработанным критериям эффективности и оценочным параметрам.

Практическая ценность работы.

Разработанные алгоритмы обслуживания разноскоростных потоков требований и рекомендации по их применению могут быть использованы в сетях радиодоступа и в других типах сетей с ограниченным ресурсом обслуживания. Разработанная имитационная модель и соответствующее программное обеспечение могут быть использованы для выбора параметров алгоритмов обслуживания и определения качества работы обслуживания абонентов и работы сетей, в которые поступают разноскоростные потоки.

Вклад автора в исследование проблемы.

Все результаты, представленные в работе, получены автором лично в ходе проведенных исследований.

Использование результатов работы.

Основные теоретические положения и практические результаты диссертационной работы были использованы: в цифровой сети ОАО «Телеком», где применение предложенного алгоритма позволило увеличить использование канального ресурса на 22-35%, уменьшить разницу потерь потоков с 25 до 4 раз (акт внедрения); при проведении научно-исследовательских работ в научно-исследовательской части (НИЧ) МТУСИ (акт внедрения); в учебном процессе при чтении лекций по курсам «Основы управления и проектирования сетей ДЭС», «Основы построения сетей ДЭС» (акт внедрения).

Апробация работы.

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на конференции Международной академии связи (г. Москва, 2004г.) [25], научно-технической конференции профессорско-преподавательского и инженерно-технического состава МТУСИ (г. Москва 2005 г.) [22-24], IV международной научно-технической конференции «Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения» (INTERMATIC - 2005) [26].

Объем работы.

Диссертационная работа содержит 141 страницу основного текста, 3 приложения на 20 страницах, 60 рисунков и графиков, 64 таблицы. В списке литературы 82 наименования.

Публикации.

Основные результаты диссертационной работы опубликованы в материалах научно-технических конференций, научных журналах, депонированы в ЦНТИ «Информсвязь» - всего 11 работ [18-28].

Основные положения, выносимые на защиту. 1. В сетях радиодоступа, в связи с дефицитом радиочастотного спектра, необходимо повышать эффективность его использования; одним из путей повышения эффективности использования радиочастотного спектра является разработка и применение соответбтвующих алгоритмов обслуживания поступающих в сеть радиодоступа разноскоростных потоков требований.

2. Разработанные алгоритмы обслуживания разноскоростных потоков, поступающих в сеть радиодоступа, позволяют улучшить использование канального ресурса сети радиодоступа и выровнять качество обслуживания разноскоростных потоков требований по вероятности потерь.

3. Для оценки алгоритмов обслуживания разноскоростных потоков требований в сетях радиодоступа следует применять следующие показатели: использование канального ресурса, средние потери по вызовам и по нагрузке, индивидуальные потери отдельных потоков.

4. Сеть радиодоступа может быть описана моделью полнодоступной системы массового обслуживания с конечным числом обслуживающих приборов, на которую поступает пуассоновский поток неординарных требований нескольких типов.

5. При проведении расчетов по определению характеристик качества обслуживания абонентов и работы сети с помощью разработанной аналитической модели, потоки с разной длительностью обслуживания и с одинаковой скоростью передачи можно заменить одним потоком, что позволяет упростить выполнение расчетов.

6. Разработанная имитационная модель сети радиодоступа позволяет устанавливать параметры алгоритмов обслуживания разноскоростных потоков, определять характеристики качества обслуживания разноскоростных потоков требований и давать оценку использования канального ресурса.

7. Разработанные рекомендации по использованию алгоритмов в сетях радиодоступа с ограниченным ресурсом следует использовать для определения условий, в которых алгоритмы наиболее эффективны, и при установлении норм по качеству обслуживания разноскоростных потоков требований, поступающих в сеть радиодоступа.

Содержание работы.

Работа состоит из введения, пяти глав, заключения и приложений.

Во введении обоснована актуальность проблемы, сформулированы цель и задачи исследования, определены научная новизна, практическая ценность исследования, даны сведения об апробации работы, приведены основные положения, выносимые на защиту.

В главе 1, с целью определения необходимости разработки алгоритмов обслуживания потоков, позволяющих повысить использование радиочастотных ресурсов сетей радиодоступа, произведена "оценка использования радиочастотного спектра в сетях радиодоступа и установлен его дефицит практически во всех диапазонах. На основании анализа принципов построения различных сетей радиодоступа выявлены функциональные устройства, которые реализуют принятые в настоящее время для этих сетей алгоритмы обслуживания. Проведен анализ характеристик трафика, поступающего в сеть радиодоступа. Анализ проводился на основе данных, полученных от операторов сетей и материалов литературных источников.

В главе 2 произведен анализ показателей, используемых для оценки качества обслуживания абонентов и работы сетей радиодоступа; установлены показатели качества обслуживания, по которым необходимо проводить оценку алгоритмов обслуживания потоков требований. Проведен анализ алгоритмов обслуживания потоков требований, в том числе алгоритма, использующегося в настоящее время в сетях радиодоступа. На качественном уровне показано, что известные алгоритмы обслуживания могут привести к снижению использования канального ресурса при обслуживании разноскоростных потоков требований. Разработаны алгоритмы обслуживания разноскоростных потоков требований и определены области их применения.

В главе 3 произведена аналитическими методами численная оценка качества обслуживания разноскоростных потоков требований и использования частотного ресурса сети радиодоступа без введения предложенных алгоритмов. При этом разработана концептуальная модель сети радиодоступа, сделан вывод о том, что сеть радиодоступа, может быть рассмотрена как марковская система обслуживания; построена аналитическая модель сети радиодоступа, позволяющая оценить характеристики качества обслуживания поступающих потоков и использование каналов сети радиодоступа. Проведен анализ характеристик работы сети при поступлении в сеть требований с двумя различными скоростями обслуживания, одна из которых совпадает с телефонной, под которой понимается скорость, необходимая для обслуживания телефонных сообщений (требований), а вторая в несколько раз выше или ниже телефонной.

В главе 4 разработана имитационная модель обслуживания сетью радиодоступа разноскоростных потоков требований с учетом разработанных алгоритмов обслуживания. Разработка имитационной модели включала в себя: определение принципов построения алгоритма моделирования, разработку концептуальной модели сети радиодоступа с учетом алгоритмов обслуживания, определение исходных данных и оценочных параметров, разработку алгоритма и программы имитационного моделирования, оценку достоверности результатов моделирования.

В главе 5 проведена оценка эффективности предложенных алгоритмов и разработаны рекомендации по использованию. Разработаны критерии эффективности и оценочные параметры по каждому критерию. Произведен анализ полученных в результате моделирования характеристик качества обслуживания потоков требований и использования канального ресурса сети радиодоступа с учетом предложенных алгоритмов обслуживания. Показано, что для потоков со скоростью, в 2 раза превышающей телефонную, применение предложенных алгоритмов позволяет обеспечить для потока с высокой скоростью передачи такие же потери, как и для телефонного потока без ухудшения использования канального ресурса сети; для потоков со скоростью передачи, в 30 раз превышающей телефонную, введение предложенных алгоритмов позволяет уменьшить потери высокоскоростного потока и увеличить использование канального ресурса сети. Разработаны рекомендации по применению алгоритмов обслуживания разноскоростных потоков требований.

В приложении 1 приведены таблицы качества работы сетей и использования канального ресурса сетями радиодоступа при использующимся в настоящее время алгоритма обслуживания (глава 3).

В приложении 2 приведены таблицы результатов имитационного моделирования (глава 5).

В приложении 3 приведены акты внедрения.

Основные результаты выполненной работы состоят в следующем: Показано, что одним из путей повышения использования РЧС в сетях РД является разработка и применение алгоритмов обслуживания потоков требований, поступающих в сеть РД.

Проведен анализ трафика, поступающего на обслуживание в сеть РД, и показано, что в сеть РД поступают разноскоростные потоки требований, характер которых необходимо учитывать при разработке алгоритмов обслуживания. Определены вероятностные характеристики времени обслуживания разноскоростных потоков требований.

Установлены показатели, по которым необходимо проводить оценку алгоритмов обслуживания потоков требований: использование канального ресурса, индивидуальные потери для различных видов трафика, средние потери по вызовам и по нагрузке, среднее время ожидания для ожидающих требований. Доказано, что применение известных алгоритмов обслуживания требований в сетях РД при обслуживании разноскоростных потоков требований может привести к снижению использования канального ресурса или увеличению разницы в качестве обслуживания разноскоростных потоков требований. Разработаны алгоритмы обслуживания разноскоростных потоков требований, основная идея которых состоит в следующем: требования с низкой скоростью передачи обслуживаются по системе с отказами, а требования с высокой скоростью передачи - по системе с ограниченным ожиданием. В первом алгоритме ограничение накладывается на максимальную длину очереди, во втором - на максимальную длину очереди и на максимальное время ожидания. Применение алгоритмов позволяет увеличить эффективность использования канального ресурса и выровнять качество обслуживания по потерям разноскоростных потоков требований.

Определена область применения разработанных алгоритмов. Показано, что алгоритмы могут быть использованы в любых системах радиодоступа построенных на различных стандартах, в которых предусмотрено резервирование требуемой пропускной способности.

Предложены концептуальная и математическая модели сети РД, на основе которых разработана программа расчета характеристик обслуживания разноскоростных потоков требований: вероятности отказов для требований каждого типа, средние вероятности потерь по вызовам и по нагрузке, использование канального ресурса.

8. Доказано, что при проведении расчетов поступающие в систему обслуживания потоки требований с одинаковой скоростью передачи и разной средней длительностью обслуживания можно заменить одним потоком требований, что позволит упростить расчеты по определению характеристик обслуживания.

9. Проведена аналитическая оценка использования канального ресурса и качества обслуживания разноскоростных потоков требований при принятом в настоящее время алгоритме обслуживания. В результате получены характеристики обслуживания при различном соотношении скоростей потоков, их доли и различном канальном ресурсе сети РД.

10. Показано, что для анализа эффективности введения разработанных алгоритмов в сетях радиодоступа необходимо использовать метод имитационного моделирования.

11. Разработана имитационная модель, адекватно отражающая процесс обслуживания сетью разноскоростных потоков требований с учетом предложенных алгоритмов. Эта модель может быть использована для определения характеристик качества обслуживания разноскоростных потоков требований в сети РД, оценки использования канального ресурса и подбора параметров предложенных алгоритмов обслуживания.

12. Разработаны критерии эффективности, по которым оцениваются предложенные алгоритмы: увеличение использования канального ресурса; выравнивание качества обслуживания различных видов трафика по потерям; уменьшение канального ресурса, необходимого для обеспечения нормативного значения всех видов потерь.

13. Введены параметры для оценки эффективности разработанных алгоритмов: коэффициент эффективности использования канального ресурса; коэффициент выравнивания потерь при обслуживании различных видов трафика; коэффициент экономии канального ресурса.

14. Проведен анализ характеристик качества обслуживания потоков требований и использования канального ресурса сети РД с учетом предложенных алгоритмов.

15. Проведена оценка эффективности разработанных алгоритмов и установлено, что при V2/V1=30 разработанные алгоритмы эффективны по всем оценочным параметрам; при V2/V1=2 предложенные алгоритмы эффективны только по параметру Кр.

16. Разработаны рекомендации по применению предложенных алгоритмов обслуживания разноскоростных потоков требований в сетях РД.

Заключение

1. Айвазян С.А., Енюков И.С., Мешалкин Л.Д. Основы моделирования и первичная обработка данных. М.: Финансы и статистика, 1983

2. Анализ оборудования радиодоступа и перспективы его применения в России. Этап 1. Анализ используемого на сетях оборудования радиодоступа: Отчет ЗАО "РТК Консалтинг". - М.: 2000. - 77 с.

3. Афанасьев В.В. Состояние и перспективы развития сетей GSM в России. Электросвязь, №5, 2004. с. 17- 20.

4. Башарин Г.П., Харкевич А.Д., Шнепс М.А. Массовое обслуживание в телефонии. М.: Наука, 1968 243 с.

5. Бенеш В.Э. Математические основы теории телефонных сообщений. М. Связь, 1968-290 с.

6. Бусленко Н.П. Моделирование сложных систем.-М.: Наука, 1978. -400 с.

7. Бутрименко А.В. Итеративный метод расчета качества обслуживания в сети коммутации каналов // Построение управляющих устройств и систем.

8. Васильев А.Б., Николенко В.Н., Крастилевская М.А. Широкополосные сети связи на основе технологии ATM: Обзорн. Информ. М.: ЦНТИ "Информсвязь", 1996. -104 с.

9. Вентцель Е.С., Овчаров Л.А. Теория вероятностей и ее инженерные приложения. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит. -1988. -480 с.

10. Гмурман В.Б. Теория вероятности и математическая статистика М.: Высшая школа, 1975

11. Гнеденко Б.В., Коваленко И.Н. Введение в теорию массового обслуживания. 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит.-1987. -336 с.

12. Голышко А.В. Большая семья WLL: ремикс, переходящий в сиквел. Мир связи Connect!, 2002 №7-11.

13. Голышко А.В., Ершов В.А., Цыбаков В.И. Оценка эффективности интеграции разных видов обслуживания на корпоративной мультисервисной сети. // Электросвязь. 2000. -№12. - с. 16-19.

14. Гольдштейн Б.С. Телекоммуникационные протоколы беспроводного абонентского доступа.// Вестник связи, 1998, №10.

15. Гольдштейн Б.С. и др. Модернизация сетей доступа в эпоху NGN. Вестник связи, 2003, №6. с.68-78.

16. Горальски В. Технологии ADSL и DSL. М.: Лори. 2000. 296 с.

17. Григорьев В.А., Лагутенко О.И., Распаев Ю.А. Сети и системы радиодоступа. Эко-Трендз, 2005. - 384 с.

18. Гринь Е.Ю., Лазарев Ю.В. Анализ способов организации доступа к информационным сетям. Деп. в ЦНТИ "Информсвязь" от 04.07.04 № 2243 св.2004, с. 27-33.

19. Гринь Е.Ю., Лазарев Ю.В. К вопросу о качественных характеристиках сетей радиодоступа. Деп. в ЦНТИ "Информсвязь" от 04.07.04 № 2243 св.2004, с. 52-62.

20. Гринь Е.Ю. Оценка качественных показателей сетей радиодоступа.// Электросвязь. 2004. - №7.- с. 23-25.

21. Гринь Е.Ю., Малиновский С.Т. Эффективность ограниченного ожидания при обслуживании разноскоростных потоков требований в сети радиодоступа.// Электросвязь. 2005. - № 5 .- с.

22. Гринь Е.Ю. Модель сетей радодоступа. Тезисы доклада в кн. Научная конференция профессорско-преподавательского, научного и инженерно-технического состава МТУСИ , М., 2005г. с.137

23. Гринь Е.Ю. Оценка эффективности управления доступом в сетях радидоступа. Тезисы доклада в кн. Научная конференция профессорско-преподавательского, научного и инженерно-технического состава МТУСИ, М., 2005г. -с.138

24. Гринь Е.Ю. Управление доступом требований в сетях радидоступа. Тезисы доклада в кн. Научная конференция профессорско-преподавательского, научного и инженерно-технического состава МТУСИ, М., 2005г. с.138-139.

25. Гринь Е.Ю. Особенности организации широкополосного доступа на базе радиотехнологий. Тезисы доклада, В кн. Инфокоммуникационные сети XXI века: структура, коммутация системы передачи 2004

26. Гринь Е.Ю. Использование полосы пропускания в сетях радиодоступа. Тезисы доклада в кн. Материалы IV международной научно-технической конференции «Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения» (INTERMATIC-2005)», М., 2005г.

27. Гринь Е.Ю., Малиновский С.Т. Метод обслуживания разноскоростных потоков требований в сетях радиодоступа и его оценка./Труды МТУСИ, г.Москва, 2005г.

28. Гринь Е.Ю. Об услугах и методах обслуживания трафика в сетях радиодоступа./Труды МТУСИ, г.Москва, 2005г.

29. Денисьева О.М . Системы массового обслуживания с ограниченным ожиданием. М.: Радио и связь , 1986. 110 с.ф 31. Денисьева О.М., Мирошников Д.Г. Средства связи для последней мили. -М: Эко-Трендз НТЦ НАТЕКС, 1999. -140 с.

30. Джейсуол Н. Очереди с приоритетами. Перевод с англ. Нефедовой И.С. и Манусевича B.C. под ред. Калашникова В.В. М.: Мир.1973. - 280с.

31. Дингес С.И. Мобильная связь: технология DECT. М.: СОЛОН-Пресс, 2003. - 272 с.

32. Ермаков С.М., Михайлов Г.А. Курс статистического моделирования, М.: Наука, 1976.

33. Ершов В.А., Ершов Дм.В. Управление канальными ресурсами ЦСИС на основе его резервирования // Электросвязь. 1994. -№12. - с. 8-11.

34. Ершов В.А., Ершова Э.Б., Ковалев В.В. Метод расчета пропускной способности звена Ш-ЦСИС с технологией ATM при мультисервисном обслуживании// Электросвязь. 2000. -№3. - с. 20-23.

35. Ершов В.А., Кузнецов Н.А. Метод расчета пропускной способности I магистралей мультисервисных телекоммуникационных сетей. М.: Труды

36. MAC. -1999. №1. - с. 22-24.

37. Ершов В.А., Кузнецов Н.А. Мультисервисные телекоммуникационные сети. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2003. - 432 е.: ил.•

38. Захаров Г.П., Яновский Г.Г. Цифровые сети интегрального обслуживания. Итоги науки и техники, серия «Электросвязь», М., ВИНИТИ, 1990. Т.5

39. Использование радиочастотного спектра и развитие в России сетей подвижной связи 3-го поколения./Под ред. Ю.Б.Зубарева, М.А.Быховского. Серия изданий «Связь и бизнес». М., ЦНТИ; ООО «Мобильные коммуникации», 2000.

40. Кардашев Е.Н. и др. Широкополосный беспроводный доступ сегодня.

41. Вестник связи, 2004, №4. с. 136-137.

42. Клейнрок Л. Вычислительные системы с очередями. -М.: Мир, 1979 -600с.

43. Клейнрок Л. Коммуникационные сети (стохастические потоки и задержки сообщений): Пер. с англ. под редакцией А.А.Первозванского. М.: Наука, 1970. -256с.ft

44. Кокс Д.Р., Смит У.Л. Теория очередей. Перевод с англ. Рыкова В.В. и Рождественского Ю.Б. под ред Соловьева А.Д. М.: Мир.1966. - 220с.

45. Костров В.О., Попова А.Г., Степанова И.В. Управление потоками трафика в сетях связи. Москва, "Радио и связь", 2004 96 стр.

46. Коняев С.В., Рубцов А.Н. Высокоскоростной абонентский радиодоступ в городе. Вестник связи, №9, 1999. с.63-69.

47. Корнышев Ю. Н., Пшеничников А. П., Харкевич А. Д. Теория телетрафика. Москва, "Радио и связь", 1996. 272 с.

48. Креме С. Новое поколение топологий сетей доступа Бош Телеком Гмбх. Международная конференция "Перспективные технологии для российского телекоммуникационного рынка". Тезисы докладов. М.: Совинцентр, 1997

49. Кульгин М. Технологии корпоративных сетей. Энциклопедия.- СПб: Питер, 2000.-704 е.: ил.

50. Лагутин B.C., Костров В.О. Оценка характеристик пропускной способности мультисервисных пакетных сетей при реализации технологии разделения типов нагрузки. Электросвязь, 2003, №3. с.28-32.

51. Лагутин B.C., Степанов С.Н. Телетрафик мультисервисных сетей связи -М.: Радио и связь, 2000. 320 с.:ил.

52. Лазарев В.Г. Интеллектуальные цифровые сети: Справочник/Под ред. академика Н.А.Кузнецова. М.: Финансы и статистика, 1996. - 224 с.

53. Лазарев В.Г. Электронная коммутация и управление в узлах связи. М.: Связь, 1974.-272 с.

54. Лазарев В.Г., Лазарев Ю.В. Динамическое управление потоками информации в сетях связи. М.: Радио и связь, 1983. - 216 е., ил.

55. Лазарев В.Г., Саввин Г.Г. Сети связи, управление и коммутация. М.: Связь, 1973.-264 с.

56. Лазарев Ю.В. , Паршенков Н.Я. Итерационные методы расчета сетей коммутации каналов с динамическим управлением, // Управление в сетях и узлах связи. М.: 1979. - с.42-54.

57. Лившиц Б.С., Фидлин Я. В. Системы массового обслуживания с конечным числом источников. М.: Связь, 1968. -167 c.D5к