автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.13, диссертация на тему:Исследование вопросов дифференциации качества обслуживания в цифровых сотовых сетях GSM

На правах рукописи УДК 621.391

Цимбалист Ирина Владимировна

ИССЛЕДОВАНИЕ ВОПРОСОВ ДИФФЕРЕНЦИАЦИИ КАЧЕСТВА ОБСЛУЖИВАНИЯ В ЦИФРОВЫХ СОТОВЫХ СЕТЯХ GSM

Специальность: 05.13.13 -Телекоммуникационные системы и компьютерные сети

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новосибирск - 2004

Работа выполнена на Кафедре телекоммуникационных сетей и вычислительных средств Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики»

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор Мархасин А.Б.

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

ст. научный сотрудник Родионов A.C. - кандидат технических наук, доцент Нехаев A.JI. Ведущее предприятие - Закрытое акционерное общество

«Сибирские Сотовые Системы-900»

Защита состоится О&клу&Я 2004г. в часов на заседании диссертационного совета Д 219.005.01 при Огоирском государственном университете телекоммуникаций и информатики по адресу: 630102, г. Новосибирск, ул. Кирова, 86

С диссертацией можно ознакомиться в читальном зале библиотеки СибГУТИ.

Автореферат разослан «/f» кллЛ^А 2004г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 219.005.01, кандидат технических наук, профессор _ Б.И. Крук

2ZQ6-4 22 ГХ

2ЦШ6

Общая характеристика работы

Актуальность. На сегодняшний день наибольшее число пользователей мобильной связи - это пользователи стандарта 2-го поколения GSM, и такая тенденция сохранится еще ближайшие несколько лет, хотя постепенно внедряются сотовые сети промежуточного (2,5G) и третьего (3G) поколений.

Переход к сетям следующего поколения может быть революционным или эволюционным. Революционный переход подразумевает полную замену существующих сетей 2G на 3G и сопряжен с большими капитальными затратами и высоким коммерческим риском. Эволюционный переход означает «мягкое» приближение сетей 2-го поколения к сетям 3G за счет постепенного внедрения возможностей и услуг сетей сотовой связи следующего поколения на эксплуатируемых сетях, Одной из таких возможностей является управление качеством услуг, на чем основана разрабатываемая в диссертационной работе технология дифференциации и управления качеством услуг. Предлагаемая технология позволяет продолжить эксплуатацию сетей GSM и в то же время приблизить их возможности к сетям следующих поколений.

Таким образом, актуальность темы диссертации обусловлена социальной значимостью и теми тенденциями, что наблюдаются в области мобильной связи. Также, актуальность подчеркивается существующей достаточно узкой направленностью компаний-операторов сотовой связи на клиентов с определенным уровнем доходов, на экстенсивный захват новых рынков, территорий лишь путем дифференциации тарифных планов без учета предлагаемого качества услуг и обслуживания.

Следует отметить, что всестороннее исследование вопросов дифференциации качества услуг и дальнейшее их практическое применение приведет к существенному расширению рынка мобильной связи путем вовлечения максимального количества пользователей разных социальных слоев населения, а также повышению технологического уровня развития телекоммуникационной инфраструктуры общества.

Цели диссертационной работы. Развитие технологий улучшения качества обслуживания; расширения абонентской базы; повышения эффективности использования канальных ресурсов сетей мобильной связи, а также приближение мобильных сетей 2-го поколения к мультисервисным сетям мобильной связи 3-го поколения по качеству, управляемости и гарантированности предлагаемых голосовых услуг путем осуществления в мобильных сетях 2-го поколения дифференциации и динамического управления качеством услуг (QoS).

Задачи диссертационной работы. Для достижения поставленной цели требуется решить следующие основные задачи:

1. Анализ текущего состояния проблемы качества услуг мобильной связи.

2. Обоснование и разработка показателей качества и дифференциации услуг мобильной связи для сетей 2-го поколения.

3. Исследование и разработка алгоритмов управления качеством услуг, основанных на приоритетном обслуживании пользователей сети мобильной связи.

4. Разработка математической модели сети мобильной связи с дифференциацией и управлением качеством услуг.

5. Экспериментальная проверка разработанных алгоритмов управления качеством услуг на имитационной модели соты сети мобильной связи.

6. Исследование вопросов внедрения и апробации технологии дифференциации и управления качеством услуг на реальной сети мобильной связи 2-го поколения стандарта GSM.

Методы исследования. В диссертации приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований, полученных с использованием элементов теории вероятностей, теории массового обслуживания, цепей Маркова, приоритетного обслуживания, планирования эксперимента, имитационного моделирования, методов математической статистики.

Достоверность результатов диссертационной работы подтверждается обоснованностью и корректностью применения аппарата Марковских процессов, массового обслуживания; построения имитационной модели; удовлетворительным совпадением полученных при аналитическом моделировании результатов с результатами имитационного моделирования.

Научная новизна результатов:

1. Предложены и обоснованы показатели дифференциации и управления качеством услуг мобильной связи для сетей 2-го поколения стандарта GSM.

2. Предложены и разработаны алгоритмы управления качеством услуг, основанные на приоритетном обслуживании пользователей сети мобильной связи:

• «Обслуживание с прерыванием», отличающийся введением дифференцированного остаточного времени до прерывания обслуживания;

• «Обслуживание с адаптацией», отличающийся введением дифференцированной динамической доли доступных каналов трафика в соте.

3. Предложена математическая модель сети мобильной связи с дифференциацией и управлением качеством услуг на основе цепей Маркова с вытеснением и дифференцированным остаточным временем до прерывания обслуживания.

4. Предложена и разработана имитационная модель соты сети мобильной связи с дифференциацией и управлением качеством услуг, позволившая экспериментально оценить эффективность разработанных алгоритмов управления качеством услуг сети мобильной связи.

5. Показано, что внедрение алгоритмов дифференциации и управления качеством услуг на основе приоритетного обслуживания позволяет повысить среднесуточную нагрузку, создаваемую абонентами мобильной связи, а, следовательно, повысить уровень использования канальных ресурсов и доходы компаний-операторов.

6. Рассмотрены общие принципы построения и требования к сети мобильной связи GSM 2-го поколения при внедрении технологии дифференциации и управления качеством услуг.

Практическая ценность.

1. Разработаны алгоритмы дифференциации и управления качеством услуг.

2. Установлена и оценена техническая и экономическая эффективность внедрения технологии дифференциации и управления качеством услуг и тарифами на сети мобильной связи.

3. Результаты диссертационной работы могут быть использованы для дальнейшего развития и внедрения технологии дифференциации и управления качеством услуг на сетях мобильной связи 2-го поколения стандарта GSM.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались, представлялись и обсуждались на:

• Российской научно-технической конференции «Информатика и проблемы телекоммуникаций» (г. Новосибирск, 2000,2001,2002 гг.);

• IEEE Siberian Conference on Control and Communications (SIBCON'2003, г.Томск).

Реализация результатов работы. Основные положения диссертационной работы внедрены в учебный процесс Сибирского государственного университета телекоммуникаций и информатики на Кафедре телекоммуникационных сетей и вычислительных средств.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Комплекс показателей качества и дифференциации услуг мобильной связи для сетей 2-го поколения.

2. Алгоритмы дифференциации и управления качеством услуг, основанные на приоритетном обслуживании пользователей сети мобильной связи.

3. Марковская модель сети мобильной связи с вытеснением и дифференцированным остаточным временем до прерывания обслуживания.

4. Инвариантное соотношение для регулирования и распределения ресурсов каналов трафика, обеспечивающее высокую эффективность полезного использования ресурсов канала и одновременно - гарантированные значения показателей качества.

5. Результаты исследования эффективности разработанных алгоритмов управления качеством услуг сети мобильной связи посредством имитационной модели.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ, в том числе 5 тезисов докладов на научно-практических конференциях. Полный список публикаций приведен в конце автореферата. Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и приложений. Основной материал изложен на 105-и страницах, включает в себя 33 рисунка, 8 таблиц и 4 приложения на 10-и листах. Список литературы содержит 82 наименования.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, формулируются цели и задачи исследований, научная новизна и практическая ценность результатов диссертации.

В первой главе проведен анализ текущего состояния в области мобильной связи с точки зрения качества предоставляемых услуг. Показано, что сети GSM 2-го поколения не обеспечивают дифференциацию и управление качеством услуг; проигрывают сетям 3G по жизненному циклу конкурентного преимущества. Обоснована актуальность развития в сетях GSM 2-го поколения технологии дифференциации и управления качеством услуг.

Рассмотрены основные положения технологии дифференциации и управления качеством услуг и тарифами. Указано, что при внедрении упомянутой выше технологии на сети мобильной связи вводятся алгоритмы управления качеством

услуг и тарифами, основанные на приоритетном обслуживании пользователей сети мобильной связи.

Предложены и обоснованы показатели дифференциации и управления качеством услуг для сетей GSM 2-го поколения (приведены в табл. 1). Данные показатели могут варьироваться и/или комбинироваться в зависимости от алгоритма управления качеством услуг.

Таблица 1

Возможные показатели качества услуг сети мобильной связи

Показатели качества Классы приоритетного обслуживания

1 (Platinum) 2 (Gold) 3 (Silver) 4 (Popular)

Вероятность блокировки вызова в ЧИН РЪ i=0,l% РЬ2=1% РЬ3=3% А. II

Среднее время ожидания вызова при занятых каналах т, Т2 Т3 Tj

Гарантированные значения среднего и пикового трафиков в /-ый час суток Gm, Op, Gm2 Gp2 Gm3 Gp3 Gm, Gp4

Остаточное время до прерывания обслуживания Прерывания нет ТР2 Трз ТР4

Число попыток повторных соединений X, Х2 Х3 X.,

Показано, что введение дифференциации и управления качеством услуг и соответствующих качеству дифференцированных тарифов позволит кардинально повысить привлекательность услуг по критерию «цена-качество» для различных секторов рынка (от элитарных до массовых), а также существенно увеличить суточный трафик нагрузки и полезное использование ресурсов сети (рис. 1).

1,6

|М

к

% 1,0

1 °'8 I 0,6

п

¡■0,4

|0,2 0,0

0 2

4 6 8 10 12 14 16 18 20 22

Часы суток а) без дифференциации качества услуг

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22

Часы суток б) с дифференциацией качества услу!

Рис 1 Пример оценки эффективности дифференциации и динамического управления качеством услуг н тарифами

Установлено, что на основе динамических изменений функций эластичности спроса и управления тарифами могут строиться модели динамического изменения суточного трафика сети мобильной связи по времени суток (выделены и подробно описаны три схемы расчета).

Во второй главе диссертационной работы исследованы и разработаны алгоритмы управления качеством услуг, основанные на приоритетном обслуживании пользователей сети мобильной связи. Алгоритмы позволяют реализовать политику

управления качеством услуг мобильной связи и регулировать доступ абонентов к сетевым ресурсам согласно текущему состоянию сети мобильной связи:

1. Обслуживание с прерыванием. Данный алгоритм построен на дифференциации и управлении показателем качества услуг «Остаточное время до прерывания обслуживания, Тр,у>. Дисциплина обслуживания данного алгоритма является дисциплиной с абсолютным приоритетом при условии, что в случае отсутствия свободного канального ресурса и поступлении вызова высокого приоритета происходит вытеснение низкоприоритетного с остаточным временем до прерывания обслуживания.

Рис 2 Блок-схема функционирования алгоритма «Обслуживание с прерыванием»

Проверка прпрякп поступившего виэот

>

ДА > \ вел \ г

Обслужтцгле поступившего гыэова

Рис 3 Блок-схема функционирования алгоритма «Обслуживание с резервирование»

Рис 4 Блок-схема функционирования алгоритма «Обслуживание с адаптацией»

2. Обслуживание с резервированием. Данный алгоритм основан на дифференциации и управлении параметром алгоритма управления качеством услуг - «Доля зарезервированных каналов в соте, Уг». Для каждого приоритетного класса абонентов в соте устанавливается определенная доля зарезервированных для него каналов трафика, что позволяет регулировать доступ абонентов к ресурсам сети в зависимости от соотношения между числом зарезервированных каналов трафика для данного приоритетного класса и свободных на текущий момент.

3. Обслуживание с адаптацией. Данный алгоритм основан на дифференциации и управлении показателем качества - «Вероятность блокировки в радиоканапе в ЧНН, РЬГ» и параметром алгоритма управления качеством услуг - «Динамическая доля доступных каналов в соте, 2гу>. Для каждого приоритетного класса устанавливается динамическая доля доступных каналов в соте - квота. В зависимости от интенсивности поступления вызовов от абонентов каждого приоритетного класса система «адаптирует» доли доступных каналов в соте для каждого приоритетного класса, ориентируясь на заданные в системе показатели качества услуг и на текущее качество обслуживания.

Во 2-ой главе также разработана математическая модель сети мобильной связи с дифференциацией и управлением качеством услуг с вытеснением и дифференцированным остаточным временем до прерывания обслуживания для четырех приоритетных классов следующего вида: М \ М \ т \ 0 \ , где /1=2 обозначает,

что задана СМО с абсолютным приоритетом; /,=] - в СМО низкоприоритетный вызов вытесняется высокоприоритетным. Вызов, обслуживание которого было прервано, вытесняется с остаточным временем до прерывания обслуживания.

Для решения поставленной задачи были приняты следующие допущения: 1. На вход сети поступают четыре независимых простейших или пуассоновских потока требований с параметрами Л/>0, Л2>0, Х3>0 и Х<>0.2. Время обслуживания одного требования случайно и подчиняется показательному закону с параметром ц - 1/г, гдег = 90с . 3. Заданная СМО может быть рассмотрена как физическая система с конечным множеством состояний - т каналов занято обслуживанием » вызовов первого приоритета, ] вызовов второго приоритета, к вызовов третьего

приоритета, / вызовов четвертого приоритета и Ёг ^ - промежуточные состояния, учитывающие процедуру вытеснения с остаточным временем до прерывания обслуживания вызова г-го приоритета, г=2,4.

На рис.5 А- = 11Йг - интенсивность обслуживания прерванных вызовов г-го приоритетного класса, где Йг - среднее время обслуживания прерванных вызовов 2-4-го приоритетных классов.

Рис 5 Фрагмент графа переходов /я-канальной 4-х приоритетной СМО с дисциплиной обслуживания «Обслуживание с прерыванием» (при условии, что |'+у+*+/=т)

При условии, что остаточное время до прерывания обслуживания Трг константа и между прерванным вызовом г-го приоритета и вызовом более высокого по сравнению с г приоритета не поступали другие вызовы, было получено выражение для среднего времени обслуживания прерванных вызовов 2-4-го приоритетных классов:

г-1

где Л<г - ХЛ - интенсивность поступления вызовов приоритетного класса выше »=1

г-го; г - время обслуживания вызова г-го приоритета. Окончательное выражение:

о

о

(г-Трг)

йг = -1--+тРг-

•<г

1

Следует заметить, что значения Йг ограничиваются нагрузкой, создаваемой абонентами класса г-го приоритета и абонентами более высоких по сравнению с г приоритетных классов, т.е.

Йг - I С* , (2)

<=1 4 '

где (5<г = шах £(7, - суммарная максимальная нагрузка г-го приоритета и более

{РгйРгЬ=1

высоких по сравнению с г приоритетов, гарантирующая заданное качество обслуживания; О/ - нагрузка более высоких по сравнению с г приоритетов в 5-ый час суток.

Показано, что формула (2) является инвариантным соотношением для регулирования и распределения ресурсов каналов трафика, обеспечивая высокую эффективность полезного использования канальных ресурсов и одновременно - гарантированные значения показателей качества.

Обозначив через Рчц(1) вероятность того, что система в момент времени I

находится в состоянии Е,,ц и через Рг (0 - в состоянии Ёг и при усло-

1}к! I у к1

вии, что для любого 1>0 £ (Рук!(0 + Рцк1 (о)=1, Рук10) > О и р;к,(0 > О были составлены уравнения глобального баланса:

^оооо(') = <я1+л2 + Я3 + Я4) • Роооо(0+И ■ (Лооо(')+*Ьюо(')+Лило С)+^ооох(О)

I + ] + к + 1 < т", г,_/,к,1 = 0, (/»-1)

^ОЫ (О = -(¿1 +Л2 + Л3 + Л4 + У + * + + Я] +

а2 • Д2 ■ ^(О + а3 • Д3 • + «4 • Я4 • /»^/^(О + 0 + 1)-/1 (О +

+ О' +1) - ц ■ Ри++ (к + 1) М- Ру,к+1,1(.0 + (' + !)>"-

/ ■+- у + а; -+- / = т\ г, у", к,1 — 0,т

Р'уШ (О = - О" + У" + * + О + -Аъ+Ьъ /Пъ+Ьз А*] Рик/(0 + + Лх - Ь-х.у«</) + **• ^г2 (О + Й2 • ^/И3 (О + (о]+

+ Я2 - + ьг - + ^з • + 4(')]+

+ Л-4

/ + у+& + /= /и; 1,/,к,1 = 0,т; г = 2,4

где а;, «2, а^ а* 6/, ¿2, ¿л о, с^ - коэффициенты, принимающие следующие значения:

ь = Гл 3*0 и к=1=0

1 1.0, в остальных случаях Ь=/Л к*0 и 1=0

1.0, в остальных случаях

1-0, в остальных случаях С]= 1, с2= сз=0, если г=2; С1= 0, с2=1, сз=0, если г=3; С1= с2 = 0, с3=1, если г=4.

В результате решения системы уравнений глобального баланса были получены выражения вероятностей отказа и прерывания, а именно:

1. Вероятности отказа вызовов 1-4-го приоритетных классов:

ротк — ри ооо ротк = х^уоо

/+у=т

^отк ~ 2 ^дкО ^оттс = Х^у*/ ;+J+Ыm /+_/+*+/=т

2. Вероятности прерывания вызовов 1-4-го классов приоритета при поступлении

вызовов более высокого приоритета:

* ф и

р(>") _ р(г) . р пр х т Л <г'

00 г

где Р<г = йт\Х<г ■е~*<г 'Ж - вероятность поступления вызова при-

0 о

оритета выше /--го, г- 2,4, Р^ - вероятность занятости т каналов.

Решив интеграл, получаем, что вероятность поступления вызова приоритета выше г-го определяется следующим образом:

р<г = 1-МЛ<г+//)

Таким образом, выражение вероятности прерывания вызовов 2-4-го классов приоритета при поступлении вызовов более высокого приоритета имеет следующий вид:

Используя математическую модель и варьируя значение показателя качества услуг «Остаточное время до прерывания обслуживания», было исследовано влияние данного показателя на работу системы с дисциплиной «Обслуживание с прерыванием» (рис. 6, 7).

аг'Ь, Ш п-Х0'^0

а2Л1, ]*0

ГО, к=0

ф=и ш

Го, 1=0 М

-Т^-Трг-Тр,«^.-« -1>,=0; Тр2=Трэ=Тр^ 1/р -Тр]=0, Т[>2«Тр,=Ц>,=Ч) 2/^ -Тр,"0 Трз-Тр,-^^//!

§ 8

— — г)

Время суток, ч

~ Тр^Тр^Трз-Т^-О -Тр,-0; Трз-Трз'Тр^ !//1 -ТР1-0; Тр^Трз^Тр^Ю 21/1 - Тр,"«; Тр,=Тр,=Тр,Ч) 51/1

Время суток, ч

6) 2 приоритетный класс

888888888888 5 д п 8 : е г я я

88388222:2288 Время суток, ч

-Тр,-Тр2=Трз^Грч-0 -Тр,=0; Т>г-Тр3"Тр4-0 -Тр!=0; Трз^Трз=Тр«^0 2//1 _Тр,-0-, Т^«Трз.Тр,-0 Ир

??8888888888 — С) 1 ^ О1 - »Л VI г- О* —' ©ООО© — — — —

Время суток, ч

в) 3 приоритетный класс

г) 4 приоритетный класс

Рис 6 Вероятность отказа вызовов 1-4-го приоритетных классов при варьировании остаточного времени до прерывания

883388888888 йй&ййййййййй

Время Суток, ч

а) 2 приоритетный класс

§§8888838888 538Б8:=2£::2яа

Время суток, ч

в) 3 приоритетный класс

7 0% п 60% 1

-Тр1=Трз=Трз=Тр4Ю -Тр,=0; Тр1=Тр5-Тр,-01/р _ —Тр|"0, Тр2=Тр5=Тр4^0 -Тр,=0; Тр2=Трз~Тр*=0 Я/1

§§§§88§88 о

ооооффффоо Вреня суток, ч

в) 4 приоритетный класс

Рис 7 Вероятность прерывания вызовов 2^-го приоритета при варьировании остаточного времени до прерывания обслуживания

Исследование подтвердило, что показатель качества «Остаточное время до прерывания обслуживания» является эффективным механизмом регулирования, управление которым позволяет оптимизировать использование сетевых ресурсов. Значения вероятностей отказа 1-4-го приоритетного класса и вероятностей прерывания 2-4-го приоритетных классов существенно зависят от остаточного времени до прерывания обслуживания. Увеличение остаточного времени до прерывания обслуживания ведет к увеличению вероятностей отказа 1-4-го приоритетных классов и уменьшению вероятностей прерывания 2-4-го приоритетных классов.

В третьей главе была проведена экспериментальная проверка разработанных алгоритмов управления качеством услуг на имитационной модели соты сети мобильной связи. Оценка эффективности алгоритмов дифференциации и управления качеством услуг проводилась по сравнению с нагрузкой, создаваемой абонентами в сети мобильной связи без приоритетов с отказами при РЬ=1%.

На основании имитационного моделирования получены следующие результаты:

1 Приращение среднесуточного трафика составило:

• Обслуживание с прерыванием (рис. 8) - 31,7%.

• Обслуживание с резервированием (рис. 9) - 31,7%.

• Обслуживание с адаптацией (рис. 10) - 21,6%.

2 Доли отказанных вызовов от общего числа поступивших вызовов в течение

суток попали в следующие диапазоны-

Таблица 2

Доли отказанных вызовов от общего числа поступивших вызовов в течение суток, %

Классы приоритетного обслуживания Требуемое значение, % Алгоритм управления качеством услуг

Обслуживание с прерыванием Обслуживание с резервированием Обслуживание с адаптацией

Приоритет 1 <0,1 [0,00; 0,00] [0,08; 0,38] [0,07; 0,1]

Приоритет 2 <1,0 [0,00; 0,38] [0,77; 3,81] [0,87; 1,0]

Приоритет 3 <3,0 [0,14; 2,08] [2,90; 11,68] [0,45; 2,91]

Приоритет 4 <5,0 [2,02; 4,46] [6,68; 20,32] [3,67; 4,99]

Приращение среднесуточного дохода в процентах составило.

• Обслуживание с прерыванием - 32,6%.

• Обслуживание с резервированием-32,1%.

• Обслуживание с адаптацией - 20,7%.

■■■ Приоритет 1 | | Приоритет 2 | | Приоритет 3 Приоритет 4 —•— Обслуживание с отказами при РЬ=1%

Анализ значений приращения среднесуточного трафика и величины доли отказанных вызовов от общего числа поступивших вызовов Я, позволяет сделать вывод, что алгоритм «Обслуживание с прерыванием» показывает лучшие результаты (максимум приращения среднесуточного трафика при удовлетворении доли отказанных вызовов требуемым значениям).

Врем суток, ч

Рис 8 Обслуженная нагрузка, алгоритм

«Обслуживание с прерыванием» при РЬ/=0,1%, РЪ,=}%, РЪ}=3%, РЪ4-5%

о о

§ § § 8 § §

О

§ §

о

о

888888888888 Н й Н Н М Н ^

О О О О ~ — — ~ — гч гч

Врей су то*, ч

Рис 9 Обслуженная нагрузка, алгоритм

«Обслуживание с резервированием» при РЬ^О.1%, РЬ2=1%. РЬ^З%, РЬ,=5%

Рис 10 Обслуженная нагрузка, алгоритм

«Обслуживание с адаптацией» при РЬ,=0,]%, РЬ,=1%, РЬ}=3%, РЬ4^5%

Алгоритм управления качеством услуг «Обслуживание с резервированием» при возрастании нагрузки отдает предпочтение в обслуживании вызовам высоких приоритетов, для которых резервируются каналы трафика, что объясняет большое значение верхнего предела долей отказанных низкоприоритетных вызовов /?г.

Алгоритм «Обслуживание с адаптацией» за счет способности пересчитывать (адаптировать) доли доступных каналов в соте 2Г для каждого приоритетного класса, ориентируясь на заданные в системе показатели качества услуг, позволяет выровнять суточную нагрузку в зависимости от интенсивности поступления вызовов разных приоритетных классов, причем значения долей отказанных вызовов Яг остаются в пределах требуемых.

Используя имитационную модель, было установлено следующее:

1. Значение остаточного времени до прерывания обслуживания должно удовлетворять требуемым значениям вероятности блокировки и быть инвариантно поступающей нагрузке.

2. Для внедрения на реальной сети мобильной связи рекомендуются алгоритмы «Обслуживание с прерыванием» и «Обслуживание с адаптацией». Алгоритм «Обслуживание с резервированием» не удовлетворяет требуемым показателям качества и не рассматривается как перспективный для внедрения на реальной сети мобильной связи.

3. Увеличение вероятности блокировки в радиоканале в ЧНН для 3-го и 4-го приоритетных классов до РЬ3=5% РЬ4^10% позволяет увеличить обслуженный среднесуточный трафик на

• Обслуживание с прерыванием - 33,7%.

• Обслуживание с адаптацией - 23,5%. и среднесуточный доход на

• Обслуживание с прерыванием - 34,3%.

• Обслуживание с адаптацией -21,2%.

В 3-ей главе проведено сравнение результатов аналитического и имитационного моделирования алгоритма управления качеством услуг «Обслуживание с прерыванием», которое показало удовлетворительное совпадение значений вероятностей отказа и вероятностей прерывания, полученных путем имитационного и аналитического моделирований. Расхождение между значениями вероятностей отказа и вероятностей прерывания, полученными на аналитической модели, и значениями, полученными на имитационной модели, составляет порядка 6% в ЧНН и порядка 3% в течение суток.

-! Имнтациояное моделирование - Аналитическое моделирование

' Имитационное моделирование ' —м—Аналитическое моделирование

ООО & О О «О ^ Л

^ ^ <4 «П 00 —

Врем* суток, ч

8 8 & й £ ё Время суток, ч

а) 1 приоритетный класс

б) 2 приоритетный класс

00% —!——»■■■ .

8 8 8 8 8 8 8 8

О г О г*, 2 2 Я

Й й й I й й й

8 а 8 2 «■>ое—< — —■ Г4

8 8 8 8 8 8 8 8

9 3 Й О 2 !£ £ 1

8 8 I Й й Й

8 8 8 8 М «Л ее N

Время суток, ч

Время суток, ч

в) 3 приоритетный класс г) 4 приоритетный класс

Рис 11 Вероятность отказа 1-4-го приоритета при Тр1 - Трг - Тр3 = Тр, = 0.5/(1

S 8 8 8 8 8 8 8

— S g £ О f> VO <7i n

й 8 8 I i i I

8 CI о 8 8 М v> ее s

а) 2 приоритетный класс

Врем* суток, ч

б) 3 приоритетный класс

Время суток, ч

в) 4 приоритетный класс Рис 12 Вероятность прерывания вызовов 2-4-го приоритета при Tpi = Тр2 = Трз = Tpt = 0 5/д

Также в 3-ей главе исследовались вопросы внедрения и апробации технологии дифференциации и управления качеством услуг на реальной сети мобильной связи 2-го поколения стандарта GSM. Было решено:

1. Для реализации алгоритмов дифференциации и управления качеством услуг и тарифами на сетях второго поколения необходимо ввести дополнительный Узел Приоритетного Обслуживания (Priority Service Node - PSN), который будет определять в соответствии с приоритетом поступившего вызова, текущими показателями качества услуг и действующим алгоритмом, разрешить вызывающему абоненту доступ к сетевым ресурсам или нет.

2. Приоритет абонента устанавливается оператором в области данных абонента узла PSN.

3. Различные виды дополнительных услуг (Supplementary Services - SS) и короткие сообщения (Short Messages -SMS) не имеют приоритета. То есть, приоритет пользователя не отражается на его способности активировать / деакти-вировать стандартный набор услуг стандарта GSM.

4. Принципы дифференциации и управления качеством услуг действуют в зоне действия «родной» сети пользователя мобильной связи.

5. Не требуется замены про-лкфференциацией и управлением качеством услуг и тарифами ГрЭММНОГО обеспечения ИЛИ

наращивания аппаратных средств коммутационной подсистемы. Затраты необходимы лишь на рекламную кампанию и модернизацию программного обеспечения подуровня управления доступом в канал сетей 2-го поколения.

В заключении приведены основные результаты проведенных в диссертационной работе исследований:

1. Показано, что внедрение технологии дифференциации и управления качеством услуг мобильной связи в сетях GSM 2-го поколения позволяет приблизить их по уровню сервиса к мобильным сетям будущих поколений.

2. Предложены и обоснованы показатели дифференциации и управления качеством услуг для сетей 2-го поколения стандарта GSM.

3. Предложены и разработаны алгоритмы управления качеством услуг сети мобильной связи: «Обслуживание с прерыванием», «Обслуживание с резервированием» и «Обслуживание с адаптацией», основанные на введении приоритетного обслуживания пользователей сети мобильной связи и управлением показателями качества услуг: остаточное время до прерывания обслуживания - Трг, доля зарезервированных каналов в соте - У/, вероятность блокировки в радиоканале в нас наибольшей нагрузки (ЧНН) - РЬГ и динамическая доля доступных каналов в соте - Z„

4. Предложена математическая модель сети мобильной связи с дифференциацией и управлением качеством услуг на основе цепей Маркова с вытеснением и дифференцированным остаточным временем до прерывания обслуживания, позволяющая рассчитывать вероятности отказа и прерывания вызовов для каждого из приоритетных классов в зависимости от остаточного времени до прерывания обслуживания.

5. Разработана имитационная модель сети мобильной связи, реализующая алгоритмы дифференциации и управления качеством услуг сети мобильной связи на основе приоритетного обслуживания.

О

Сигнальная информация Речь/Данные Рис 13 Архитектура сети мобильной связи с

6. Посредством имитационной модели подтверждена эффективность разработанных алгоритмов дифференциации и управления качеством услуг. Показано, что введение дифференциации и управления качеством услуг и соответствующих качеству дифференцированных тарифов позволяет увеличить среднесуточный трафик нагрузки и полезное использование ресурсов сети на 70100%, а среднесуточные доходы компании-оператора - на 35-50%.

7. Основываясь на результатах имитационного моделирования, к внедрению на реальной сети мобильной связи рекомендуются алгоритмы дифференциации и управления качеством услуг: «Обслуживание с прерыванием» и «Обслуживание с адаптацией».

8. Рассмотрены вопросы внедрения концепции дифференциации и управления качеством услуг и тарифами на реальной сети 2-го поколения стандарта GSM. Таким образом, результаты диссертационной работы подтверждают целесообразность внедрения алгоритмов дифференциации и управления качеством услуг на сети мобильной связи: развитие и внедрение технологии дифференциации и управления качеством услуг и тарифами на основе моделей приоритетного обслуживания является эффективным путем поддержания конкурентоспособности сетей GSM 2-го поколения по сравнению с мультисервисным сетями 3-го поколения.

В приложениях к диссертационной работе представлены результаты, полученные в процессе аналитического и имитационного моделирований.

Основные труды по теме диссертации:

1. Еськова Е.А., Цимбалист И.В. Оценка эффективности сотовой связи с дифференциацией качества обслуживания / Российская научно-техническая конференция «Информатика и проблемы телекоммуникаций». Новосибирск, апрель 2000, с.224-225.

2. Цимбалист И. В. Сравнительный анализ методов предоплаты и дифференциации качества обслуживания в сотовых сетях / Российская научно-техническая конференция «Информатика и проблемы телекоммуникаций». Новосибирск, апрель 2001, с. 157-158.

3. Цимбалист И. В. Состояние проблемы дифференциации качества обслуживания сотовой связи / Российская научно-техническая конференция «Информатика и проблемы телекоммуникаций». Новосибирск, апрель 2001, с.158-159.

4. Цимбалист И. В. Новый метод обслуживания абонентов в сети мобильной связи GSM // Инфосфера, 2001, №11, с.27-30.

5. Цимбалист И. В. Метод дифференциации и динамического управления качеством услуг мобильной связи / Российская научно-техническая конференция «Информатика и проблемы телекоммуникаций». Новосибирск, апрель 2002, с.30-31.

6. Irina V. Tsimbalist Computer Simulation of New Subscriber Service Schemes in 2G Cellular Networks // IEEE SIBCON'2003, Tomsk, October 2003, pp. 10-12.

7. Цимбалист И. В. Управление качеством услуг и тарифами как средство приближения характеристик качества обслуживания сетей 2G к уровню качества обслуживания 2.5/3G // Инфосфера, 2004, №20, с. 12-13.

РНБ Русский фонд

2006-4 2258

1

Цимбалист Ирина Владимировна

Исследование вопросов дифференциации качества обслуживания в цифровых сотовых сетях GSM

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 16.11 2004 г.

Формат бумаги 60x84/16, отпечатано на ризографе, шрифт № 10,

изд. л. 1,3, заказ № 131, тираж 100 экз., ГОУ ВПО «СибГУТИ». / К | |

630102, г. Новосибирск, ул. Кирова, 86. ( I I |

Л

Введение.

Глава 1. Концепция дифференциации и управления качеством услуг мобильной связи.

1.1. Обзор проблемы качества услуг мобильной связи в сетях 2-го поколения .;.

1.2. Основные положения концепции дифференциации и управления качеством услуг мобильной связи и комплекса показателей качества.

1.3. Моделирование суточного трафика в сети мобильной связи на основе кривых эластичности спроса.

1.4. Результаты и выводы к главе 1.

Глава 2. Вопросы аналитического моделирования мобильных сетей с дифференциацией и управлением качеством услуг.

2.1. Состояние вопроса.

2.2. Разработка алгоритмов управления качеством услуг.

2.3. Анализ алгоритмов методом цепей Маркова.

2.3.1. Постановка задачи.

2.3.2. Решение задачи.

2.3.3. Показатели качества СМО с дисциплиной «Обслуживание с прерыванием».

2.3.4. Решение системы уравнений глобального баланса.

2.4. Результаты и выводы к главе

Глава 3. Вопросы реализации систем с дифференциацией и управлением качеством услуг в мобильных сетях 2-го поколения.

3.1. Экспериментальная проверка алгоритмов управления качеством обслуживания на имитационной модели.

3.1.1. Разработка имитационной модели и методики исследования.

3.1.2. Программная модель реализованной имитационно системы.

3.1.3. Анализ результатов моделирования.

3.1.4. Влияние остаточного времени до прерывания обслуживания на характеристики системы.

3.1.5. Влияние доли зарезервированных каналов в соте на характеристики системы

3.1.6. Влияние вероятности блокировки в радиоканале в ЧНН на характеристики системы.

3.1.7. Выводы.

3.2. Сравнение результатов аналитического и имитационного моделирования алгоритма управления качеством услуг «Обслуживание с прерыванием».

3.3. Вопросы реализации систем с дифференциацией и управлением качества услуг в мобильных сетях GSM.

3.4. Результаты и выводы к главе 3.

Настоящая диссертационная работа посвящена исследованию вопросов дифференциации и управления качеством услуг (Quality of Service - QoS) и тарифами в сетях мобильной связи 2-го поколения (2G) стандарта GSM (Global System for Mobile Communication). Данное научное исследование сочетает в себе новые маркетинговые подходы на рынке сотовой связи, архитектуру сети, адаптированную к управлению качеством услуг, и алгоритмы дифференцированного обслуживания (Differentiated Service - DiffServ) пользователей сетей мобильной связи.

В конечном итоге суть концепции дифференциации и управления качеством услуг сводится к внедрению процедур динамического управления параметрами качества сервиса и градуированными тарифами. Последние предполагают введение алгоритмов приоритетного обслуживания, благодаря которым абонентам выделяются сетевые ресурсы в зависимости от текущего состояния сети и с учетом гарантированных показателей качества услуг для каждого приоритетного класса мобильных абонентов.

Следует отметить, что всестороннее исследование и дальнейшее практическое применение технологии дифференциации и управления качеством услуг и тарифами приведет к существенному расширению рынка мобильной связи путем вовлечения максимального количества пользователей (от элитарных до массовых), поддержанию конкурентоспособности сетей 2G, увеличению суточного трафика нагрузки и полезного использования ресурсов сети.

Актуальность выбранной темы

Понятно, что на сегодняшний день наибольшее число пользователей мобильной связи - это пользователи стандарта 2-го поколения GSM, и такая тенденция будет сохраняться еще ближайшие несколько лет, хотя постепенно внедряются сотовые сети промежуточного (2,5G) и третьего (3G) поколений.

Наметившийся переход к сетям следующего поколения может быть рет волюционным или эволюционным. Революционный переход подразумевает полную замену существующих сетей 2G на 3G и сопряжен с большими капитальными затратами и высоким коммерческим риском. Эволюционный переход означает «мягкое» приближение сетей 2-го поколения к сетям 3G за счет постепенного внедрения возможностей и услуг сетей сотовой связи следующего поколения на эксплуатируемых сетях. Одной из таких возможностей является управление качеством услуг, на чем основана разрабатываемая в диссертационной работе технология дифференциации и управления качеством услуг. Предлагаемая технология позволяет продолжить эксплуатацию сетей GSM и в то же время приблизить их возможности к возможностям сетей следующих поколений.

Таким образом, актуальность темы диссертации обусловлена социальной значимостью и теми тенденциями, что наблюдаются в области мобильной связи. Также, актуальность подчеркивается существующей достаточно узкой направленностью компаний-операторов сотовой связи на клиентов с определенным уровнем доходов, на экстенсивный захват новых рынков, территорий лишь путем дифференциации тарифных планов без учета предлагаемого качества услуг и обслуживания.

Цель диссертационной работы

Развитие технологий улучшения качества обслуживания; расширения абонентской базы; повышения эффективности использования канальных ресурсов сетей мобильной связи, а также приближение мобильных сетей 2-го поколения к мультисервисным сетям мобильной связи 3-го поколения по качеству, управляемости и гарантированности предлагаемых голосовых услуг путем осуществления в мобильных сетях 2-го поколения дифференциации и динамического управления качеством услуг (QoS).

Задачи диссертационной работы

Для достижения поставленной цели были определены следующие основные задачи:

1. Анализ текущего состояния проблемы качества услуг мобильной связи.

2. Обоснование и разработка показателей качества и дифференциации услуг мобильной связи для сетей 2-го поколения.

3. Исследование и разработка алгоритмов управления качеством услуг, основанных на приоритетном обслуживании пользователей сети мобильной связи.

4. Разработка математической модели сети мобильной связи с дифференциацией и управлением качества услуг.

5. Экспериментальная проверка разработанных алгоритмов управления качеством услуг на имитационной модели соты сети мобильной связи.

6. Исследование вопросов внедрения и апробации технологии дифференциации и управления качеством услуг на реальной сети мобильной связи 2-го поколения стандарта GSM.

Методы исследования

В диссертации приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований, полученных с использованием элементов теории вероятностей, теории массового обслуживания, цепей Маркова, приоритетного обслуживания, планирования эксперимента, имитационного моделирования, методов математической статистики.

Достоверность результатов диссертационной работы подтверждается обоснованностью и корректностью применения аппарата Марковских процессов, массового обслуживания; построения имитационной модели; удовлетворительным совпадением полученных при аналитическом моделировании результатов с результатами имитационного моделирования.

Научная новизна

В процессе разработки темы диссертации были получены следующие новые научные результаты:

1. Предложены и обоснованы показатели дифференциации и управления качеством услуг мобильной связи для сетей 2-го поколения стандарта GSM.

2. Предложены и разработаны алгоритмы управления качеством услуг, основанные на приоритетном обслуживании пользователей сети мобильной связи:

- «Обслуживание с прерыванием», отличающийся введением дифференцированного остаточного времени до прерывания обслуживания;

- «Обслуживание с адаптацией», отличающийся введением дифференцированной динамической доли доступных каналов трафика в соте.

3. Предложена математическая модель сети мобильной связи с дифференциацией и управлением качеством услуг на основе цепей Маркова с вытеснением и дифференцированным остаточным временем до прерывания обслуживания.

4. Предложена и разработана имитационная модель соты сети мобильной связи с дифференциацией и управлением качеством услуг, позволившая экспериментально оценить эффективность разработанных алгоритмов управления качеством услуг сети мобильной связи.

5. Показано, что внедрение алгоритмов дифференциации и управления качеством услуг на основе приоритетного обслуживания позволяет повысить среднесуточную нагрузку, создаваемую абонентами мобильной связи, а, следовательно, повысить уровень использования канальных ресурсов и доходы компаний-операторов.

6. Рассмотрены общие принципы построения и требования к сети мобильной связи GSM 2-го поколения при внедрении технологии дифференциации и управления качеством услуг.

Практическая ценность

1. Разработаны алгоритмы дифференциации и управления качеством услуг.

2. Установлена и оценена техническая и экономическая эффективность внедрения технологии дифференциации и управления качеством услуг и тарифами на сети мобильной связи.

3. Результаты диссертационной работы могут быть использованы для дальнейшего развития и внедрения технологии дифференциации и управления качеством услуг на сетях мобильной связи 2-го поколения стандарта GSM.

Апробация работы

Материалы диссертационной работы докладывались, представлялись и обсуждались на:

• Российской научно-технической конференции «Информатика и проблемы телекоммуникаций» (г. Новосибирск, 2000, 2001, 2002 гг.);

• IEEE Siberian Conference on Control and Communications (SIBCON'2003, г.Томск).

Реализация результатов работы. Основные положения диссертационной работы внедрены в учебный процесс Сибирского государственного университета телекоммуникаций и информатики на Кафедре телекоммуникационных сетей и вычислительных средств.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Комплекс показателей качества и дифференциации услуг мобильной связи для сетей 2-го поколения.

2. Алгоритмы дифференциации и управления качеством услуг, основанные на приоритетном обслуживании пользователей сети мобильной связи.

3. Марковская модель сети мобильной связи с вытеснением и дифференцированным остаточным временем до прерывания обслуживания.

4. Инвариантное соотношение для регулирования и распределения ресурсов каналов трафика, обеспечивающее высокую эффективность полезного использования ресурсов канала и одновременно - гарантированные значения показателей качества.

5. Результаты исследования эффективности разработанных алгоритмов управления качеством услуг сети мобильной связи посредством имитационной модели.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ, которые приведены в конце списка литературы.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и приложений. Основной материал изложен на 105-и страницах, включает в себя 33-и рисунка, 8-мь таблиц и 4-е приложения. Список литературы содержит 82-а наименования.

3.1.7. Выводы

1. При имитационном моделировании сети мобильной связи с различными алгоритмами дифференциации и управления качеством услуг удалось воспользоваться всеми преимуществами, которые предлагает имитационное моделирование. А именно: возможность экспериментировать с моделируемой системой, изменяя не только входные параметры и проверяя чувствительность системы, но и внутреннюю структуру смоделированных алгоритмов управления качеством услуг; возможность многократного прогона имитационной модели для получения требуемой точности результатов.

2. Установлено, что наилучшие результаты по объему обслуженной нагрузки, доли отказанных вызовов и среднесуточного дохода показал алгоритм управления качеством услуг «Обслуживание с прерыванием» в связи с тем, что данный алгоритм позволяет принимать на обслуживание низкоприоритетные вызовы наравне с высокоприоритетными.

3. Установлено, что значение остаточного времени до прерывания обслуживания должно удовлетворять требуемым значениям вероятности блокировки и быть инвариантно поступающей нагрузке. Для проведенных экспериментов оптимально время в диапазоне 0.11 /ц. - 0.22/ ц для 2-4-го приоритетных классов.

4. Алгоритм «Обслуживание с резервированием» не удовлетворяет требуемым показателям качества и поэтому не рассматривается как перспективный для внедрения на реальной сети мобильной связи.

5. Установлено, что увеличение вероятности блокировки в радиоканале в ЧНН для 3-го и 4-го приоритетных классов позволяет увеличить обслуженный среднесуточный трафик и, следовательно, среднесуточный доход.

6. Моделирование показало, что алгоритм управления качеством услуг «Обслуживание с адаптацией» обладает способностью подстраиваться к входной приоритетной нагрузке и изменяющимся условиям на сети мобильной связи. При увеличении входной нагрузки доля отказанных вызовов от общего числа поступивших вызовов в процентах для алгоритма «Обслуживание с адаптацией» практически не меняется по сравнению с данными табл. 3.1. В то время как при обслуживании по алгоритму «Обслуживание с прерыванием» этот параметр в среднем увеличивается на 12,8%, при обслуживании по алгоритму «Обслуживание с резервированием» - на 48,1%.

Таким образом, при дисциплине «Обслуживание с адаптацией» система близка к стационарному состоянию, когда параметры качества услуг не меняются при изменении входной нагрузки, в то время как увеличение последней при внедрении других алгоритмов влечет за собой резкое ухудшение параметров качества услуг сети мобильной связи.

7. В качестве алгоритмов управления качеством услуг, которые могут быть рассмотрены, как алгоритмы для внедрения на реальной сети мобильной связи, автором рекомендуются алгоритмы «Обслуживание с прерыванием» и «Обслуживание с адаптацией», показавшие хорошие результаты и по объему обслуженной нагрузки, и по значению доли отказанных вызовов.

3.2. Сравнение результатов аналитического и имитационного моделирования алгоритма управления качеством услуг «Обслуживание с прерыванием»

Используем имитационную и математическую модели сети сотовой связи с дисциплиной обслуживания «Обслуживание с прерывание» и сравним результаты моделирований при следующих входных данных:

1. Время работы системы V в секундах, изменяется от 0 до 86 399, что соответствует суткам от 0:00 до 23:59:59.

2. Число каналов трафика в соте сети мобильной связи т=14.

3. Вероятность блокировки вызова в час наибольшей нагрузки (ЧНН) Pbj=0,l%, Pb2=l%, Pb3=3%, РЪ4=5%.

4. Суточная интенсивность поступления вызовов от абонентов 1-4-го приоритетных классов, рассчитанная исходя из кривых эластичностей спроса по схеме 3) (гл. 1, п. 1.3).

5. Время обслуживания вызовов различных приоритетов случайно и подчиняется показательному закону с параметром ji = 1 /г, где т = 90 с.

6. Остаточное время до прерывания обслуживания

5.1 Tpi = Tp2 = Tp3 = Тр4 = 0;

5.2 Тр, = 0; Тр2 = Тр3 = Тр4 = 0.1/ju;

5.3 Тр, = 0; Тр2 = Тр3 = Тр4 = 0.2/ju;

5.4 Тр, = 0; Тр2 - Тр3 = Тр4 = 0.5//л.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На сегодняшний день при эксплуатации сетей GSM возникли определенные трудности, а именно: ограниченность частотного GSM-pecypca и «насыщение» сотовых сетей: когда темпы аппаратного развития сети не соответствуют темпам роста удельной нагрузки, создаваемой мобильными абонентами, сконцентрированными в разных частях многомиллионных мегаполисов. В таких условиях необходимо либо держать запас сетевой инфраструктуры по отношению к набираемой абонентской базе, либо искать пути перехода к дифференцированию и управлению качеством услуг мобильной связи. Проведенное в работе исследование текущего состояния проблемы качества услуг мобильной связи подтвердило, что существующие сети GSM 2-го поколения, в отличие от сетей 3G, не обеспечивают дифференциацию и управление качеством услуг, что снижает их конкурентоспособность и сокращает период эксплуатации.

В диссертационной работе для технологии дифференциации и управления качеством обслуживания были предложены и обоснованы показатели качеством услуг, которые позволяют дифференцировать пользователей сети мобильной связи и управлять уровнем предлагаемого абонентам качества услуг. Самым важным показателем дифференциации и управления качеством услуг считается вероятность блокировки вызовов - Рь.

Разработаны алгоритмы дифференциации и управления качеством услуг: «Обслуживание с прерыванием», «Обслуживание с резервированием» и «Обслуживание с адаптацией», основанные на введении приоритетного обслуживания пользователей сети мобильной связи и управлением показателями качества услуг: остаточное время до прерывания обслуживания - Трг; доля зарезервированных каналов в соте - Yr; вероятность блокировки в радиоканале в час наибольшей нагрузки (ЧНН) - Pbr и динамическая доля доступных каналов в соте - Zr.

Предложена математическая модель сети мобильной связи с дифференциацией и управлением качеством услуг на основе цепей Маркова с вытеснением и дифференцированным остаточным временем до прерывания обслуживания, позволяющая рассчитывать основные характеристики качества обслуживания — вероятности отказа и прерывания вызовов для каждого из приоритетных классов в зависимости от остаточного времени до прерывания обслуживания.

Имитационным моделированием подтверждена эффективность разработанных алгоритмов дифференциации и управления качеством услуг: показано, что введение дифференциации и управления качеством услуг и соответствующих качеству дифференцированных тарифов позволяет увеличить суточный трафик нагрузки и полезное использование ресурсов сети на 30%, а среднесуточные доходы компании-оператора - больше чем на 30% .

Основываясь на результатах имитационного моделирования, к внедрению на реальной сети мобильной связи рекомендуются алгоритмы дифференциации и управления качеством услуг: «Обслуживание с прерыванием» и «Обслуживание с адаптацией».

Также были исследованы вопросы внедрения и апробации концепции дифференциации и управления качеством услуг на реальной сети мобильной связи 2-го поколения стандарта GSM: показано, что внедрение принципов дифференциации и управления качеством услуг на реальной сети мобильной связи предполагает введение на сети GSM дополнительного Узла Приоритетного Обслуживания, который без необходимости модификации существующих GSM протоколов позволит реализовать алгоритмы дифференциации и управления качеством услуг и тарифами.

Таким образом, результаты диссертационной работы подтверждают целесообразность внедрения алгоритмов дифференциации и управления качеством услуг на сети мобильной связи: развитие и внедрение технологии дифференциации и управления качеством услуг и тарифами на основе моделей приоритетного обслуживания является эффективным путем поддержания конкурентоспособности сетей GSM 2-го поколения по сравнению с мультисервисным сетями 3-го поколения.

1. Баруча-Рид А.Т. Элементы теории марковских процессов и их приложения. М.: Наука, 1969. - 512 с.

2. Бахвалов Н. С. , Жидков Н.П., Кобельков Г.М. Численные методы: Учеб. пособие. М.: Наука, 1987. - 600 с.

3. Бочаров П.П., Печинкин А.В. Теория массового обслуживания: Учебник. М.: Изд-во РУДН, 1995. - 529 с.

4. Бусленко Н.П. Моделирование сложных систем. М.: Наука, 1968. - 356 с.

5. Бусленко Н.П. Метод статистического моделирования. М.: Статистика, 1970.

6. Ведомственные нормы технологического проектирования. Комплексы сетей сотовой и спутниковой подвижной связи общего пользования. РД 45.162-2001. Москва, 2001г. ЗАО "Институт сотовой связи", ОАО Ти-просвязь" и ГСПИ РТВ.

7. Вентцель Е. С. Теория вероятностей: Учеб. для вузов. М.: Высш. школа, 2001.-575 с.

8. Володина Е.Е., Тихвинский В.О. Управление качеством услуг подвижной связи третьего поколения // Мобильные системы. 2003. — № 5. - С. 24-29.

9. Воропаева В.Я. Теория массового обслуживания / В.Я. Воропаева Режим доступа: http: // www.tks00v.narod.ru/liter/otmo.htm 28.09.2002.

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

11. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика. Учеб. пособие для вузов М.: Высш. шк., 2001. - 479 с.

12. Гнеденко Б.В. и др. Приоритетные системы обслуживания. М.: МГУ, 1973.

13. Гнеденко Б.В., Коваленко И.Н. Введение в теорию массового обслуживания- М.: Наука, 1987. 336 с.14