автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.13, диссертация на тему:Методы оптимального распределения частотно-временного ресурса в системах подвижной радиосвязи

На правах рукописи

ШОРИН ОЛЕГ АЛЕКСАНДРОВИЧ

Методы оптимального распределения частотно-временного ресурса в системах подвижной радиосвязи

Специальность 05.12.13 -Системы, сети и устройства телекоммуникаций

Автореферат Диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва 2005г.

Работа выполнена в Московском техническом университете связи и информатики

Официальные оппоненты:

Ведущая организация- Научно-исследовательский институт радио (ФГУП НИИР)

Защита состоится « 02 » марта 2006 г. в 15 час. на заседании диссертационного совета Д 219.001.01 в Московском техническом университете связи и информатики (МТУСИ) по адресу: 111024, г. Москва, ул. Авиамоторная, 8а, аудитория А-455.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке МТУСИ

-доктор технических наук, профессор Громаков Ю.А. -доктор техничеких наук, профессор Пестряков А.В. -доктор техничеких наук, профессор Тележный Б.Г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 219.001.01 кандидат технических наук

зшб-Ч. 12&1751

Лё£Ч1

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность проблемы

Бурная информатизация общества привела к тому, что в последнее десятилетие произошел резкий скачок объема информации, передаваемой и обрабатываемой различными системами радиосвязи. Существенно увеличилось количество одновременно работающих радиосредств и систем связи различного назначения. В каждой отдельной системе значительно возросло число абонентов. Заметно поднялась скорость обработки и передачи информации.

Наступил период, когда практически все системы радиосвязи вышли на предельный уровень нагрузки и ощутили потребность в повышении ресурса радиоканала. Усилия на уровне национальных и международных комитетов и комиссий по распределению ресурса радиоканала между различными системами, радиосредствами и службами оказались способными лишь на некоторое время снять остроту проблемы.

В качестве важнейшей тенденции решения проблемы повышения пропускной способности радиотехнических систем в последнее время выступает поиск новых усовершенствованных способов организации радиосвязи, активизация неиспользованных ресурсов существующих радиолиний. В сотовых сетях и системах связи подвижных абонентов одними из основных путей повышения пропускной способности являются: оптимизация территориального распределения частотного ресурса радиоканала, а также пространственной структуры сотового покрытия, поиск оптимальных методов обеспечения ЭМС, обеспечение более качественной и быстрой работы в режимах организации доступа, введения процедур контроля локальных перегрузок с последующим перераспределением ресурса.

Реализации перечисленных выше методов препятствует высокая сложность существующих алгоритмов, неразвитость информационных технологий в части подходов, позволяющих снижать указанную вычислительную сложность в реальных условиях, отсутствие решения вопросов, связанных с влиянием мобильности абонентов на основные характеристики систем подвижной радиосвязи.

Появление высокопроизводительных цифровых БИС с большой степенью интеграции открыло новые принципиальные возможности по созданию компактных устройств и комплексов автоматизированного решения указанных задач. Относительная простота сопряжения цифровых систем адаптивного управления ресурсом канала с другими цифровыми системами фактически решает проблему их включения в существующие и проектируемые интегрированные цифровые сети региональных, национальных и глобальных систем радиосвязи. Это объясняет то, что на первый план все отчетливее выступает проблема разработки соответствующих теоретических методов управления ресурсом радиоканала и анализа характеристик мобильности подвижных абонентов.

Главной особенностью систем подвижной радиосвязи (СПР) является подвижность абонентов и территориальная распределенность подсистемы радиодоступа. Эта особенность делает подчас невозможным использование для их исследования и проектирования научных результатов и инженерных методик, разработанных для телекоммуникационных систем фиксированной связи. Поэтому одной из актуальных задач является задача исследования области применения известных результатов теории массового обслуживания в части пропускной способности системы по трафику с учетом конфигурации подсистемы радиодоступа и характера мобильности абонентов. Такие исследования позволили сформулировать и решить задачу адаптивного управления канальным ресурсом в сотовых и низкоорбитапьных спутниковых системах связи с учетом мобильности абонентов, а также задачу аналитического расчета в них режима хэндовера.

Сформулированная выше особенность

БИБЛИОТЕКА СП*

о®

большие

вычислительные сложности задач, возникающих при их проектировании, и особенно для систем поколений 2.5 G и 3G Ярким примером могут служить две важнейшие задачи из области частотно-территориального планирования (ЧТП) СПР. определение наилучших, по большому перечню показателей, мест установки базовых станций, и выбор интермодуляционно-совместимых групп частот из большого (более 100) числа исходных номиналов частот. Учеными, работающими в указанной области, прилагаются достаточно серьезные усилия в поиске разрешения указанной проблемы с целью получения практически пригодных алгоритмов для использования их на практике. Примером могут служить работы, в которых отражены наиболее значимые результаты, полученные к настоящему времени Беблоком, по выбору максимальных групп интермодуляционно-совместимых частот из заданного множества равномерной сетки частот. Предельные значения их применимости ограничены объемом в 85 частот (в литературе приводится только одна полученная максимальная группа для заданного объема частот). В работах Бокса, Дельфора, Куврё и Цольнера приведено довольно представительное число алгоритмов распределения частот для сотовых систем, однако все они построены на эмпирических или полуэмпирических подходах, не позволяющих гарантировать, даже приблизительно, оптимальный результат. Общего конструктивного алгоритма для любых СПР до сих пор так и не найдено. Все существующие в настоящее время расчетно-аналитические комплексы и алгоритмы имеют экспоненциальную вычислительную сложность или требуют активного использования интуиции проектировщика, основанной на богатом опыте и высоком профессионализме. Это предопределяет большую долю субъективизма в решении задачи и делает невозможным строгую оценку полученного решения в смысле оптимальности по выбранному критерию качества. Поэтому актуальной остается проблема создания алгоритмов для формализованного решения таких задач, имеющих вычислительную сложность не выше полиномиальной, и свободных от субъективного участия проектировщика.

Большое число нерешенных вопросов существует в СПР оперативного или производственно-технологического назначения. Как известно, система, позволяющая наиболее эффективно использовать выделенные радиоканалы (например, по критерию минимума среднего времени ожидания), является системой с равнодоступными каналами. В этой связи для оперативных сетей радиосвязи необходимо решить вопрос со структурой сети при случайном множественном доступе, а для радиосетей с пакетной передачей данных и "транкинговых" систем радиосвязи, в которых время сеанса связи соизмеримо со временем обмена служебной информацией, необходимо определить алгоритм управления свободными каналами. Большая часть работ по этому вопросу принадлежит ученым Цыбакову Б.С., Михайлову В.А и др., однако вопрос централизованного управления режимом случайного множественного доступа до сих пор не рассматривался Особую актуальность этот вопрос приобретает в связи с разработкой аппаратуры с автоматическим поиском свободного канала, на основе которой строятся "транкинговые" системы, а также с разработкой и широким внедрением в последнее время радиотехнических систем передачи специализированной (телеметрической, тревожной и т. п.) информации.

Другой важный аспект проектирования, эксплуатации и исследования рабочих характеристик сотовых сетей и других СПР, составляет задача обнаружения и распределения по пространству спонтанно возникающих локальных концентраций нагрузки. Указанная проблема относится к новой области теории информации, изучающей пространственно-временные преобразования данных, распределенные алгоритмы управления, обработки, хранения, кодирования и доставки информации Указанное направление в настоящее время только начинает активно развиваться.

Причина этого состоит в том, что активный источник требований к соответствующим результатам возник сравнительно недавно в виде бурно развивающихся сотовых сетей связи и других систем, обладающих территориально распределенной структурой. Хотя общие идеи и пионерские работы, касающиеся указанной проблематики, возникли достаточно давно. На первом этапе они относились исключительно к изучению вопросов оптимизации распределенных поисковых усилий. В дальнейшем они получили развитие на отдельные задачи, решаемые в системах обмена информацией. Наибольшее влияние в этом направлении оказали работы зарубежных авторов: Клейнрока Л., Спенсера Р., Мартина Дж., Галлагера Р., Мерлина П., Сегалла А., Прабху Н., Питерсона Дж. и др Среди отечественных работ к таким относятся труды Б.В. Гнеденко, М.А. Шнепса, Б.С. Лифшица, Г.П.Башарина, А П. Пшеничникова А.Д. Харкевича, Е И. Рухмана, Б.Я Советова, С.А. Яковлева, В.А Кочегарова и Г.А Фролова. Однако работ, посвященных непосредственно вопросам влияния характеристик мобильности абонентов на рабочие параметры систем связи, а также обнаружению процессов скопления/рассасывания абонентов в локальных областях для предсказания перегрузок на ранних этапах пока нет. Более того, в теории массового обслуживания нет даже раздела, посвященного указанным вопросам, который бы можно было определить как раздел, изучающий нестационарные системы массового обслуживания. Этим объясняется важность решения такой задачи, как с точки зрения теории, так и с точки зрения практики. Таким образом, анализ публикаций в исследуемой области показал отсутствие теоретических результатов по оценке эффективности применения указанных выше, достаточно сложных методов управления ресурсами канала и контроля мобильности, а также отсутствие конкретных выводов по потенциальным возможностям их использования в тех или иных условиях. Это не позволяет судить о целесообразности их внедрения, оставляет без ответа вопрос о том, как именно нужно осуществлять соответствующее управление, и в каких ситуациях системы наиболее чувствительны к нестационарному поведению мобильных абонентов. Последнее обстоятельство существенно сдерживает широкое распространение на практике систем связи подвижных абонентов с адаптивным управлением пространственным распределением ресурсов. Таким образом, настоятельная потребность в применении новых высокоэффективных систем связи, использующих незадействованные до настоящего времени ресурсы радиоканала, с одной стороны, и отсутствие необходимых для этого теоретических проработок, с другой стороны, настоятельно требуют разработки перспективных методов управления ресурсами радиоканала и слежения за поведением мобильных абонентов, позволяющих в полной мере учитывать особенности функционирования их как систем массового обслуживания и проводить исследования для конкретных технических приложений.

Цель и задачи работы

Целью работы является разработка научно обоснованных технических решений по повышению эффективности использования ресурса радиоканала в системах подвижной радиосвязи путем решения задач ЭМС, распределенного управления доступом и контроля мобильности абонентов Внедрение этих решений вносит значительный вклад в развитие такой важной технико-экономической проблемы, как создание высокопроизводительных систем массового обслуживания подвижных абонентов.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить комплекс теоретических, экспериментальных и прикладных задач:

- создать математические модели и на их основе алгоритмы, позволяющие за

реальное время счета находить решения сложных комбинаторных задач

проектирования СПР;

з

- разработать алгоритмы решения задачи формирования групп интермодуляционно-совместимых частот в СПР различного назначения с произвольной территориальной структурой таких систем;

- разработать вероятностную модель СПР как системы массового обслуживания наиболее адекватную реальным ситуациям, учитывающую мобильное поведение абонентов;

- разработать алгоритмы территориального планирования сотовых систем нового поколения, обеспечивающие безъизбыточное число базовых станций;

- исследовать режимы перегрузки сотовых систем связи с учетом мобильности подвижных абонентов;

- разработать математические модели мобильности подвижных абонентов в сотовых системах связи и на их основе синтезировать алгоритмы динамического управления канальным ресурсом;

- провести анализ характеристик полученных алгоритмов контроля динамически изменяющихся параметров мобильности абонентов для оценки достоверности принимаемых решений, точностей формируемых оценок параметров и времени реакции на возникновение критических ситуаций;

- осуществить частотно-территориальное планирование конкретных СПР в части интермодуляционной совместимости частот;

- разработать протоколы обмена информацией при управлении случайным множественным доступом и на их основе разработать рекомендации по созданию пакетных радиотехнических систем специального назначения;

- провести анализ дополнительного ресурса радиоканала сотовых сетей связи, связанного с многократным покрытием территории в пограничных зонах сот;

- разработать методы управления доступом и организации хэндовера, позволяющие реализовать дополнительный ресурс радиоканала в зонах перекрытий для повышения рабочих характеристик системы в целом;

- исследовать условия, при которых в многоканальных СПР возможна передача пакетов данных в канале, совмещенном с речевым;

- разработать алгоритмы множественного доступа в пакетных радиосетях в режиме динамичного управления доступом со стороны центральной станции;

- провести сопоставительный анализ для оценки выигрыша, обеспечиваемого в режиме активного управления доступом со стороны центральной станции;

- реализовать все предложенные алгоритмы в виде пакетов прикладных программ;

- сформулировать рекомендации по возможным направлениям дальнейшего развития полученных результатов в целях повышения эффективности использования ресурса радиоканала в СПР или для решения подобных задач в ряде других приложений.

Общая методика исследований

Разрабатываемые в диссертации методы управления случайным множественным доступом и контроля мобильности подвижных абонентов в сотовых сетях и СПР базируются на использовании методов теории вероятностей, теории массового обслуживания, математической статистики, адаптивной обработки и теории управления.

При решении задач синтеза алгоритмов автоматизированного формирования групп интермодуляционно-совместимых частот и формирования оптимизированной структуры расположения опорной сети базовых станций использовались методы теории множеств и теории графов.

б

Анализ эффективности алгоритмов контроля мобильности в режимах автоматического обнаружения и идентификации характера нестационарного поведения проводился с использованием методов математического моделирования.

Научная новизна и основные научные результаты

1. Разработаны конструктивные алгоритмы синтеза групп интермодуляционно-совместимых частот и территориального плана сотовых систем связи на основе применения теории монотонных систем-,

2. Исследован вопрос влияния мобильности подвижных абонентов, как макропараметра, на вероятность перегрузки в сотовых системах связи, в результате чего получена формуле расчета пропускной способности этих систем с учетом мобильности, что, при соответствующей организации, позволило повысить эффективность их использования;

3. Предложена математическая модель, учитывающая нестационарное поведение мобильных абонентов в пределах сот. Она позволила с единых позиций рассматривать характерные ситуации возникновения/рассасывания автомобильных пробок, флуктуаций потоков абонентов на выходах из станций метро, прохождения потоков через экранирующие туннели, синхронизирующих внешних условий массового порядка (сбои расписаний, концентрации людей в местах проведения массовых мероприятий и т.п.), и т.д.

4. Исследован вопрос динамики перегрузок, возникающих в сотовых системах связи из-за мобильности подвижных абонентов и синтезированы алгоритмы совместного обнаружения-оценивания параметров мобильности, позволившие заблаговременно предсказывать режим перегрузки и перераспределяя канальный ресурс, повысить пропускную способность систем.

5. Предложена оригинальная методика, расширяющая технику теории массового обслуживания на задачи с нестационарным поведением объектов, позволяющая решать большой класс новых задач, относящихся к системам с высокой динамикой поведения и к режимам переходного процесса, возникающим в системах массового обслуживания Новый класс задач охватывает ситуации с нестационарным поведением интенсивностей входящего потока и потока обслуженных заявок.

6 Исследованы и определены условия организации структуры сети оперативной радиосвязи с множественным доступом, минимизирующие среднее время ожидания в сети.

7. Исследована возможность уплотнения пакетами данных каналов, освобождающихся от речевых сообщений в многоканальных СПР, что увеличивает объем обслуживаемой нагрузки.

8. Разработана математическая модель организации доступа, учитывающая возможность радиоперекрытия зон и определена методика расчета вероятности отказа доступа при использовании для этой цели дополнительного ресурса зон перекрытия в сотовых системах связи, что повышает пропускную способность таких систем.

9. В системах со случайным множественным доступом синтезирован оптимальный алгоритм управления процедурой распределения свободных каналов среди активных подвижных абонентов.

10. Разработаны вычислительные алгоритмы синтеза радиосетей с оптимизированной структурой распределения ресурсов, имеющие полиномиальную сложность, позволяющие в комбинаторных задачах создания систем подвижной радиосвязи существенно сократить время счета.

Практическая ценность работы

На основе полученных в диссертации методов синтеза и анализа алгоритмов распределения ресурса радиоканала, распределенного управления доступом и контроля мобильности предложены конкретные варианты построения или модификации целого ряда существующих и проектируемых систем. Результаты ориентированы на возможность осуществления практической разработки СПР как оперативного назначения, так и общего пользования с высокоэффективным использованием выделенного частотно-временного ресурса, что приводит к повышению технико-экономической эффективности таких систем.

Применение методов оптимального распределения частотно-временного ресурса в СПР позволило:

- решить задачу частотно-территориального планирования сетей оперативной радиосвязи ГУВД г. Москвы в диапазонах 148/170 МГц, 205/210 МГц и 430\460 МГц;

- определить структуру сети оперативной радиосвязи ГУВД г. Москвы, работающей в режиме множественного доступа;

- решить задачу оптимизированного территориального планирования сотовых сетей связи третьего поколения ЗЭ;

- решить задачу аналитического расчета пропускной способности сотовых сетей связи в режиме хэндовера;

- решить задачу учета параметров мобильности подвижных абонентов при анализе пропускной способности сотовых сетей связи;

- решить задачу прогноза перегрузок сотовых сетей связи из-за изменения нагрузки сот в результате передвижения абонентов;

- рекомендовать группы частот для стандартов ЫМТ-450, СвМ-ЭОО при проектировании сетей «Институтом сотовой связи» и ФГУП ГСПИ РТВ;

- синтезировать алгоритмы распределения групп частот и множественного доступа к канальному ресурсу в низкоорбитальной спутниковой системе "Гонец",

- разработать асинхронный протокол обмена информацией в режиме случайного множественного доступа в канале, совмещенном с речевым, для систем передачи тревожной информации таких, например, как "РОСА";

- разработать алгоритмы быстрой коммутации свободных радиоканалов в многоканальных радиостанциях и "траикинговых" системах радиосвязи.

Результаты диссертационных исследований использованы при создании сетей оперативной радиосвязи ГУВД г. Москвы; в низкоорбитальной спутниковой системе связи ГОНЕЦ, в сотовых системах связи общего пользования первого, второго и третьего поколений, что подтверждается соответствующими актами внедрения. Предложенные технические решения защищены авторским свидетельством и патентом РФ. Результаты научных исследований использованы в программе фундаментальных и прикладных исследований вузов связи Российской Федерации «Фундаментальные аспекты новых информационных ресурсосберегающих технологий» Министерства связи и информатизации РФ, проектных работах, проводимых ФГУП ГСПИ РТВ и «Институтом сотовой связи», в научно-исследовательских работах, проводимых ФГУП НИИР и при решении задач, стоящих перед крупными операторами сотовой связи (ОАО «Вымпелком»), Кроме того, результаты исследований нашли применение в учебном процессе на радиотехническом факультете МТУСИ

Объем и структура диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и отдельного тома приложений Она изложена на 236 страницах машинописного

текста, содержит 72 рисунка, 26 таблиц, библиография из 192 наименований на 11 страницах, дополнительный том приложений содержит 109 страниц.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Методика построения и результаты применения меры, обладающей свойствами монотонности на множестве частот и множестве возможных мест установки базовых станций сотовых сетей связи, как функции числа интермодуляционных уравнений для множества частот и функции относительной площади перекрытия для множества мест установки базовых станций, которые позволяют решить задачу выделения групп интермодуляционно-совместимых частот и определения оптимальных мест установки базовых станций для частотно-территориального планирования СПР.

2. Полученные вычислительные алгоритмы проектирования СПР полиномиальной вычислительной сложности, ориентированные на решение комбинаторных задач с использованием техники формирования векторного пространства с монотонной мерой.

3. Результаты анализа, определяющие для сетей оперативной радиосвязи с множественным доступом, достижимый минимум среднего времени ожидания

Я <5 Я

= ) в условиях ограничений на общее число каналов Ус, <сс и на

.-I ' м

1 "

среднюю доступность абонентов к каналам о, где а- параметр

/=1

максимально допустимой средней доступности, X ( - поток по множеству каналов с,, ^-полный трафик сети, 1 £ /<и, \-in-iN. Указанный минимум времени ожидания достигается при минимальном числе межгрупповых каналов связи.

4. Разработанные модели процесса функционирования сотовой сети в пределах выделенной зоны, построенные на основе двумерной марковской цепи с матрицей переходных вероятностей Р^ (/), где / - число абонентов в зоне,и„ - число заявок на обслуживание (подключение), которые позволяют эффективно проводить исследование трафика и синтез алгоритмов функционирования СПР.

5. Разработанная общая математическая модель для описания нестационарного поведения подвижных абонентов для широкого спектра реальных ситуаций, опирающуюся на явление возникновения «ударных» волн ограниченного перечня форм в мобильных потоках при возмущающих воздействиях превышающих некоторый пороговый уровень. Отмеченные ситуации охватывают такие широко известные явления, как: возникновение/рассасывание автомобильных пробок, скопление людей в зонах массовых мероприятий, движение потоков в/из метро, флуктуации потоков, проходящих через экранирующие тоннели, постепенный рост активности с наступлением рабочего времени и т.д.

6 Синтезированные совместные алгоритмы обнаружения/идентификации и оценки параметров, случайно возникающих режимов с нестационарным поведением мобильности в рамках предложенной общей модели, построенные на обработке выборок входящих регистрации и запросов на отключение от абонентов в выделенных зонах.

7. Результаты анализа, устанавливающие границы возможного повышения уровня предельной нагрузки в сотовых сетях при активации дополнительных ресурсов радиоканала, связанных с взаимными территориальными перекрытиями соседних сот/зон. Ряд конкретных технических предложений и методик активации указанных дополнительных ресурсов радиоканала, содержащихся во взаимных

перекрытиях сот в сетях стандартов GSM, CDMA, а также в системах третьего поколения 3G.

8. Результаты анализа, устанавливающие предельные возможности уплотнения трафика существующих многоканальных систем подвижной радиосвязи путем совмещения передачи данных и режима передачи речевой информации, показывающие, что условие стационарности процесса передачи пакетов

сохраняется пока Л т </(/-1 / М)м~х / М, где М - число абонентов, Лт

производительность m-го источника пакетов, / - число свободных каналов в системе.

9. Предложенные алгоритмы и методы оптимизации процедуры случайного множественного доступа для СПР с пакетной передачей данных, обладающие наилучшими показателями в смысле критерия максимума пропускной способности, синтезированные на основе стратегии управления по Беллману, применяемой в режиме распределения/разбиения свободных каналов центральной станцией.

Публикации и апробация результатов работы

Основные материалы по теме диссертации опубликованы в более чем 50 печатных работах в научно-технических журналах и сборниках, отражены в 3 монографиях, 29 научно-технических статьях, получены авторское свидетельство на изобретение и патент РФ.

По материалам диссертации были сделаны доклады: на 15 международных конференциях, 9 Всесоюзных и Всероссийских сессиях, симпозиумах и конференциях на секции радиоэлектроники РАН в 2005г.

Результаты исследований по теме диссертации регулярно докладывались на ежегодной научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава МТУСИ.

По материалам диссертационной работы выпущено более 20 научно-технических отчетов НИЧ МТУСИ.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дается общая характеристика работы, обосновывается ее актуальность, определяются цель и задачи работы, кратко излагается содержание диссертации, обосновывается ее научная и практическая ценность, а также приводится перечень положений, выносимых на защиту.

Обосновывается выбор в качестве объекта исследований СПР в части, относящейся к решению задач повышения эффективности распределенного использования радиоканала, активации его незадействованных ресурсов. Основные внимание акцентируется на методах решения задач высокой вычислительной сложности, состоящим в формировании групп интермодуляционно-совместимых частот, оптимизации структуры опорной сети базовых станций на территории обслуживания, а также усовершенствованиям процедур организации доступа, пространственного распределения нагрузки и контроля нестационарного поведения мобильности абонентов Выбор основных направлений объясняется тем, что связанные с ними технологические режимы функционирования СПР наиболее тесно связаны с ресурсами пространственных степеней свободы радиоканала, которые в настоящее время являются наименее изученными и, вследствие этого, наименее задействованными.

Обобщенная схема объекта исследований - службы оптимизации распределенного использования ресурсов радиоканала в СПР, приведена на рис. 1. Ниже каждого элемента объекта исследований приводится список частных задач, которые рассматривались в диссертации для достижения результатов в рамках поставленной цели работы. На рис. 1 представлена в обобщенной форме

система массового обслуживания подвижных абонентов (СПР), в интересах которой производится повышение эффективности использования радиоканала.

Поскольку для большинства практических приложений не удается ограничиться рассмотрением методов повышения эффективности использования радиоканала в рамках автономной модели, на рис. 1 представлены и смежные области исследований, непосредственно связанные с применением изучаемых методов.

В первой главе приводится описание объектов исследования, выполняется анализ развития и современного состояния методов и алгоритмов организации распределения частотно-временного ресурса радиоканала, контроля мобильности и организации доступа. На основе аналитического обобщения научных результатов по проблемам интермодуляционной совместимости радиоканалов и управления случайным множественным доступом в СПР формулируются теоретические положения, требующие исследования, для получения новых более высоких технико-экономических показателей при создании и эксплуатации систем подвижной радиосвязи.

Для современных систем массового обслуживания подвижных абонентов наиболее характерными являются условия работы с предельным использованием доступных ресурсов радиоканала.

Анализируя с указанных позиций современную проблематику теории связи можно выявить ряд универсальных проблем, с которыми приходится сталкиваться практически всегда, когда идет речь о проектировании, разработке, вводе в строй и эксплуатации систем связи (включая и сотовые сети). Это:

1) ограниченная пропускная способность радиоканала,-

2) высокая вычислительная сложность (как правило, экспоненциальная с большим основанием) алгоритмов управления ресурсами, получаемых в рамках существующих разделов математического аппарата.

К сожалению, следует отметить, что характер отмеченных проблем в настоящее время понимается как общенаучный. Универсальных методов их разрешения не существует и, скорее всего, даже не может быть на современном уровне развития науки техники. Поэтому на практике комплекс задач, относящихся к проектированию и эксплуатации систем связи, всегда формулируется в некоторой зауженной, конструктивной постановке, позволяющей каждую задачу условно считать независимой и получить некоторые частные решения. Таким образом, оговоренные выше проблемы фактически формулируются как три частные задачи:

1) оптимизация пространственного (в последнее время пространственно-временного) распределения общего частотного ресурса радиоканала системы по обслуживаемой территории;

2) обеспечение условий электромагнитной совместимости (ЭМС) внутри системы и между различными системами фиксированного множества;

3) адаптация в режиме реального времени к динамике внешних условий: перемещениям подвижных абонентов, изменениям удельной нагрузки. В таких условиях становится важным не просто решить указанные задачи для ряда конкретных приложений, а обеспечить определенную степень обобщения, сформулировать частные критерии и предложить методики, позволяющие сопоставить эффективность различных алгоритмов. Несмотря на кажущуюся необъятность материала, посвященного данным вопросам, оказывается, что предлагаемые подходы стремительно устаревают в условиях бурного развития техники средств связи. Зачастую предлагаемые методы управления/адаптации опираются на чисто эмпирические критерии, не позволяющие прямо или косвенно сопоставить получаемые с их помощью результаты или оценить степень близости к оптимуму.

п

(Т) Выбор моделей для описания нестационарного поведения мобильных

абонентов. Выбор моделей для описания юаимиого влияния параметров мобильности и нагрузочных характеристик СПР. Выбор численных моделей для определения характеристик качества групп частот в смысле обеспечения ЭМС. Формулирование априорных ограничений для задач синтеза алгоришов контроля

мобильности, распределения ресурса радиоканала и оптимизации топологической структуры СПР.

© Выбор моделей для описания взаимодействия процессов контроля иуправления распределением ресурса радиоканала. Определение ограничений по времени па решение задачи

Модули управления распределением ресурса . радиоканала и контроля мобильности

Фор II

[ируемые ненки х

проп

озируемые

и грузки

(1п) Выбор критериев оптимальности для обработай с учетом результатов решения задач, указанных в (Т), и ограничений, соответствующих (ц). Выбор математического аппарата для решения задач синтеза. Синтез алгоритмов решения зад ач ЭМС, Ч1Т1, контроля мобильности Анализ эффективности работы в тестовых ситуациях. Сравнение с известными

алгоритмами. Анализ эффективности полученных алгоритмов методами машинного мод елирования для широкого спектра ситуаций

© Выбор моделей систем массового обслуживания Классы систем и их

характеристики. Выделение элементов процедур распределения частотно-временного ресурса и организации управления в системах указанных классов. Разработка предложений по внедрению в указанные системы разработанных методов Анализ достигаемых улучшений по потребительским характеристикам. Синтез процедур для организации работы систем в целом (доступ с распределенными стратегиями управления, ЧТО для конкретных систем, контроль мобильности). Анализ работы полученных алгоришов управления методами машинного моделирования.

Рис. 1. Обобщенная схема объекта исследований диссертации и перечень задач, решаемых в рамках поставленной цели работы.

Система массового обслуживания, использующая

методы оптимизации для распределения частотно-временного ресурса

Кроме того, как выяснилось, не существует работ, посвященных развитию теории массового обслуживания на режимы с адаптацией к внешним динамическим условиям. А такие задачи становятся особенно актуальными в условиях повышения мобильности и уменьшения зон обслуживания в сотовых сетях поколения Зв. Микро и пикосотовая структура покрытий требует для корректного решения задач управления применения исключительно вероятностных методов, развития техники статистической обработки на задачи с нестационарными Пуассоновскими потоками, описывающими поведение мобильных абонентов.

В основу известных теоретических и прикладных методов проектирования систем подвижной радиосвязи в настоящее время положен подход классической теории массового обслуживания, ориентирующийся на фиксированный уровень общей нагрузки, который понимается, как заданный внешними условиями Для

существующих систем связи подвижных абонентов, включая сотовые сети вплоть до 2-го поколения, он вполне оправдан, хотя в определенных ситуациях не позволяет обеспечить нужную точность. Справедливость использования методов классической теории массового обслуживания основывается на том, что зонное покрытие в системах до 2-го поколения организовано так, что отдельные БС обслуживают большое число абонентов с низкой удельной средней нагрузкой (от 0.001 до 0.03 Эрл./абонент). В результате БС всегда работают с усредненными характеристиками при небольших уровнях флуктуаций. Динамика изменения усредненных характеристик в таких ситуациях низкая, что позволяет обходиться усредненными параметрами в виде нагрузки в ЧНН или ряда градаций по нагрузке с введением под каждую собственного режима работы. В современных условиях указанные предположения теряют силу.

Из-за измельчения структуры покрытия и увеличения удельной нагрузки для систем 30, даже при наличии условий стационарности и однородности, оказывается неверным закон Эрланга, повсеместно утвердившийся в качестве инструмента решения задач разработки и анализа систем связи. Он трансформируется в закон Энгеста-О'Делла, для которого уже не существует однозначной связи между средней нагрузкой и вероятностью блокировок Поэтому становится важно, не только понять, как решать задачи борьбы с перегрузками в новых условиях, но и определить границы применимости традиционных методов, установить каким именно образом уменьшение размеров сот, повышение мобильности и, может быть, некоторых других параметров влияет на эти границы.

Изменение профиля современных систем связи, в котором основной режим отводится обмену цифровыми данными, приводит к тому, что удельное значение нагрузки на абонента существенно увеличивается. При этом информационные потоки приобретают прямую связь с потоками мобильности. Локальные концентрации абонентов, возникающие по причине автомобильных пробок, проведения массовых мероприятий, возникновения внешних синхронизирующих условий непосредственно порождают локальные перегрузки в информационных потоках. В таких условиях особое значение приобретают вопросы создания адекватных описательных моделей и методов контроля мобильности на уровне отдельных сот/зон. В качестве технической основы для решения поставленной задачи может выступать служба контроля мобильности (слой ММ), которая применяется в существующих системах для решения задач ограниченного поиска абонентов при вызовах и поддержки непрерывной связи. При этом следует только более рационально использовать информационный ресурс, сосредоточенный в указанной службе, которая, фактически имеет полные данные обо всех абонентах, входящих и выходящих из каждой соты/зоны.

Для описания мобильности внутри отдельной соты/зоны, предлагается модель в виде объекта теории массового обслуживания, в который входящие абоненты (запросы) поступают в виде нестационарного Пуассоновского потока с интенсивностью Д"(/), а выходящие абоненты (обслуженные запросы) подчиняются закону нестационарного Пуассоновского потока с интенсивностью ;(()•//"((), где ¡(г) -число абонентов в соте. При этом широкий спектр реальных ситуаций, таких как: возникновение/рассасывание автомобильных пробок; проход/проезд через экранирующие тоннели; постепенное увеличение (снижение) концентрации в начале (конца) рабочего времени; периодически возникающие всплески на выходах из метро; срывы расписаний движения, перерывы занятий в ВУЗах и т.п., достаточно хорошо описывается предлагаемой моделью с интенсивностями потоков в виде:

"(<н

л

при I <10

л

при г

(2)

где и г0- неизвестные моменты возникновения «скачкообразно-линейного» изменения интенсивностей, ЛЦ, ц"л, ¿¡Ц и - априорно неизвестные параметры, задающие интенсивности входящего и выходящего потоков абонентов, в условиях нестационарного поведения. На рис. 2 качественно показаны 4 типа возможных ситуаций с изменениями интенсивности на входе и 4 типа ситуаций с изменениями удельной интенсивности на выходе, отвечающими модели (1), (2).

Проведенное на основе опыта эксплуатации исследование показало, что динамика переходных процессов, описывающих изменение числа абонентов в соте, существенно ниже динамики переходных процессов, описывающих установление средней нагрузки соты. Поэтому, если перегрузка в соте происходит по причине скопления абонентов, то ее можно предсказать на более ранних этапах с помощью анализа изменений параметров процессов, описывающих потоки межсотовых перемещений абонентов. Поэтому можно утверждать, что анализ процессов, порождающих локальные скопления людей и транспорта, представляет наиболее удобное средство для предсказания и своевременных действий по предотвращению потери качества связи по причине локальных перегрузок сети.

<о 'о

Рис. 2. Четыре варианта возможных изменений интенсивности входящих запросов на регистрацию в соте и выходящих запросов на отключение в зависимости от параметров используемой модели

Для этого необходимо решить задачу синтеза алгоритма автоматического обнаружения нестационарного поведения мобильных абонентов, идентификации типа такого поведения и оценки параметров, отвечающих общей модели (1), (2). При этом будет возможно установить, за какое реальное время достигается достоверное (с заданной вероятностью ошибки) обнаружение ситуаций, грозящих возникновением локальных перегрузок, и сформулировать требования к быстродействию процедур управления перераспределением ресурсов.

Основной проблемой, связанной с задачами управления (и планирования), как отмечалось, является экспоненциальная сложность алгоритмов, получаемых традиционными методами. Главным источником вычислительных затрат при этом выступает обширный перечень подлежащих контролю параметров, а также высокая мощность множеств, на которых решается задача выделения оптимального решения. Фактической причиной сложившейся ситуации является то, что к настоящему времени не получено успешных результатов в области обобщающего понимания указанной проблематики. Справедливости ради нужно отметить, что определенные исследовательские усилия в указанном направлении предприняты в работах Ф.Бокса, Р.Эдвардса, Дж. Дуркина, Х.Грина и А.Цольнера, В результате был

предложен ряд методов, которые позволяют несколько сократить вычислительную сложность алгоритмов прямого перебора или алгоритмов, построенных на основе теории графов при выделении групп интермодуляционно независимых частот.

Однако даже при выполнении самых жестких ограничений, оговоренных в указанных работах, до сих пор с помощью предлагаемых методов не удалось в реальных ситуациях получить точных решений по выделению максимальных групп совместимых частот из множества более 80 при ограничениях на расчетное время в десятки часов.

Поэтому для разрешения обозначенной проблемы предлагается ориентироваться на новые подходы, которые ближе всего согласуются с положениями математической теории игр. Основанием к такому выбору послужило то, что в указанной теории формируются решения в условиях, когда спектр стратегий поведения противников чрезвычайно широк. Поэтому прямой перебор приводил бы к тем же проблемам, что и в задачах управления ресурсом частот или проектирования архитектуры опорной сети БС. Общий принцип решения задачи выбора стратегии в теории антагонистических игр, как хорошо известно, сводится к достижению седловой точки на поверхности функции выигрышей. При этом любые отклонения стратегии поведения противника от соответствующей седловой точки будут приводить только к дополнительным проигрышам.

При формировании максимальных групп интермодуляционно-совместимых частот ситуацию можно рассматривать как антагонистическую игру, в которой одна сторона пытается путем выбора минимального числа частот добиться либо полного исчерпания ресурса, либо нарушить условие интермодуляционной совместимости. Другая сторона при этом путем соответствующего выбора подмножества рабочих частот пытается максимально увеличить то минимально необходимое число частот, с помощью которого противная сторона решает свою задачу. Точно также, при формировании минимального множества БС, обеспечивающего обслуживание заданного трафика на некоторой территории, задачу можно рассматривать как антагонистическую игру, в которой первая сторона, распределяя трафик, пытается задействовать максимальное число БС (без полного использования поддерживаемых ресурсов), а вторая - путем управления рабочим множеством БС пытается минимизировать результат действий первой. Достижение седловой точки игры, как хорошо известно, обеспечивается при удовлетворении критерию минимакса (или максимина, в зависимости от вида представления функции выигрышей).

Предложенный очевидный подход при реализации сталкивается с отдельной технической проблемой, состоящей в получении решений, удовлетворяющих критерию минимакса на дискретных множествах, то есть, когда не могут быть применены традиционные градиентные методы или другие непрерывные схемы рекуррентного управления. Выход из создавшегося положения дают сравнительно недавно полученные результаты математической теории экстремальных подсистем монотонных систем, представленные в работах И.Э.Муллата. В рамках разработанной Муллатом теории синтезирован ряд конструктивных алгоритмов полиномиальной сложности, которые позволяют на дискретных множествах с некоторой монотонной мерой, обладающей рядом специфических свойств общего характера, сформировать экстремальные подмножества, удовлетворяющие либо критерию минимакса, либо максимина, в зависимости от свойств указанной монотонной меры. Однако в упоминаемых работах остался нерешенным вопрос о том, как именно следует выбирать монотонную меру в реальных ситуациях. Его решение в рамках сформулированных целей работы представляется весьма важным и перспективным. Правильный выбор монотонной меры должен, с одной стороны, обеспечить все необходимые для применимости теории монотонных

систем свойства, а с другой - в ясной форме соответствовать физическому смыслу решаемой целевой задачи. Для рекомендаций по практическому использованию нужно будет оценить сложность синтезированных алгоритмов и продемонстрировать их работоспособность Конечно, невозможно утверждать, что экспоненциальная сложность задач будет сведена к полиномиальной в общем случае, но для характерных практических условий требуется выяснить, до какого уровня будут уменьшаться показатель и основание выражения, задающего вычислительную сложность соответствующих алгоритмов. В результате можно будет получить ответ на актуальный вопрос о реализуемости управления ресурсами в реальном масштабе времени и решения задачи проектирования расположения БС сотовых сетей за приемлемое время.

В конце главы обсуждается сформулированная выше задача, относящаяся к проблеме выявления и активизации скрытых ресурсов, связанных с избыточностью территориального покрытия в сотовых сетях. Подобно тому, как избыточность информации в теории кодов исправляющих ошибки, способна поднять эффективность использования ресурсов канала практически до предела, так и многократное покрытие территории в областях границ зон/сот, без сомнения, должно содержать скрытый ресурс для решения задач усреднения локальных всплесков нагрузки в системе. Для его практического использования необходимо оценить, какие именно выигрыши можно получить при различной степени перекрытия сот/зон, какова трудоемкость и вычислительная сложность соответствующих алгоритмов, существует ли техническая база для соответствующих процедур реализации.

На основании развернутой формулировки ряда существующих проблем и задач делается вывод о том, что известные методы не позволяют достигнуть потенциальных результатов в указанной области. Поэтому указанные выше задачи остаются актуальными, и их решение позволить добиться заметных результатов в таких важных вопросах, как повышение эффективности использования частотно-временного ресурса в системах подвижной связи.

Во второй главе в рамках теории монотонных систем предложен ряд методик синтеза числовой меры для формального сведения практических задач ЧТП, ЭМС, разработки оптимальной структуры сотовой сети и т.п., к общей технике выделения определимых множеств. Конкретно приводятся числовые меры, ориентированные на решение задач формирования групп интермодуляционно-совместимых частот и формирования оптимальной структуры сотовой сети. Проводится синтез соответствующих алгоритмов и доказывается их полиномиальная вычислительная сложность, что подтверждает факт решения без использования техники полного перебора.

Среди задач ЧТП хорошо известны два типа трудоемких по вычислительным затратам и одновременно очень важных задач:

1) формирования из доступного для системы множества частот максимальных интермодуляционно совместимых групп;

2) синтеза опорной сети базовых станций оптимальной структуры, адаптированной к распределению нагрузки в крупном городе;

Причины высокой вычислительной сложности состоят в резком увеличении числа частот в современных системах подвижной радиосвязи, которое часто достигает нескольких сотен и числа мест возможного расположения базовых станций (БС).

В первой части главы рассматривается широко известная задача выделения из множества частот Г максимальной интермодуляционно совместимой группы, для которой до сих пор не было получено решения, обладающего полиномиальной сложностью С целью получения такого решения предлагается использовать ряд

технических приемов, позволяющих представить традиционные инженерные и технические понятия в форме, отвечающей определению числовой меры, обладающей свойствами монотонности, что необходимо для использования общих подходов соответствующей математической теории.

В качестве отправного понятия для произвольного частотного элемента <р вводится определение интермодуляционно зависимой с ним группы частот 4>к.....порядка р, если имеет место равенство:

¥>у = ±...±*, <ри, (3)

где к, > 0 - целые числа (/ = 17?), = р ■ Реально у некоторых частот <р1 может

/■I

оказаться несколько интермодуляционно зависимых групп порядка р, удовлетворяющих (3). Для выделенной интермодуляционно зависимой с элементом <р1 группы частот порядка не выше р в работе вводится обозначение:

~ К: 9л>-.«>/, |е Р, У = Ът, 9 = 37р, т = .

Тогда множество частот ЯсР будет интермодуляционно-совместимым до порядка р1Ш, если не существует ни одного множества такого, что Ри с Я и Ч 2 Ртх ■ При этом искомая максимальная группа интермодуляционно совместимых частот формально записывается так:

= ^{г^г Ц • 1 = Ы-Рш* ■ (4>

Для решения задачи (4) предлагается воспользоваться математическим аппаратом теории монотонных систем, что предполагает введение на множестве частот ^ некоторой исходной положительной меры п<р1, (<ру е?) и соответствующих

операций положительного п* и отрицательного п~ воздействий, однозначно увязанных с физическим смыслом решаемой задачи. Следует отметить, что до сих пор математическая теория монотонных систем не использовалась в технических приложениях. Конкретные рекомендации, как именно выбирать метрику и операции воздействия в реальных условиях отсутствовали.

Материалы главы содержат обоснованные доказательства, что все необходимые с точки зрения теории монотонных систем условия будут выполнены, если в качестве исходной весовой меры на элементах <р1 использовать

Щ = 2 Е Г г к >->Рл) (5)

Ов] —

»„ел?/

где Тр и = \рн,<рн,- .,} - компактная запись для подмножества частот <рк,<рк,...,<р^,

если при ц = р существует ^ , что < ф ; <ри > = Р1 ,

О, если при д = р для всех ^ справедливо •! <р^ <ри > # ^ ,

г-3,(7 + 1 - максимальное число частот из набора {/р/, <рк,. ,<ри), расположенных

подряд с шагом разноса в рабочем множестве д. Вес (5) для каждой частоты фактически связан с количеством существующих для нее уравнений интермодуляционной связи (3) Некоторая дополнительная добавка связана с

введением «штрафа» за присутствие в группах цепочек подряд следующих частот, что в реальных системах мешает применению техники параллельного переноса номиналов для территориального распределения ресурса. При этом оказывается, что в качестве операции положительного воздействия, направленного на элемент PjSF, можно рассматривать преобразование, увеличивающее на 1 порядок учитываемых интермодуляционных связей (3). Операция отрицательного воздействия, аналогично, предполагает уменьшение на 1 порядок учитываемых интермодуляционных связей.

В работе доказано свойство монотонности введенных операций ® и ©, в том смысле, их применение может только увеличить (© воздействие) или уменьшить (@ воздействие) вес, приписываемый каждой частоте.

Далее приводятся аналитические обобщения результатов Фи 9 воздействий на вес частот р,, когда сами воздействия прямо направлены на другую литеру q>t. Для

таких операций используются обозначения я](<рг) и я~(<рг). Доказывается их коммутативность, что в свою очередь используется для введения понятия воздействия сразу на множество элементов:

(/О^яС/О. (б)

где Я = .....

Определение (в) используется при выявлении экстремальных весов и экстремальных элементов. Например, для положительного воздействия:

(я) = шах л*Н(<р), <pt = arg^max я*H(<pfj. (7)

Ясно, что элемент р,, определяемый (7), входит в максимальное число уравнений интерполяционных связей (3), поэтому является наименее «удачным».

На следующем этапе рассматриваются все множества частот, обладающие минимальным весом экстремальных элементов: Hit =

Доказывается, что самое большое из них: = arg(max|//tj). является искомым

подмножеством интермодуляционно-совместимых частот, и одновременно -определимым множеством, которое может быть выделено из f с помощью конструктивного алгоритма полиномиальной сложности.

Приводится конкретный вид конструктивного алгоритма, решающего указанную задачу, предлагается ряд технических упрощений, позволяющих добиться в технических приложениях дополнительного сокращения вычислительных затрат.

В завершении проводится анализ вычислительных затрат, который показывает, что количество элементарных операций, составляющих алгоритм, менее:

Гэ ={£с'„(р'(р'-к)-С*.г (8)

Ч*-2 Л 1-2

где /=тш(рш,т), m = |F|. Из (8) следует, что при ограничении глубины интермодуляционного взаимодействия вычислительная сложность с ростом мощности исходного множества т = увеличивается по полиномиальному закону 2"-(1-2/рш,)-(т-рМ11+1)~ 2'- т.

Во второй части главы рассматривается задача синтеза оптимальной структуры опорной сети базовых станций (БС) сотовой связи, решение которой проводится с помощью методов теории монотонных систем.

На первом шаге вводится исходное множество потенциальных мест возможного расположения БС W, которые связываются со всеми высотными площадками

городской застройки С каждой потенциальной БС связывается вектор координат местоположения и типовых технических характеристик ар, р = 1,2,.|, обеспечивающих необходимые потребительские свойства системы по обслуживанию абонентского трафика.

Вводится определение радиосети, как произвольного подмножества БС Я с IV, обеспечивающего поддержку заданного абонентского трафика на

обслуживаемой территории. Задача синтеза формулируется как отыскание радиосети с минимальным числом БС:

Я4" = arg тт|Я|

Ht.w

(9)

г—

Для применения техники теории монотонных систем на № ка>кдой БС ар приписывается исходная весовая мера:

где: - потенциальная площадь обслуживания р-ой БС в

изолированном режиме, площадь обслуживания р-ой БС в окружении других БС, наблюдаемый абсолютный запас р-ой БС по площади обслуживания. Рис. 3 поясняет способ задания весовой меры (10). В работе проводится доказательство того, что если в качестве операций положительного/отрицательного воздействия рассматривать включение/выключение отдельных БС в множество Я, организующее радиосеть, то все необходимые для применения теории монотонных систем условия будут выполнены. При этом определимое множество Н' будет содержать искомую оптимальную радиосеть: я4" с Я°. На основе техники монотонных систем проводится синтез алгоритма, выделения определимого множества Н°. На основе анализа структуры Я° делается вывод, что в данном случае определимое множество (в отличие от рассмотренной выше задачи формирования интермодуляционно совместимых групп частот) не будет являться искомым решением (10), но будет его содержать в качестве подмножества.

БС сск

л

» / ¡ \ \ БС а,„ Рис. 3. Структура исходной весовой меры на множестве БС Проводится синтез алгоритма этапа II, который на основе техники ограниченного упорядоченного перебора позволяет выделить из найденного определимого множества выделить искомую оптимальную радиосеть Я4". Основная идея работы алгоритма этапа II состоит в последовательном формировании все более сложных комбинаций БС, удаляемых из определимого множества. При этом исходное подмножество удаляемых БС формируется так:

1) рассматриваются все варианты удаления отдельных станций из определимого множества;

2) проверяется, сохраняется ли свойство радиосети после удаления конкретной

станции;

3) если свойство сохраняется, то станция, удаление которой исследовалось, заносится в список для дальнейшего формирования комбинаций.

В конце главы выполнен анализ вычислительной сложности общего алгоритма формирования оптимальной радиосети БС (10);

Тт = +<2]+с1-1 ■{т-\)\т-2% .(«-0-К«-(' +1)>, +/,], (11)

ыг

где п- Щ • исходное число потенциальных мест расположения, т = - число

БС в определимом множестве, д - число БС, которые можно по одной исключить из определимого множества, /1 - вычислительные затраты на расчет взаимных помех между выделенной парой БС, ь - вычислительные затраты на расчет зоны обслуживания отдельной БС.

Как можно видеть из (11) по параметрам пит синтезированный алгоритм обладает полиномиальной вычислительной сложностью (-«' и ~т}), а по параметру <? экспоненциальной. Но при этом в разделе анонсируются результаты практических испытаний алгоритма в реальных условиях, относящиеся к главе 5, которые показали, что даже для больших городов со сложным рельефом параметр q редко превосходит значения 1 - 2, что, в свою очередь, позволяет пренебречь последним слагаемым в (12). В результате вычислительная сложность алгоритма на практике всегда остается полиномиальной, и даже более низкой, чем 3-го порядка, поскольку, как правило, глубина проникновения взаимных помех ограничивается только соседними сотами.

Завершает материал главы сопоставительный анализ вычислительных затрат синтезированного алгоритма формирования сотовой сети и традиционных методов проектирования, который показывает качественное превосходство предлагаемого алгоритма.

Третья глава посвящена проблеме влияния мобильности абонентов на работу систем подвижной связи. Впервые предлагается подход, позволяющий мобильность рассматривать как макропараметр системы, проявляющийся на уровне выделенной соты/зоны, а не в традиционном понимании в виде элемента процедуры «хэндовера», связываемой с каждым отдельным перемещающимся абонентом. С учетом известного физического явления - возникновения ударных волн интенсивности трафика в мобильных потоках при существенных внешних воздействиях, предложена обобщенная модель описания динамического поведения подвижных абонентов в нестационарных условиях, охватывающих широкий спектр реальных ситуаций. При этом на уровне отдельной соты/зоны СПР выступает как система массового обслуживания, функционирующая в нестационарных условиях. Поставлена и решена задача обнаружения/идентификации/оценки параметров динамического поведения мобильности (как макро характеристики), что позволило разработать алгоритмы раннего предсказания возможных локальных перегрузок в СПР, возникающих по причине скопления абонентов. На основе полученных результатов предлагается технологическая процедура организации управления резервными ресурсами СПР для избежания состояний с локальными перегрузками в тех ситуациях, когда это возможно.

В начале главы проведен анализ того, как мобильность абонентов, ограничение их количества и случайные флуктуации численности могут влиять на характеристики перегрузок в сотах различного размера (макро, микро и пико). Главной целью указанного анализа было установить, сохраняют ли силу, и если да, то какую погрешность имеют традиционные подходы расчета нагрузочной способности, например, с помощью таблиц Эрланга, в условиях уменьшения размеров сот Для

этого предлагается отказаться от традиционного подхода, в котором условия работы в соте/зоне задаются единственным параметром в виде суммарной нагрузки. Вместо этого для описания поведения СПР на уровне отдельной соты/зоны использовался двумерный марковский процесс, включающий случайное число абонентов / и число активных соединений п„ При описании поведения «мобильной» компоненты и, рассматривался ряд моделей, среди которых особо выделены две' типа М1 (аналог системы массового обслуживания М/М/1 в классификации Кендалла) и типа Эрланга (аналог М/МЛ»), В результате возник дополнительный параметр описания состояний, который в работе назван «мобильной нагрузкой соты» Для модели М1 он оказался равным р^ = -Ч'/аГ ' где ЛЦ - интенсивность запросов регистрации в соте/зоне, порождаемых входящим потоком абонентов, - интенсивность запросов на отключение, порождаемых выходящим потоком абонентов, а для модели Эрланга р" =Х"1(1М , где Я" - интенсивность входящего потока регистрации, ц" - удельная (в

расчете на одного абонента соты/зоны) интенсивность потока запросов на отключение.

На основе метода уравнений баланса фаз, применительно к введенному двумерному марковскому процессу, были получены аналитические соотношения для вероятности перегрузок в соте/зоне, возникающих в условиях мобильности абонентов (р* < 1). Указанные результаты приведены в таблице 1 В формулах таблицы 1 использовались обозначения: А - удельная (на одного свободного абонента) интенсивность потока запросов на подключение к системе, ц - удельная (на одного активного абонента) интенсивность потока завершений обслуживания, Ркр - вероятность возникновения перегрузки, N - общее число активных соединений, которое может поддерживаться сотой/зоной, с* =/!/(/-к)к\ - биномиальный коэффициент. При этом оказалось, что учет мобильности приводит к тому, что вероятности перегрузки, рассчитываемые с позиций режима подключения отдельного абонента и с позиций работы системы (относительный уровень потока отказов на базовой станции) становятся разными.

Таблица 1

Динамика абонентов в зоне, отвечающая модели М1 Динамика абонентов в зоне, отвечающая модели Эрланга

'•"Хи^ГС тшО '•т.^я/мУсг тшС

На рис. 4 приведены результаты расчета вероятности перегрузки, выполненные с учетом мобильного поведения, и полученные с помощью традиционной техники таблиц Эрланга. На рис. 4 также приведены результаты, полученные с помощью известной модели Энгеста, которая в отличие от закона Эрланга учитывает ограничение на общее число абонентов. Как можно видеть, закон Энгеста дает более близкое совпадение результатов (в сравнении с законом Эрланга) с теми, которые получены с учетом мобильности. Все зависимости практически совпадают в условиях удельных нагрузок менее 0.1 Эрл, что наиболее характерно для систем 2-го поколения, использующих макросоты. Для систем 3-го поколения удельная абонентская нагрузка планируются более высокой, поэтому, как показали результаты анализа, для них применение традиционной техники таблиц Эрланга будет приводить к серьезным погрешностям. Основной вклад в указанные ошибки привносит то, что в модели Эрланга не учитывается фактор ограниченности общего

числа абонентов в соте/зоне. Модель Энгеста, учитывающая его, остается достаточно точной вплоть до уровней удельных нагрузок 0.4 - 0.5 Эрл. Далее, со ссылкой на приложение 3.1, приводятся результаты численных оценок параметров мобильности Л" и //* (модель типа Эрланга) для стандартных макро, микро и пикосот.

Р1

Рис. 4. Зависимости предельной суммарной нагрузки соты рг. =р"р от удельной абонентской нагрузки р рассчитанные с учетом мобильности и традиционно (по таблицам Эрланга) при Р^Ю'2.

Расчеты даны для трех базовых скоростей перемещения абонентов 5, 50 и 120 км/ч. С учетом полученных результатов на основе соотношений таблицы 1 проводится анализ зависимости вероятностей перегрузки от суммарной нагрузки макро, микро и пико соты. Сопоставление с результатами таблиц Эрланга показало, что заметные расхождения данных возникают только для пикосот в условиях движения абонентов со скоростями 50 и 120 км/ч. С учетом мобильности оценка предельной нагрузки в пикосотах оказывается выше результатов таблиц Эрланга на 10% (50 км/ч) или 33% (120 км/ч). На этом основании был сделан вывод, что мобильность в стационарных условиях работы на уровне предельных вероятностей перегрузок, допускаемых стандартами, начинает сказываться, начиная с микросотового и пикосотового покрытий в областях с высокой скоростью перемещения абонентов.

После проведен анализ чувствительности вероятности перегрузки соты/зоны к пространственным изменениям параметров мобильностями на переходе из внутренней области соты/зоны во внешнее пространство. Выявлена высокая степень зависимости вероятности перегрузки от пространственной неоднородности поведения мобильных потоков. Так, например, при локальном замедлении скорости движения мобильного потока от 50 км/ч до 5 км/ч для всех трех типов сот наблюдалось снижение предельного уровня суммарной нагрузки примерно на порядок. Поскольку для микро и пико сот такие ситуации вполне вероятны, то был сделан вывод, что бороться с локальными перегрузками путем резервирования дополнительных ресурсов по всей системе в целом невозможно. Необходима организация работы в режиме обнаружения (желательно заблаговременного) возникающих локальных перегрузок и распределения ограниченного резервного ресурса системы в соты/зоны, в которых наблюдается рост концентрации абонентов.

Последующий материал главы посвящен указанному вопросу.

Преиеде всего, для описания нестационарного поведения мобильных абонентов

предлагается универсальная модель, охватывающая широкий спектр реальных ситуаций с изменяющимися интенсивностями входящих и выходящих потоков, основанная на физическом явлении возникновения ударных волн ограниченного перечня видов (в данном случае это моноклинные, треугольные волны и волны Ы-типа) в потоках при значимых внешних воздействиях. Поскольку в ударных волнах мобильных потоков диффузионная составляющая невелика, а эффект опрокидывания невозможен, то для изменений интенсивности были выбраны модели скачка, линейного роста/падения и комбинации скачка с последующим линейным изменением. Аналитическое представление изменяющихся интенсивностей входящего и выходящего потоков в динамических ситуациях, описываемых принятой общей моделью, дают соотношения (1) и (2). На рис. 2 качественно показано поведение параметров интенсивности потоков в основных ситуациях с динамическим поведением мобильности, допустимых в рамках принятой общей модели.

Анализ литературы показал наличие работ Демьянова А.И. и Бутейко В.К., Трифонова А.П., посвященных вопросам обнаружения и оценки параметров скачка интенсивности пуассоновского потока. Результаты указанных работ вполне могут быть использованы для решения рассматриваемой задачи, но только при ограничении общей модели случаями со скачками интенсивности входящего потока. Поэтому возникла необходимость решения более общей задачи обнаружения и оценки параметров динамической системы массового обслуживания М/М/°о (мобильность соты/зоны типа Эрланга), подчиняющейся модели (1), (2).

В результате статистического синтеза были получены искомые совместные алгоритмы, удовлетворяющие критериям Неймана-Пирсона (в части обнаружения/идентификации ситуаций) и критерию максимального правдоподобия (в части формирования оценок параметров). Относительно полученных результатов следует отметить два важных обстоятельства. Первое (положительного свойства): полученное в ходе решения отношение правдоподобия оказалось факторизуемым на сомножители, один из которых зависит только от параметров, связанных с интенсивностью входящего потока а другой - только от параметров удельной интенсивности выходящего потока Это обеспечило возможность

независимого решения задач для входящего и выходящего потоков. Второе (отрицательного свойства): аналитических решений в замкнутой форме для оценок неизвестных моментов возникновения нестационарного поведения мобильных потоков г0 получить не удается Последнее обстоятельство фактически исключает возможность применения рекуррентных правил, алгоритмов фильтрации или алгоритмов с использованием скользящих усреднений, ввиду их высокой вычислительной сложности. Единственным подходящим способом остается организация контроля мобильности путем обработки данных на перекрывающихся временных интервалах. На каиодом таком интервале задача решается отдельно.

Были найдены аналитические соотношения, определяющие смещения и дисперсии соответствующих оценок параметров мобильности, получены рабочие характеристики алгоритмов различения типов ситуаций.

Характер полученных результатов показывает, что работа алгоритмов обнаружения и оценки параметров нестационарного поведения мобильности в своей основе построена на анализе «неоднородности» концентрации моментов поступпения запросов регистрации ,...,!„ ) и моментов выхода из соты/зоны (г,,г,,..Относительно равномерное распределение приводит к решениям о наличии стационарного поведения. Результаты, связанные с анализом входящего потока, зависят только от неоднородности распределения моментов входящих запросов регистрации в соте/зоне. Результаты для выходящего потока связаны с

относительным рассогласованием концентраций точек потоков входящих регистраций и запросов на отключение (выход из соты/зоны).

В конце главы рассмотрен ряд технологических задач, возникающих при практическом использовании полученных выше алгоритмов обнаружения/оценки параметров динамически изменяющегося поведения мобильных абонентов для предсказания и парирования ситуаций с локальными перегрузками. На основе анализа тренда переходного процесса накопления абонентов в зоне/соте, возникающего после изменения интенсивностей мобильных потоков, получены соотношения для качественной оценки задержки до момента возникновения перегрузки. На основе таких соотношений оператор связи (или система контроля, работающая в автоматическом режиме) может принять решение о том, будет ли в изменившихся условиях возникать перегрузка и если да то, через какое время она возникнет. Оказалось, что расчетные соотношения зависят от параметров размера соты, характера изменения интенсивностей мобильных потоков в рамках модели (1), (2) и от предельного уровня допустимой нагрузки.

Возможность упреждающего предсказания перегрузки была подтверждена для всех типов сот (пико, микро и макро) при линейном изменении интенсивностей (без скачков). В условиях скачкообразных изменений интенсивностей мобильных потоков заблаговременное предсказание (за 100 - 150 секунд) перегрузки достигается только для макро сот. Для микро и пико сот перегрузка наступает либо одновременно, либо даже с некоторым опережением завершения процедуры обнаружения изменения динамического поведения мобильных абонентов. Поэтому для таких сот сразу после обнаружения критического состояния изменившейся мобильности необходимо включать режим перераспределения резервных ресурсов для устранения возникающей перегрузки, или (когда полное устранение перегрузки невозможно) для уменьшения ее негативного влияния.

В условиях возникновения задержки до прогнозируемой перегрузки предлагается ввести дополнительный режим прямого контроля нагрузки или числа зарегистрированных абонентов в соте. Фактически он сводится к обнаружению момента превышения нагрузки (числа абонентов) некоторого порога, после чего включается процедура перераспределения резервных ресурсов. Для организации такого режима предлагается ряд расчетных соотношений, задающих его длительность и уровень порога срабатывания.

В четвертой главе рассмотрен ряд специальных методов адаптивного распределения ресурса радиоканала в сотовых сетях и СПР, которые позволяют реализовать технические преимущества общих результатов, разработанных в главах 2 и 3, для конкретных практических ситуаций.

В начале рассматривается задача синтеза оптимального алгоритма управления случайным доступом в СПР. В таких сетях доступ абонентов к системе осуществляется через выделенные станции, которые называют центральными (ЦС). Исследуется отдельный сегмент, состоящий из одной ЦС и подключаемых через нее абонентов. Исследуемый сегмент содержит L каналов, по каждому из которых может осуществляться подключение одного из абонентов к ЦС и N абонентов, приписанных для обслуживания ЦС. Кроме того, поддерживается прямой широковещательный канал от ЦС, по которому может осуществляться управление доступом. Ясно, что наличие дополнительного информационного ресурса в виде канала управления может быть использовано для повышения эффективности организации доступа в системе. Для этого предлагается следующее. На основе эталонного сетевого времени в системе поддерживается режим разбиения на рабочие окна, в каждом из которых может передаваться одно элементарное сообщение. Конкурентный доступ к каналам осуществляется с помощью серий коротких подтверждаемых запросов в начале каждого рабочего окна. Когда ЦС корректно принимает запрос от абонента

на занятие канала (одного из L) , она по выбранному каналу посылает к данному абоненту подтверждение и фиксирует признак занятости этого канала на текущем временном окне. На множестве незанятых каналов ЦС некоторым образом распределяет абонентов, которые могут сохранять потребность в организации подключения. Перед очередной попыткой передачи запросов ЦС сообщает по свободным каналам номера абонентских станций, которые должны работать в них. Считается, что на шаге / организации запросов, при условии однородного поведения абонентов, на каждый из свободных каналов ЦС будет распределять ровно по г, абонентов. Управление доступом осуществляется ЦС посредством выбора значений п, которое, в общем случае, может зависеть от шага процедуры распределения /, числа каналов, оставшихся свободными, и количества абонентов, которые могут сохранять потребность в подключении.

Известный протокол доступа типа «синхронная ALOHA» представляет собой частный случай рассматриваемого алгоритма с ¿=1 и г,» N.

В диссертации показано, что если ка)кдый из не подключившихся абонентов на момент начала очередного (/-го) запроса доступа формирует заявку с вероятностью р, то число занятых каналов {L,} будет представлять простую марковскую цепь с матрицей вероятностей переходов ?(i([£M,r,) . В качестве критерия оптимальности управления предлагается использовать либо максимум вероятности P(L„ = L), где п - фиксированное число возможных запросов доступа, либо минимум числа шагов серии, обеспечивающих заданную вероятность полного распределения каналов.

Поставленная задача оптимального управления была решена с помощью методов динамического управления. В результате было получено правило

формирования вектора управления г" = (/•" (¿0 Xr2°(¿1),.г° (£„_, ))Г, элементы которого зависят от числа распределенных к началу каждого шага каналов. В принципе все варианты управления могут быть сведены в единую таблицу, в строках которой размещаются значения (г°(¿0 = k),r°(L, = k\...,r°(La_x =*)), где А=0.1,.. , (¿-1) - задает одновременно номер строки и число распределенных к началу очередного шага каналов.

Для оценки эффективности разработанного алгоритма было проведено экспериментальное сравнение с такими известными методами организации доступа как: доступ на основе последовательного опроса; управление разрешенными номерами подключающихся абонентов на основе половинного деления и «синхронная ALOHA». Эксперимент проводился в условиях наличия в системе ¿=3 доступных каналов .общего числа обслуживаемых абонентов N=500 и требования вероятности успешного завершения процедуры 0.99. В каждой позиции результат формировался по серии из 1000 независимых испытаний.

Разработанный алгоритм в большинстве случаев обладает примерно в 2 раза более высокими показателями по задержке передачи пакетов, относительно наилучшего из сравниваемых методов. Далее в главе рассматривается проблема дополнительного ресурса радиоканала, сосредоточенного в сотовых сетях в областях взаимных перекрытий зон обслуживания отдельных БС. Решается задача его использования. Анализ проводится в рамках общего подхода контроля мобильности и в своей основе ориентируется на усреднение нагрузки на уровне групп соседних сот для обеспечения сглаживания локальных пиков. Отмечается, что традиционная организация доступа (и хэндовер) в сотовых сетях строится на принципе подключения к БС с наибольшим уровнем сигнала синхронизации. Это не позволяет реализовать распределение нагрузки в зонах перекрытий, для чего предлагается из множества доступных БС выбирать ту, которая имеет наименьшую нагрузку.

Проведен теоретический анализ повышения нагрузочной способности сотовых систем, достигаемый при использовании предложенного правила организации доступа (или режима хэндовера), который показал, что эффект тем выше, чем больше уровень перекрытия сот в сети. Результаты теории были проверены и подтверждены экспериментально. В частности, для характерных уровней перекрытия сот в сетях GSM и CDMA была показана возможность увеличения предельной нагрузочной способности до 25% (GSM) и 40% (CDMA).

Далее в главе рассматривается широко распространенная на практике задача уплотнения каналов речевой связи для введения дополнительных услуг цифрового обмена Главная цель состояла в определении условий, в которых возможен совмещенный режим. Определенный избыток канального ресурса в традиционных (аналоговых) системах речевого обмена подвижных абонентов возникает из-за того, что они проектируются с учетом требований достаточно высокой вероятности доступа по первому требованию. Цифровой обмен, напротив, традиционно допускает возможность задержек доставки и организации очередей ожидания, что позволяет добиться усреднения пиковых нагрузок и распределения активных фаз трансляции по интервалам спада нагрузки речевого обмена.

В математической форме задача ставилась так. Пусть на момент / в системе существует I свободных от речевого обмена каналов, о наличии которых сообщается всем абонентам со стороны ЦС по служебному каналу. Каждый из М абонентов на собственном терминале формирует очередь дискретных сообщений, требующих передачи. Длина очередей измеряется в пакетах. Поэтому состояние

сети в момент t можно описать через вектор /?(/)=( л, (/), и2 (/).....nu(t))J, где и,(/) -

длина очереди i-ro абонента. При наличии очереди абонент случайным образом

выбирает один из / свободных каналов и с вероятностью р„(т=1.....М) производит

попытку трансляции через него пакета данных. Согласно приведенному описанию, параметр рт задает так называемый уровень «настойчивости» случайного доступа. Предполагая, что каждый конкретный абонент за одно временное окно порождает в среднем Л*, (т = 1,..., М) новых пакетов данных, требуется найти оптимальные значения параметра рт которое бы обеспечивало устойчивую работу системы при максимально возможных интенсивностях цифрового трафика.

В диссертации показано, что условие устойчивости эквивалентно условию эргодичности марковской цепи f}(t) = (щ (/),...,г]и (i))r, статистические характеристики которой определяются соответствующими характеристиками процесса #(/) при непустых очередях. Теоретический анализ показал, что достаточное условие эргодичности марковской цепи и устойчивости системы

ш=1,2.....М, (12)

I At . .

где 2„ =£/)„/>,' П('-Piff) ' параметр, задающий вероятность успешной

I-1 l*m,i»\

передачи пакета данных для m-го абонента, р{ - вероятность выбора для трансляции /-го свободного канала.

При условии одинакового уровня настойчивости процедуры доступа у всех

абонентов р„-р (т = 1.....М) удается в явном виде найти оптимальное значение

параметра р, которое, согласно (12), обеспечивает максимум Q„ = Q (т = 1.....М).

Р„р, = min (//М 1), Q^I/Mil-p^/lf-1. (13)

Из (13) следует, что оптимальное управление (через уровень настойчивости) зависит от числа доступных каналов /, которое может изменяться во времени. Поэтому в реальных условиях наилучших результатов можно достигнуть при использовании адаптивной процедуры управления.

Для расчета потенциально достижимых характеристик в диссертации использовалось вместо / среднее значение свободных для пакетной передачи каналов. Указанное среднее значение рассчитывалось на основе характеристик речевого трафика с общим числом каналов в системе I по формуле Эрланга. В результате были получены аналитические соотношения, устанавливающие предельные возможности уплотнения трафика существующих многоканальных систем подвижной радиосвязи путем совмещения с передачей данных.

В конце главы рассматривается задача адаптивного управления архитектурой двухуровневой радиосети для обеспечения максимального согласования с распределенной информационной нагрузкой. Такая задача возникает в ведомственных радиосетях и сетях подвижной связи специального назначения. В них, как правило, абоненты распределяются на группы (подмножества), в которых для связи друг с другом используются прямые соединения, а для связи между группами используются соединения через выделенные станции. Выделенные станции способны поддерживать соединения в любой из групп, поэтому межгрупповые соединения организуются как двухпролетные, что объясняет более высокое потребление ими ресурса канала. Поэтому организация групп абонентов на основе признака максимума взаимного информационного трафика должна обеспечить наибольшую предельную производительность системы. Очевидным тривиальным решением задачи является объединение всех абонентов в одну группу с равным доступом ко всем имеющимся радиоканалам. Однако на практике его осуществлению препятствует технологическое ограничение на число радиоканалов, которое может контролировать отдельный абонент. Его принято называть предельным уровнем доступности. В результате поставленная задача существенно усложняется, превращаясь в проблему оптимальной кластеризации.

Ее решение проводилось при следующих предположениях. Считались известными: N - общее число абонентов системы; Г - матрица интенсивности взаимных связей между абонентами; матрица средних длительностей отдельных взаимных соединений; со - общее число доступных в системе радиоканалов; а -верхняя граница для параметра средней доступности. В качестве критерия оптимальности решения использовался минимум среднего времени ожидания. В таких условиях теоретический анализ показал возможность оптимального распределения каналов в условиях произвольного фиксированного разбиения абонентов на множества. Соответствующий алгоритм был построен на основе метода динамического программирования, применительно к двум параметрам состояния, связанным с ограничением на общее число каналов и среднюю доступность. Само оптимальное разбиение абонентов на множества при этом формировалось с помощью рекуррентной процедуры с управлением остановкой. Фактически указанная рекуррентная процедура сводилась к отысканию на калодом шаге двух объединяемых подмножеств абонентов, обеспечивающих при слиянии максимальное увеличение скалярной меры качества в виде отношения величины взаимного информационного потока к значению прироста средней доступности. Решение об остановке работы производилась по признаку отсутствия уменьшения среднего времени обслуживания после выполнения очередного шага с объединением подмножеств абонентов и последующей оптимизации распределения каналов.

На основе синтезированного алгоритма была написана программа управления архитектурой систем связи подвижных абонентов, способная решать поставленную задачу для сетей с числом абонентов до 200. На рис.5 показаны результаты работы такой программы в виде зависимостей коэффициента использования ресурса системы р - у//лс0 от средней доступности а/с0. Здесь у - суммарная интенсивность запросов доступа в системе, 1 ¡/л - средняя длительность сеанса, со - общее число

каналов, а - предельно допустимый уровень средней доступности. Зависимости показаны для различных значений ограничивающего параметра средней нормированной задержки доступа (/Г.

Рис.5. Зависимость коэффициента использования ресурса системы от средней доступности

В каждой точке результат формировался по 10000 независимым испытаниям. Анализ полученных зависимостей показывает, что технические ограничения на среднюю доступность каналов для абонентов в системе приводят к уменьшению коэффициента использования ресурса. Деградация эффективности использования ресурса оказывается умеренной (менее 30% - 40%) если средняя доступность не уменьшается ниже уровня 15% от общего числа каналов в системе. При более низких показателях доступности происходит катастрофическое падение эффективности использования ресурса. На основе полученных результатов был проведен анализ ряда реальных ведомственных сетей, а также систем связи специального назначения. Для большинства из них полученные результаты оказались положительными, поскольку средний уровень доступности, поддерживаемый аппаратурой абонентских станций, оказался выше выявленного критического значения. Поэтому справедливо заключение, что при соответствующем управлении архитектурой в реальных системах доступно достижение показателей качества работы близких к предельным.

Пятая глава диссертации посвящена описанию прикладных задач, актуальных для народного хозяйства, решенных с использованием полученных результатов.

Первой рассматривается задача оптимизации частотно-территориального планирования сетей оперативной радиосвязи для г.Москвы. Сначала проводится системный анализ существующих автоматизированных сетей отдельных подразделений ГУВД г.Москвы и Московской области. На основе данных, предоставленных отделением сопровождения работ по системе «Канал», были сформированы требования к нагрузке в ЧНН для трех основных типов первичных сетей, используемых ГУВД. Решение проведено для заданных радиочастотных диапазонов 430-433 МГц, 460-462.25 МГц и 462.55-463 МГц, с разнесением соседних каналов на 25 кГц. При этом рассматривались два подхода, предложенные ранее в работе. Первый ориентировался на метод п. 2.2, и предполагал формирование максимальных групп интермодуляционно совместимых частот в каждом диапазоне и составления из них 4-х смешанных групп частотных каналов, которые затем распределялись по 10 территориальным округам. Второй ориентировался на метод согласования структуры сети радиопокрытия с пространственным распределением нагрузки, разработанный в п. 4.4. В обоих случаях были обеспечены условия:

1) гарантированная вероятность 0.99 для ограниченного ожидания доступа в течение ЗТ, где Г - средняя длительность отдельного сеанса связи;

2) вероятность отказа по причине перегрузки не выше 0.05.

Первый из указанных подходов привел к решению задачи с экономией порядка 20% ресурса радиоканала. Второй - с экономией до 30%, но для его реализации требовалось дополнительное введение в систему центрального пульта управления и слежения за динамическим распределением нагрузки.

Второй рассматривалась задача обеспечения интермодуляционной совместимости и управления множественным доступом в низкоорбитальной спутниковой системе связи (НССС) «Гонец». Для ее решения также были использованы метод и конструктивный алгоритм формирования максимальных групп интермодуляционно совместимых частот, разработанные во второй главе. Технические параметры задачи были следующими: общее число каналов борт-земля на один космический аппарат (КА) - 2; общее число каналов земля-борт - 14; радиодиапазон для связи борт-земля 387-390 МГц, что при разносе каналов 60 кГц обеспечивает поддержку 50 каналов; выделенный радиодиапазон для связи земля-борт 312-315 МГц, что при разносе 12.5 кГц обеспечивает поддержку 240 каналов.

Формирование групп интермодуляционно совместимых частот показало, что в выделенном диапазоне 387-390 МГц доступно формирование до в групп из 8 частот. В результате, для организации каналов в направлении борт-земля вполне можно обойтись одной группой на 4 КА. В диапазоне, отведенном для направления земля-борт, были выделены 6 групп, каждая из которых содержала либо 10, либо 9 интермодуляционно совместимых частот. В случаях высокой нагрузки указанные группы частот предлагается дополнять теми частотами, которые в конструктивном алгоритме отбрасывались на последних шагах. Такой подход приводит к генерации наименьшего числа интермодуляционных помех при высоких нагрузках.

Анализ традиционного подхода распределения частот по КА в НССС «ГОНЕЦ» показал, что из 16 распределяемых на каждый КА частот, только 7 образуют интермодуляционно совместимую группу (по уровню 3-го порядка). Таким образом, предложенный подход обеспечил выигрыш по числу интермодуляционно совместимых частот в 10/7«1 42 раз.

Одновременно рассматривалась задача оптимизации доступа в НССС «ГОНЕЦ» с использованием алгоритма управления, разработанного в п. 4.1 диссертации на основе методов динамического программирования. Сравнение достигаемых при этом результатов с результатами, демонстрируемыми традиционным алгоритмом г «синхронная ALOHA», показало возможноЬть уменьшения задержки в 2.0 - 2.5 раз.

Четвертой рассматривалась задача выделения интермодуляционно совместимых частот в сотовых системах связи на примере сети стандарта NMT 450. При этом сначала был проведен анализ традиционной организации частотного разделения каналов, применяемого в указанных сетях. Указывается на то, что все частоты разделяются на 8 групп, каждая из которых содержит 22 или 23 литеры. Показано, что для стандартного разделения максимум 6 частот в отдельной группе составляют интермодуляционно совместимое подмножество. Поскольку в сетях NMT 450 используется режим адаптивного выбора свободных частот с наилучшими показателями по воздействию помех, то в условиях умеренной нагрузки ограничения по интермодуляционной совместимости не проявляются. Конкретно установлено, что при допустимой вероятности отказов обслуживания из-за перегрузки р„ < 0.1 и средней удельной нагрузке на абонента 0.05 Эрл, среднее число занятых каналов в соте не будет превышать 6, когда число абонентов, обслуживаемых сотой, будет не более 130. Отмечается, что в реальных условиях этого явно недостаточно. Поэтому предлагается в сотовых сетях стандарта NMT-450 для распределения частот между отдельными БС использовать метод, разработанный в п. 2.2. Проводится решение

поставленной задачи и показано, что при этом в каждой группе наблюдается по 13 интермодуляционно совместимых частот. При высоких нагрузках предлагается дополнять найденные интермодуляционно совместимые группы такими частотами, которые в наименьшей степени производят вредные интермодуляционные комбинации. Такие дополнительные частоты естественным образом можно подобрать на основе результатов работы конструктивного алгоритма на последних шагах работы перед остановкой. Сопоставительный анализ с традиционным правилом разделения частот показал, что предлагаемый метод позволяет в среднем уменьшить количество вредных интермодуляционных комбинаций 3-го порядка в сотовых сетях стандарта NMT-450 в 2.5 - 4.0 раза.

Следующим рассмотренным приложением, была задача синтеза оптимальной структуры радиосети UMTS для опытной зоны в виде г Иваново. Указанный город был выбран как пример среднего по величине города, для которого не требуется большой подготовительной работы перед этапом проектирования опорной сети. После проведения подготовительного этапа на территории города было выявлено 86 потенциальных площадок для размещения БС проектируемой сети. На рис.ба показана территория г. Иваново с позициями выявленных возможных мест расположения площадок под БС. Требовалось обеспечить радио покрытие обслуживаемой территории и поддержку прогнозируемого информационного трафика. В качестве критерия оптимальности радиосети использовался минимум числа БС. Решение задачи было получено на основе метода, разработанного в п.2.4. В результате чего была получена опорная сеть UMTS из 15 БС, показанная на рис.66. Время решения на ПЭВМ класса Pentium III с тактовой частотой 850 МГц, Pf - ---------------------------------

При расчетах использовалась электронная карта с матрицей высот, размер элемента которой составлял 30x30 м. Следует отметить, что время разработки подсистемы радиодоступа сетей стандарта GSM на сопоставимых территориях занимает порядка месяца у опытных планировщиков. Для сетей UMTS это время, скорее всего, будет значительно больше.

В конце главы приведено описание разработанной радиотехнической системы передачи тревожной информации «Роса», предназначенной для автоматического оповещения об угонах автомобилей в режиме совмещенной трансляции по каналам оперативной связи. Применение оригинальных методов доступа, разнесенного

Рис.6 а

Рис.6 б

приема и кодирования информации позволило достигнуть в указанной системе обработки вызовов с интенсивностью в тысяч по городу за сутки при одновременном обеспечении необходимых характеристик качества обработки вызовов.

В заключении кратко приведены итоги работы, перечислены основные наиболее значимые результаты, а также намечены перспективы дальнейшего развития рассмотренного в диссертации научно-технического направления.

В приложении помещены дополнительные материалы по главам и акты внедрения результатов работы

Основные результаты работы

1. Впервые на основе единого математического подхода разработана методика, позволяющая развить общие методы теории монотонных мер на решение задач формирования максимальных групп интермодуляционно-совместимых частот. Установлено, что вычислительная сложность алгоритмов, синтезированных на основе разработанной методики, является полиномиальной, что обеспечивает качественный выигрыш относительно известных методов, обладающих экспоненциальной вычислительной сложностью. В частности, применение указанных алгоритмов в низкоорбитальной спутниковой системе связи «ГОНЕЦ» позволило решать задачу формирования максимальных групп интермодуляционно-совместимых частот в режиме реального времени (задержка на решение не превышала 35 секунд для вычислительного узла на базе ПЭВМ Pentium 111 /850 МГц). Для систем подвижной радиосвязи, разработанная методика позволила решать задачи выделения максимальных групп интермодуляционно-совместимых частот на множествах из нескольких сотен значений, в то время как наилучшие результаты для известных методов, которые были достигнуты Беблоком, не превышают уровня 85 частот и требуют расчетного времени порядка нескольких суток.

2. Впервые разработана методика, обобщающая теорию монотонных мер на параметрические пространства, позволившая ее развить на задачи частотно-территориального планирования сотовых сетей. При этом качестве параметров предлагается рассматривать характеристики позиций возможного размещения БС на обслуживаемой территории, параметры антенн и радиооборудования, а также распределение интенсивности трафика по обслуживаемой территории. Результаты позволили формализовать процесс проектирования архитектуры частотно территориальной структуры сетей и в качестве решения получать оптимальные, в смысле критерия минимума числа базовых станций, множества позиций размещения БС с сопутствующим им распределением рабочих частот. Выполненная

* формализация задачи впервые позволила установить, как именно могут быть для ее

решения использованы известные методы прямого перебора. Для реальных ситуаций был проведен сопоставительный анализ вычислительных затрат, которыми обладают известные процедуры и алгоритмы разработанные на основе обобщенной методики монотонных мер. Показано, что для среднего города (в работе использован пример г. Иваново с 86 позициями возможного размещения БС) выигрыш по вычислительным затратам разработанных алгоритмов относительно стандартных методов проектирования составляет не менее чем на порядок, причем существующие методы используют субъективность решения проектировщика. Прелагаемые варианты организации решения поставленной задачи приводили к результату за 11,5 часов счета.

3. Разработана вероятностная модель СПР как системы массового обслуживания, которая учитывает не только статистику процесса поступления и обслуживания вызовов, но также случайный характер перемещений абонентов по обслуживаемой территории. Это позволило получить уточненные формулы,

определяющие трафик СПР, а также установить границы применимости традиционных методов расчета нагрузочной способности с помощью таблиц Эрланга. ПЪказано, что для высокоскоростных мобильных абонентов, начиная с микросотового покрытия, и для всех абонентов при пикосотовом покрытии традиционные методы расчета нагрузочной способности обладают заметной погрешностью (до 25-35%). Установлены характеристики мобильности, к которым нагрузочная способность системы наиболее чувствительна.

4. Впервые предложена общая параметрическая модель для описания широкого спектра ситуаций с нестационарным поведением мобильных абонентов в пределах выделенной зоны обслуживания. Установлено, что предлагаемая модель пригодна для описания таких явлений как- возникновение/рассасывание автомобильных пробок; скопления людей в местах массовых мероприятий, флуктуирующих потоков пассажиров на входах/выходах из метро; прохождения потоков через экранирующие тоннели; постепенного роста плотности абонентов в начале рабочего дня и уменьшения в конце и т.п. Проведен анализ такой модели, который показал, что она может быть классифицирована как нестационарный объект теории массового обслуживания. На этом основании предлагается рассматривать разработанные в диссертации методы как развитие общей теории массового обслуживания на задачи с нестационарным поведением объектов. Согласно обозначенному подходу, была поставлена и решена задача синтеза совместных алгоритмов обнаружения/идентификации/оценки параметров ситуаций с нестационарным поведением мобильных абонентов в рамках предложенной модели. На основе разработанной методики для конкретных случаев, характерных для сотовых сетей поколений 2G, 3G, получены численные значения времени реагирования на возникающие нестационарные режимы в поведении мобильных абонентов, которые подтвердили возможность достоверного предсказания перегрузок за 3 - б минут до их проявления. Показано, что достаточным технологическим условием реализации разработанных алгоритмов в указанных системах, является поддержка в них функции контроля мобильности через стандартные процедуры хэндовера.

б. Впервые исследована возможность активации в сотовых сетях связи незадействованного ресурса радиоканала, связанного с территориальным перекрытием сот/зон обслуживания. Предложена новая методика адаптивного управления доступом, учитывающая эффект перекрытия сот с целью равномерного распределения нагрузки между БС. Анализ разработанных на основе предложенной методики алгоритмов показал увеличение эффективности использования ресурса радиоканала в сотовых сетях стандартов GSM и CDMA в условиях пиковых нагрузок до 25% (сети стандарта GSM) и 40% (стандарта CDMA). Получены расчетные формулы, позволяющие оценить выигрыш в абонентской емкости сотовых систем при использовании предлагаемых алгоритмов в режиме хэндовера.

6. Впервые предложены процедуры случайного множественного доступа для СПР с пакетной передачей данных, обладающие наилучшими показателями в смысле критерия максимума пропускной способности, синтезированные на основе стратегии управления по Беппману, применяемой в режиме распределения/разбиения свободных каналов центральной станцией. Показано, что их применение может снизить среднее время организации доступа по сравнению с общеизвестными процедурами на 50%.

7. Предложен ряд усовершенствований для режимов организации множественного доступа, совмещенной передачи речевых сообщений и потоков данных, адаптивной кластеризации, управления распределением частотного ресурса для конкретных сетей и систем связи.

8. Наиболее перспективными исследованиями в плане дальнейшего развития

разработанного направления представляются:

а) создание универсальной методики автоматизированного проектирования сложных систем с оптимальной структурой, в частном случае представляющих сотовые сети, на основе техники монотонных множеств, допускающей изменение в широких пределах перечня контролируемых базовых характеристик. В указанный расширенный перечень системных и технологических параметров помимо рассмотренных в диссертации интенсивностей несимметричного трафика и характеристик позиций возможных размещений базовых станций, прежде всего, должны войти: параметры антенно-фидерного тракта, приемной и передающей аппаратуры, модулей сопряжения-коммутации, показатели доступной вычислительной мощности и памяти, цены, надежности и т.д.;

б) развитие теории и поиск новых адекватных форм описания мобильности подвижных абонентов для решения задач пространственно-временной адаптации в сотовых сетях связи, для синтеза эффективных алгоритмов пространственной селекции информационных потоков, усовершенствования техники адаптивных антенн и модемов группового сигнала;

в) разработка базовых принципов и подходов дисциплины, обобщающей теорию информации, которая позволит не только решать вопросы передачи сообщений по каналам связи и кодирования данных, но и изучать с единых позиций произвольные пространственно-временные трансформации информации. В качестве конкретных приложений такой дисциплины в первую очередь должны рассматриваться задачи пространственно распределенной доставки сообщений, пространственно-временного кодирования и хранения данных, распределенного управления/поиска.

По теме диссертации опубликованы следующие основные работы:

1. Аристархов Г.М., Ерохин Г.А., Николаев В.Т., Пантикян Р.Т., Шорин O.A.

Система охранной сигнализации «РОСА»// Патент РФ № 2069055 от 19.07.94

2. Бонч-Бруевич A.M., Панченко В.Е., Тамаркин В.М., Шории O.A. Транкинговые системы радиосвязи// Учеб. пособие, ЗАО «Информсвязь», 1997. - 96 с.

3. Бонч-Бруевич A.M., Тимин И.А., Шорин O.A. Создание систем радиопоиска и передачи дискретной информации на базе систем «Алтай» для сетей телекоммуникаций, городских служб, предприятий и банков// Тез. докл. Всероссийской НТК «Связь в деловой сфере», Москва,1992.

4. Богенс К., Ерохин Г.А.,Шорин O.A.. Развитие детерминистко-статистического подхода расчета радиополя в городе// Электросвязь, №2, 2001

5. Гайнутдинов Т.А., Ерохин Г.А., Кочержевский В.Г., Панченко В.Е., Шорин O.A.

Сочетание статистических и детерминистских методов расчета радиополя в городских условиях//Электросвязь, №4, 1998

6. Глик Ю.И., Дежурный И.И, Кузьмин B.C., Пышкин И.М., Шорин O.A. Аппаратура подвижной радиосвязи для агропромышленного комплекса/ Под ред. И.М.Пышкина. М.: Радио и связь, 1984. - 248 с

7. Гуляев A.B., Шорин O.A. Синтез оптимальной сети радиодоступа WCDMA при известной модели нагрузки// «Электросвязь», № 9, 2002 С.ЗЗ - 38 .

8. Дежурный И.И., Пышкин И.М., Пантикян Р.Т.,Синюков М.И., Чвилев Г.Д., Шорин O.A. Сухопутная подвижная радиосвязь/ Под ред. И.М.Пышкина и В.С.Семенихина. М.: Радио и связь, 1990, 1 и 2-ая книги: 432 е., 328 с.

9. Журавлев В.И., Шорин O.A. Синтез радиотехнических систем. Часть 1// Метод, указания, МИС 1987. - 44 с J Р0С НАЦИОНАЛЬНА^!

биклиотекд I

зз г ,5:Пет»*т j

' о» ш — * J

10. Косинов М.И., Шорин O.A. Повышение емкости сотовой системы связи при использовании зон перекрытия// Электросвязь, № 3,2003.

11. Кротов H.A., Шорин O.A. Экспериментальные результаты применения алгоритмов перераспределения нагрузки в сетяхъ стандарта-GSM. М.: Труды МТУСИ, 2004.С.59-66.

12. Krotov N.A., Shorin O.A. Results of Using Traffic Control Algorithms in Cellular Mobile Systems// 2nd IEEE Internationa! Conference on Circuits and Systems for Communications, Москва, 2004.

13. Пантикян P.Т.,Шорин O.A. Синтез сети подвижной радиосвязи с множественным доступом. //Труды НИИР. 1986, № 4. С. 60 - 66.

14. Пантикян Р.Т., Шорин O.A. Проектирование систем подвижной радиосвязи// Учеб. пособие, МИС 1987. - 52 с.

15. Пышкин И.М.') Теория кодового разделения сигналов. - М.: Связь, 1980.

16. Пышкин И.М., Шауро A.B. Шорин O.A., Автоматические системы определения местоположения подвижных объектов// ЦНИТИ Информсвязь. Эксплуатация средств связи. Серия. Радиосвязь, радиовещание, телевидение. Экспресс инф., вып. 5,1981.

17. Пышкин И.М., Шорин O.A. Обнаружение сигнала на фоне помех с неизвестной плотностью распределения// Труды НИИР, № 4,1982.

18. Пышкин И.М., Шорин O.A. Асинхронная адресная система связи с частотно-временным разделением// Описание лаб. работы, МИС, 1986. - 20 с.

19. Пышкин И.М., Пантикян Р.Т., Шорин О.А.Эффективность частотного и кодового разделения в цифровых системах радиосвязи// Тезисы докл. Всесоюзной НТК «Интегральные информационные системы», Москва,1989

20. Пышкин И.М., Пинский А.И., Федулов М.В. Шорин O.A. Пакетная передача данных в радиосистемах с равнодоступными каналами// Тезисы докл. Всесоюзной НТК «Интегральные информационные системы», Москва,1989.

21. Шорин O.A. Исследование помехоустойчивости радиотракта с ретранслятором для систем местоположения подвижных объектов//Труды НИИР, № 2,1983.

22. Шорин O.A., Пантикян Р.Т. Способ радиосвязи с подвижными объектами в системе связи сотовой структуры// A.C. № 1626412 от 13.01.89.

23. Шорин O.A., Федулов М.В. Анализ необходимости пространственно-частотной адаптации сотовых систем подвижной радиосвязи// Радиотехника, № 6,1989.

24. Шорин O.A., Николаев В.Т., Пантикян Р.Т. Метод частотного планирования систем радиосвязи// Радиотехника, № 3,1991.

25. Шорин O.A., Федулов М.В. Пакетная передача данных в многоканальных системах подвижной радиосвязи// Радиотехника, № 3,1992.

26. Шорин O.A. Метод частотно-территориального планирования// Электросвязь, № 10,1993.

27. Шорин O.A. Оптимальная процедура распределения каналов в системах подвижной радиосвязи//Электросвязь, 1993, № 10, С. 14-16.

*)В монографии автор принимал участив в написании §5 1-5 6, что отражено в предисловии

28. Шорин O.A., Пантикян Р.Т. Оптимизация структуры сигнала в радиотехнической системе передачи тревожной информации// Электросвязь, № 11,1994. ,

29. Шорин O.A., Николаев В.Т. Выделение групп интермодуляционно-совместимых частот для сотовых систем связи стандарта NMT-450// Электросвязь, № 8,1995.

30. Шорин O.A., Тамаркин В.М., Хусайн X. Частотно-территориальное планирование в низкоорбитальных спутниковых системах связи// Электросвязь, Ns 9,1998.

31 .Шорин O.A. Вероятность перегрузки сотовых систем связи с учетом подвижности абонентов// Электросвязь», №5, 2004.

32. Шорин O.A. Оценка параметров мобильности абонентов в сотовых системах связи//«Электросвязь», №11, 2004.

33. Шорин O.A. Прогноз перегрузок с учетом подвижности абонентов в сотовых системах связи// Мобильные системы, №1,2005.

34. Шорин O.A., Пантикян Р.Т. Способ организации цифровой сотовой СПР// Тезисы докл. Всесоюзной НТК «Интегральные информационные системы», Москва,1989.

35. Шорин O.A., Пантикян Р.Т., Николаев В.Т., Черкасов В.И. Алгоритм частотно-территориального планирования СПР// Тезисы докл. Всесоюзной НТК «Интегральные информационные системы», Москва,1989

36. Шорин O.A., Пантикян Р.Т., Федулов М.В. Синтез радиосетей с ограниченной доступностью абонентов к радиоканалам// Тезисы докл. Всесоюзной НТК «Интегральные информационные системы» Москва, 1989.

37. Шорин O.A., Пинский А.И. Оптимальный множественный доступ в многоканальных системах связи// Тезисы докл. Всесоюзной НТК «Интегральные информационные системы», Москва,1989.

38. Шорин O.A., Пинский А.И., Куликов И.А. Модель цифровой СПР в задаче коммутации радиоканалов// Тезисы докл. Всесоюзной НТК «Интегральные информационные системы», Москва,1989.

39. Шорин O.A., Николаев В.Т., Пантикян Р.Т. Основные составляющие алгоритма выделения интермодуляционно независимых частот// НТК общества радиотехники, электроники и связи им, А.С.Попова "Элементы и узлы современной приемно-усилительной аппаратуры". Москва. 1990 г.

40. Шорин O.A., Пантикян Р.Т. Выбор структуры сигнала в радиотехнической системе передачи тревожной сигнализации с множественным доступом// Тез. док. XXIII Международной конф. «Новые информационные технологии в образовании и бизнесе», Гурзуф, 1996.

41. Шорин O.A., Хусайн X. Анализ протокола доступа в радиоканал в низкоорбитальных спутниковых системах для передачи тревожной информации// Тез.док. Межд. конф. и диск, научного клуба «Нейросетевые технологии обработки информации», Гурзуф, 1997.

42. Шорин O.A., Математическая модель системы подвижной радиосвязи// Тез.док. Меад. конф. и диск, научного клуба «Новые информационные технологии в науке, образовании и бизнесе», Гурзуф, 1997.

liasses

2006-4 28871

43. Шорин O.A. Оценка абонентской емкости в сетях беспроводного доступа на основе технологии CDMA и прогноз их развития в России// Труды меж. Конф. «CDMA800 в России», Кипр, Лимассол, ноябрь 1998.

44. Шорин O.A. Оценка абонентской емкости систем стандарта DECT и прогноз их развития в России// Труды межд. конф. «DECT в России» Афины, Греция, апрель 1999.

45. Шорин O.A. Информационные технологии в сетях подвижной связи третьего поколения// Труды межд. конф. «Экономика и системные решения 2G/3G в России», Кипр, апрель, 2001.

46.Шорин O.A., Тимофеев И.М. Алгоритм планирования радиочастот// Труды межд конф. «Телекоммуникационные и вычислительные системы», Москва, МТУСИ , 28ноября 2001.

47. Шорин O.A., Гуляев A.B. Новые технические требования к проектированию подсистемы радиодоступа сетей 3G по сравнению с сетями 2G// Труды конференции «Мобильная связь XXI века: 2G/2.5G/3G», апрель 2002, Кипр.

48. Шорин O.A. Оптимизация структуры радиосети системы UMTS

//Труды межд. конф.«Мобильные сети связи2С/2,5СЗ/ЗС.Тенденции.Технологии.

Экономика.Качество.Услуги.»Мадейра, ноябрь 2002.

49. Шорин O.A. Повышение пропускной способности сотовых систем связи// Труды межд. конф. «Мобильный бизнес: технологии и регулирование», Италия, Неаполь,

50. Шорин О.А. Техническое обеспечение реализации конвергированных услуг в сотовых сетях// Труды Международной конференции «Мобильный бизнес: услуги, платежи, контент», Греция, Родос, 2004 .

51. Шорин О.А. Конвергенция услуг в сотовых сетях связи// Труды Международной научно-практической конференции «Информационные технологии нового поколения в индустриальном регионе», Кемерово, октябрь 2004.

52. Шорин О.А. Мониторинг возможных перегрузок в сотовых системах связи// Труды XVII Международной конференции «Мобильный бизнес:тенденции и технологии», о.Сицилия, Италия, 2005.

53. Shorin О.А., Tihvinskaja M.V., Maslov S.A. Definition of the channel resource of communication cellular systems in view of subscribers mobility. «16 th International Symposium & Technical Exhibition on Electromagnetic Compatibility», February 13-18, 2005.

2004.

Подписано в печать 05.12.05. Формат 60x84/16. Объем 2,2 усл.пл. Тираж 100 экз. Заказ 380.

ООО «Инсвязьиздат». Москва, ул. Авиамоторная, 8.

Введение.

Глава 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЧАСТОТНО-ВРЕМЕННОГО РЕСУРСА В СИСТЕМАХ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ.

1.1.Проблема вычислительной сложности задачи частотно-территориального планирования в современных и проектируемых системах подвижной радиосвязи.

1.2.3адача синтеза оптимальной структуры опорной сети базовых станций.

1.3.0бщие проблемы задачи прогноза перегрузок сотовых сетей на основе анализа динамического поведения подвижных абонентов.

1.4.Проблема адаптации систем подвижной радиосвязи к территориально-адресному распределению нагрузки.

Глава 2. ПЛАНИРОВАНИЕ ЧАСТОТНО-ТЕРРИТОРИАЛЬНОГО РЕСУРСА В СИСТЕМАХ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ НА ОСНОВЕ ТЕОРИИ МОНОТОННЫХ

СИСТЕМ.

2.1 .Частотно-территориальное планирование в современных и проектируемых системах подвижной радиосвязи.

2.2.Теория монотонных множеств в задачах планирования частотного ресурса.

2.3.Синтез алгоритма выделения групп интермодуляционно совместимых частот на основе монотонной меры.

2.4.Алгоритм синтеза оптимальной структуры сотовых сетей связи.

КРАТКИЕ ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ.

Глава 3. РАЗВИТИЕ МЕТОДОВ ТЕОРИИ МАССОВОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ ДЛЯ ПРОГНОЗА ПЕРЕГРУЗОК СОТОВЫХ СЕТЕЙ НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА ДИНАМИЧЕСКОГО ПОВЕДЕНИЯ ПОДВИЖНЫХ АБОНЕНТОВ.

3.1. Режим перегрузки и его связь с параметрами мобильности.

3.2. Модели нестационарных законов для характеристик мобильности. Оценки параметров.

3.3. Динамика переходных процессов, описывающих изменение числа абонентов в соте.Предсказание перегрузок.

КРАТКИЕ ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ.

Глава 4. СПЕЦИАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ АДАПТИВНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ РЕСУРСА РАДИОКАНАЛА В СОТОВЫХ И ВЕДОМСТВЕННЫХ СИСТЕМАХ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ.

4.1.Оптимизация управления случайным множественным доступом в ССПР.

4.2.Повышение емкости сотовых систем связи при использовании зон перекрытия в режиме управления доступом.

4.3.Анализ пакетной передачи данных в многоканальных системах подвижной радиосвязи.

4.4.Синтез сети подвижной радиосвязи с множественным доступом.

КРАТКИЕ ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ.

Глава 5. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ АЛГОРИТМОВ ОПТИМАЛЬНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЧАСТОТНО-ВРЕМЕННОГО РЕСУРСА ССПР ПРИ РЕШЕНИИ НАРОДНОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ЗАДАЧ.

5.1.Интермодуляционная совместимость частот при частотно-территориальном планировании сетей оперативной радиосвязи.

5.2.Интермодуляционная совместимость частот и управление множественным доступом в низкоорбитальных спутниковых системах связи.

5.3.Выделение групп интермодуляционно совместимых частот для сотовых систем связи.

5.4.Синтез радиосети оптимальной структуры для опытной зоны системы UMTS в г. Иваново.

5.5.0птимизация использования частотно-временного ресурса в системах передачи тревожной информации с множественным доступом.

КРАТКИЕ ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ.

Актуальность проблемы

Бурная информатизация общества привела к тому, что в последнее десятилетие произошел резкий скачок объема информации, передаваемой и обрабатываемой различными системами радиосвязи. Существенно увеличилось количество одновременно работающих радиосредств и систем связи различного назначения. В каждой отдельной системе значительно возросло число абонентов. Заметно поднялась скорость обработки и передачи информации. Все это потребовало повышения пропускной способности, показателей быстродействия и электромагнитной совместимости систем подвижной радиосвязи.

Наступил период, когда практически все системы радиосвязи вышли на предельный уровень нагрузки и ощутили потребность в повышении ресурса радиоканала. Усилия на уровне национальных и международных комитетов и комиссий по распределению ресурса радиоканала между различными системами, радиосредствами и службами оказались способными лишь на некоторое время снять остроту проблемы.

В качестве важнейшей тенденции решения проблемы повышения пропускной способности радиотехнических систем в последнее время выступает поиск новых усовершенствованных способов организации радиосвязи, задействование неиспользованных ресурсов существующих радиолиний. В сотовых сетях и системах связи подвижных абонентов одними из основных путей повышения пропускной способности являются: оптимизация территориального распределения частотного ресурса радиоканала, а также пространственной структуры сотового покрытия, поиск оптимальных методов обеспечения ЭМС, обеспечение более качественной и быстрой работы в режимах организации доступа, введения процедур контроля локальных перегрузок с последующим перераспределением ресурса.

Реализации перечисленных выше методов препятствует высокая сложность существующих алгоритмов, неразвитость информационных технологий в части подходов, позволяющих снижать указанную вычислительную сложность в реальных условиях, отсутствие решения вопросов, связанных с влиянием мобильности абонентов на основные характеристики систем подвижной радиосвязи.

Появление высокопроизводительных цифровых БИС с большой степенью интеграции открыло новые принципиальные возможности по созданию компактных устройств и комплексов автоматизированного решения указанных задач. Относительная простота сопряжения цифровых систем адаптивного управления ресурсом канала с другими цифровыми системами фактически решает проблему их включения в существующие и проектируемые интегрированные цифровые сети региональных, национальных и глобальных систем радиосвязи. Это объясняет то, что на первый план все отчетливее выступает проблема разработки соответствующих теоретических методов управления ресурсом радиоканала и анализа характеристик мобильности подвижных абонентов.

Главной особенностью систем подвижной радиосвязи (СПР) является подвижность абонентов системы и территориальная распределенность подсистемы радиодоступа. Эта особенность делает подчас невозможным использование для их исследования и проектирования научных результатов и инженерных методик, разработанных для телекоммуникационных систем фиксированной связи. Поэтому одной из актуальных задач является задача исследования области применения известных результатов теории массового обслуживания в части пропускной способности системы по трафику с учетом конфигурации подсистемы радиодоступа и характера мобильности абонентов. Такие исследования позволили сформулировать и решить задачу адаптивного управления канальным ресурсом в сотовых и низкоорбитальных спутниковых системах связи с учетом мобильности абонентов, а также задачу аналитического расчета режима хэндовера в них. Сформулированная выше особенность СПР предопределяет большие вычислительные сложности задач, возникающих при их проектировании, и особенно для систем поколений 2.5 G и 3G. Ярким примером могут служить две важнейшие задачи из области частотно-территориального планирования (ЧТП) СПР: определение наилучших, по большому перечню показателей, мест установки базовых станций, и выбор интермодуляционно-совместимых групп частот из большого (более 100) числа исходных номиналов частот. Учеными, работающими в указанной области, прилагаются достаточно серьезные усилия в поиске разрешения указанной проблемы с целью получения практически пригодных алгоритмов для использования их на практике. Примером могут служить источники [28,59], в которых отражены наиболее значимые результаты, полученные к настоящему времени Беблоком, по выбору максимальных групп интермодуляционно-совместимых частот из заданного множества равномерной сетки частот. Предельные значения их применимости ограничены объемом в 85 частот (в литературе приводится только одна полученная максимальная группа для заданного объема частот). В [165,179,192] указано довольно представительное число алгоритмов распределения частот для сотовых систем, однако все они построены на эмпирических или полуэмпирических подходах, не позволяющих гарантировать, даже приблизительно, оптимальный результат. Общего конструктивного алгоритма для любых СПР до сих пор так и не найдено. Все существующие в настоящее время расчетно-аналитические комплексы и алгоритмы имеют экспоненциальную вычислительную сложность или требуют активного использования интуиции проектировщика, основанной на богатом опыте и высоком профессионализме. Это предопределяет большую долю субъективизма в решении задачи и делает невозможным строгую оценку полученного решения в смысле оптимальности по выбранному критерию качества. Поэтому актуальной остается проблема создания алгоритмов для формализованного решения таких задач, имеющих вычислительную сложность не выше полиномиальной, и свободных от субъективного участия проектировщика.

Большое число нерешенных вопросов существует в СПР оперативного или производственно-технологического назначения. Как известно, система, позволяющая наиболее эффективно использовать выделенные радиоканалы (например, по критерию минимума среднего времени ожидания), является системой с равнодоступными каналами. В этой связи для оперативных сетей радиосвязи необходимо решить вопрос со структурой сети при случайном множественном доступе, а для радиосетей с пакетной передачей данных и "транкинговых" систем радиосвязи, в которых время сеанса связи соизмеримо со временем обмена служебной информацией, необходимо определить алгоритм управления свободными каналами. Большая часть работ по этому вопросу принадлежит советским ученым Цыбакову Б.С., Михайлову В.А. и др. [65-67, 122], однако вопрос централизованного управления режимом случайного множественного доступа до сих пор не рассматривался. Особую актуальность этот вопрос приобретает в связи с разработкой аппаратуры с автоматическим поиском свободного канала, на основе которой строятся "транкинговые" системы, а также с разработкой и широким внедрением в последнее время радиотехнических систем передачи специализированной (телеметрической, тревожной и т. п.) информации.

Другой важный аспект проектирования, эксплуатации и исследования рабочих характеристик сотовых сетей и других СПР, составляет задача обнаружения и распределения по пространству спонтанно возникающих локальных концентраций нагрузки. Указанная проблема относится к новой области теории информации, изучающей пространственно-временные преобразования данных, распределенные алгоритмы управления, обработки, хранения, кодирования и доставки информации. Указанное направление в настоящее время только начинает активно развиваться. Причина этого состоит в том, что активный источник требований к соответствующим результатам возник сравнительно недавно в виде бурно развивающихся сотовых сетей связи и других систем, обладающих территориально распределенной структурой. Хотя общие идеи и пионерские работы, касающиеся указанной проблематики, возникли достаточно давно. На первом этапе они относились исключительно к изучению вопросов оптимизации распределенных поисковых усилий [5,6,37,121,187]. В дальнейшем они получили развитие на отдельные задачи, решаемые в системах обмена информацией. Наибольшее влияние в этом направлении оказали работы зарубежных авторов: Клейнрока Л. [47,48], Сипсера Р. [100], Мартина Дж. [61], Галлагера Р. [168], Мерлина П., Сегалла А. [177], Прабху Н. [183], Питерсона Дж. [78] и др. Среди отечественных работ к таким относятся труды Б.В. Гнеденко [24], М.А. Шнепса [126], Б.С. Лифшица, А.П. Пшеничникова А.Д. Харкевича [60], Е.И. Рухмана, Б.Я. Советова, С.А. Яковлева [96,102], В.А Кочегарова и Г.А. Фролова [51]. Однако работ, посвященных непосредственно вопросам влияния характеристик мобильности абонентов на рабочие параметры систем связи, а также обнаружению процессов скопления/рассасывания абонентов в локальных областях для предсказания перегрузок на ранних этапах пока нет. Более того, в теории массового обслуживания нет даже раздела, посвященного указанным вопросам, который бы можно было определить как раздел, изучающий нестационарные системы массового обслуживания. Этим объясняется важность решения такой задачи, как с точки зрения теории, так и с точки зрения практики. Для ее решения представляется перспективным использовать в качестве исходных методы статистической обработки нестационарных дискретных процессов, полученные в работах А.П. Трифонова, Ю.С. Шинакова и В.К. Бутейко [112,113,190].

Таким образом, анализ публикаций в исследуемой области показал отсутствие теоретических результатов по оценке эффективности применения указанных выше, достаточно сложных методов управления ресурсами канала и контроля мобильности, а также отсутствие конкретных выводов по потенциальным возможностям от их использования в тех или иных условиях. Это не позволяет судить о целесообразности их внедрения, оставляет без ответа вопрос о том, как именно нужно осуществлять соответствующее управление, и в каких ситуациях системы наиболее чувствительны к нестационарному поведению мобильных абонентов. Последнее обстоятельство существенно сдерживает широкое распространение на практике систем связи подвижных абонентов с адаптивным управлением пространственным распределением ресурсов. Таким образом, настоятельная потребность в применении новых высокоэффективных систем связи, использующих незадействованные до настоящего времени ресурсы радиоканала, с одной стороны, и отсутствие необходимых для этого теоретических проработок, с другой стороны, настоятельно требуют разработки перспективных методов управления ресурсами радиоканала и слежения за поведением мобильных абонентов, позволяющих в полной мере учитывать нюансы функционирования в системах массового обслуживания и проводить исследования для конкретных технических приложений.

Цель и задачи работы

Целью работы является разработка научно обоснованных технических решений по повышению эффективности использования ресурса радиоканала в системах подвижной радиосвязи путем решения задач ЭМС, распределенного управления доступом и контроля мобильности абонентов. Внедрение этих решений вносит значительный вклад в развитие такой важной технико-экономической проблемы, как создание высокопроизводительных систем массового обслуживания подвижных абонентов.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить комплекс теоретических, экспериментальных и прикладных задач:

- создать адекватные математические модели, описывающие отдельные элементы, структуры и операционные преобразования СПР, на основе которых провести синтез алгоритмов, позволяющих за реальное время счета находить решения ряда задач, возникающих при создании СПР, которые могут быть формализованы, как сложные комбинаторные задачи;

- разработать алгоритмы решения задачи формирования групп интермодуляционно совместимых частот в СПР различного назначения с произвольной территориальной структурой таких систем;

- разработать вероятностную модель СПР как системы массового обслуживания наиболее адекватную реальным ситуациям, учитывающую мобильное поведение абонентов;

- разработать алгоритмы территориального планирования сотовых систем нового поколения, обеспечивающие безъизбыточное число базовых станций;

- исследовать режимы перегрузки сотовых систем связи с учетом мобильности подвижных абонентов;

- разработать математические модели мобильности подвижных абонентов в сотовых системах связи и на их основе синтезировать алгоритмы динамического управления канальным ресурсом;

- провести анализ характеристик полученных алгоритмов контроля динамически изменяющихся параметров мобильности абонентов для оценки достоверности принимаемых решений, точностей формируемых оценок параметров и времени реакции на возникновение критических ситуаций;

- осуществить частотно-территориальное планирование конкретных СПР в части интермодуляционной совместимости частот;

- разработать новые протоколы обмена информацией при управлении случайным множественным доступом и на их основе сформулировать рекомендации для создания усовершенствованных пакетных радиотехнических систем специального назначения;

- провести анализ дополнительного ресурса радиоканала сотовых сетей связи, связанного с многократным покрытием территории в пограничных зонах сот;

- разработать методы управления доступом и организации хэндовера, позволяющие реализовать дополнительный ресурс радиоканала в зонах перекрытий для повышения показателей рабочих характеристик;

- исследовать условия, при которых в многоканальных СПР возможна передача пакетов данных в канале, совмещенном с речевым;

- разработать алгоритмы множественного доступа в пакетных радиосетях в режиме управления доступом со стороны центральной станции;

- провести сопоставительный анализ для оценки выигрыша, обеспечиваемого в режиме активного управления доступом со стороны центральной станции;

- реализовать все предложенные алгоритмы в виде пакетов прикладных программ;

- сформулировать рекомендации по возможным направлениям дальнейшего развития полученных результатов в целях повышения эффективности использования ресурса радиоканала в СПР или для решения подобных задач в ряде других приложений.

Общая методика исследований

Разрабатываемые в диссертации методы управления случайным множественным доступом и контроля мобильности подвижных абонентов в сотовых сетях и СПР базируются на использовании таких методов теории вероятностей, математической статистики и адаптивной обработки, как:

1. статистическое оценивание параметров с использованием критерия максимального правдоподобия;

2. обнаружение и идентификация ситуаций на основе решающих правил, отвечающих критерию Неймана-Пирсона, примененных к нестационарным системам массового обслуживания;

3. динамическое управление по Беллману;

При решении задач синтеза алгоритмов автоматизированного формирования групп интермодуляционно совместимых частот, формирования оптимизированной структуры расположения опорной сети базовых станций и анализа влияния параметров мобильности абонентов на основные характеристики системы использовались методы теории множеств, теории графов и теории массового обслуживания.

Анализ эффективности алгоритмов контроля мобильности в режимах автоматического обнаружения и идентификации проводился с помощью методов математического моделирования.

Научная новизна и основные научные результаты

1. Разработаны конструктивные алгоритмы синтеза групп интермодуляционно-совместимых частот и территориального плана сотовых систем связи на основе применения теории монотонных систем;

2. Исследован вопрос влияния мобильности подвижных абонентов, как макропараметра, на вероятность перегрузки в сотовых системах связи, в результате чего получена формула расчета пропускной способности этих систем с учетом мобильности, что, при соответствующей организации, позволило повысить эффективность их использования;

3. Предложена математическая модель,учитывающая нестационарное поведение мобильных абонентов в пределах сот. Она позволила с единых позиций рассматривать характерные ситуации возникновения/рассасывания автомобильных пробок, флуктуаций потоков абонентов на выходах из станций метро, прохождения потоков через экранирующие туннели, синхронизирующих внешних условий массового порядка (сбои расписаний, концентрации людей в местах проведения массовых мероприятий и т.п.), и т.д.

4. Исследован вопрос динамики перегрузок, возникающих в сотовых системах связи из-за мобильности подвижных абонентов и синтезированы алгоритмы совместного обнаружения-оценивания параметров мобильности, позволившие заблаговременно предсказывать режим перегрузки и перераспределяя канальный ресурс, повысить пропускную способность систем.

5. Предложена оригинальная методика, расширяющая технику теории массового обслуживания на задачи с нестационарным поведением объектов, позволяющая решать большой класс новых задач, относящихся к системам с высокой динамикой поведения и к режимам переходного процесса, возникающим в системах массового обслуживания. Новый класс задач охватывает ситуации с нестационарным поведением интенсивностей входящего потока и потока обслуженных заяврк.

6. Исследованы и определены условия организации структуры сети оперативной радиосвязи с множественным доступом, минимизирующие среднее время ожидания в сети.

7. Исследована возможность уплотнения пакетами данных каналов, освобождающихся от речевых сообщений в многоканальных СПР, что увеличивает объем обслуживаемой нагрузки.

8. Разработана математическая модель организации доступа, учитывающая возможность радиоперекрытия зон и определена методика расчета вероятности отказа доступа при использовании для этой цели дополнительного ресурса зон перекрытия в сотовых системах связи, что повышает пропускную способность таких систем.

9. В системах со случайным множественным доступом синтезирован оптимальный по Беллману алгоритм управления процедурой распределения свободных каналов среди активных подвижных абонентов.

10. Разработаны вычислительные алгоритмы синтеза радиосетей с оптимизированной структурой распределения ресурсов, имеющие полиномиальную сложность, позволяющие в комбинаторных задачах создания систем подвижной радиосвязи существенно сократить время счета.

Практическая ценность работы

На основе полученных в диссертации методов синтеза и анализа алгоритмов распределения ресурса радиоканала, распределенного управления доступом и контроля мобильности предложены конкретные варианты построения или модификации целого ряда существующих и проектируемых систем. Результаты ориентированы на возможность осуществления практической разработки СПР как оперативного назначения, так и общего пользования с высокоэффективным использованием выделенного частотно-временного ресурса, что приводит к повышению технико-экономической эффективности таких систем (Приложение 6. «Акты внедрения результатов», Пр.№213 от 07.06.95 МВД РФ о принятии на вооружение системы «РОСА»).

Применение методов оптимизации распределения частотно-временного ресурса в СПР позволило:

- решить задачу частотно-территориального планирования сетей оперативной радиосвязи ГУВД г. Москвы в диапазонах 148/170 МГц, 205/210 МГц и 430Y460 МГц;

- определить структуру сети оперативной радиосвязи ГУВД г. Москвы, работающей в режиме множественного доступа;

- решить задачу оптимизированного территориального планирования сотовых сетей связи третьего поколения 3G;

- решить задачу аналитического расчета пропускной способности сотовых сетей связи с учетом специфических условий режима хэндовера;

- решить задачу учета параметров мобильности подвижных абонентов при анализе пропускной способности сотовых сетей связи;

- решить задачу прогноза перегрузок сотовых сетей связи из-за изменения нагрузки сот в результате передвижения абонентов;

- рекомендовать группы частот для стандартов NMT-450, GSM-900 при проектировании сетей «Институтом сотовой связи» и ФГУП ГСПИ РТВ;

- синтезировать алгоритмы распределения групп частот и множественного доступа к канальному ресурсу в низкоорбитальной спутниковой системе «Гонец»;

- разработать асинхронный протокол обмена информацией в режиме случайного множественного доступа в канале, совмещенном с речевым для систем передачи тревожной информации, таких, например, как «РОСА»

- разработать алгоритмы быстрой коммутации свободных радиоканалов в многоканальных радиостанциях и «транкинговых» системах радиосвязи.

Результаты диссертационных исследований использованы при создании сетей оперативной радиосвязи ГУВД г. Москвы; в низкоорбитальной спутниковой системе связи ГОНЕЦ, в сотовых системах связи общего пользования первого, второго и третьего поколений, что подтверждается соответствующими актами внедрения. Предложенные технические решения защищены авторским свидетельством и патентом РФ. Результаты научных исследований использованы в Программе фундаментальных и прикладных исследований вузов связи Российской Федерации «Фундаментальные аспекты новых информационных ресурсосберегающих технологий» Министерства связи и информатизации РФ, проектных работах, проводимых ФГУП ГСПИ РТВ и «Институтом сотовой связи», в научно-исследовательских работах, проводимых ФГУП НИИР и при решении задач, стоящих перед крупными операторами сотовой связи (ОАО «Вымпелком»), Кроме того, результаты исследований нашли применение в учебном процессе на радиотехническом факультете МТУСИ [17,39,76,87,123,127,].

Объем и структура диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложений. Она изложена на 236 страницах машинописного текста, содержит72 рисунка, 26 таблиц, библиография из 192 наименований на 11 страницах, материалы приложений на 109 страницах,

Основные результаты диссертационной работы сводятся к следующему

1. Впервые на основе единого математического подхода разработана методика, позволяющая применить общие методы теории монотонных систем [68,69] на решение задач формирования максимальных групп интермодуляционно совместимых частот. Установлено, что вычислительная сложность алгоритмов, синтезированных на основе разработанной методики, является полиномиальной, что обеспечивает качественный выигрыш относительно известных методов [34,99,160], обладающих экспоненциальной вычислительной сложностью. В частности, применение указанных алгоритмов в низкоорбитальной спутниковой системе связи «ГОНЕЦ» позволило решать задачу формирования максимальных групп интермодуляционно совместимых частот в режиме реального времени (задержка на решение не превышала 35 секунд для вычислительного узла на базе ПЭВМ Pentium III /850 МГц). Для систем подвижной радиосвязи, разработанная методика позволила решать задачи выделения максимальных групп интермодуляционно совместимых частот на множествах из нескольких сотен значений, в то время как наилучшие результаты для известных методов, которые были достигнуты Беблоком [99], не превышают уровня 85 частот и требуют расчетного времени порядка нескольких суток.

2. Впервые разработана методика, обобщающая теорию монотонных мер на параметрические множества, позволившая ее применить в задачах частотно-территориального планирования сотовых сетей. При этом качестве параметров предлагается рассматривать характеристики позиций возможного размещения БС на обслуживаемой территории, параметры антенн и радиооборудования, а также распределение интенсивности трафика по обслуживаемой территории. Параметрическое описание выступает в качестве дополнительных ограничивающих условий в решаемых задачах оптимизации. Результаты позволили формализовать процесс проектирования архитектуры частотно территориальной структуры сетей и в качестве решения получать оптимальные, в смысле критерия минимума числа базовых станций, множества позиций размещения БС с сопутствующим им распределением рабочих частот. Выполненная формализация задачи впервые позволила установить, как именно могут быть для ее решения использованы известные методы прямого перебора. Для реальных ситуаций был проведен сопоставительный анализ вычислительных затрат, которыми обладают известные процедуры и алгоритмы разработанные на основе обобщенной методики монотонных мер. Показано, что для среднего города (в работе использован пример г. Иваново с 86 позициями возможного размещения БС) выигрыш по вычислительным затратам разработанных алгоритмов относительно стандартных методов проектирования составляет не менее чем на порядок, причем существующие методы используют субъективность решения проектировщика. Предлагаемые варианты организации решения поставленной задачи приводили к результату за 11.5 часов счета.

3. Разработана вероятностная модель СПР на уровне отдельной соты/зоны как системы массового обслуживания, которая учитывает не только статистику процесса поступления и обслуживания вызовов, но также случайный характер перемещений абонентов по обслуживаемой территории. Это позволило получить уточненные формулы, определяющие трафик СПР, а также получить результаты, устанавливающие границы применимости традиционных методов расчета нагрузочной способности с помощью таблиц Эрланга. Показано, что для высокоскоростных мобильных абонентов, начиная с микросотового покрытия, и для всех абонентов при пикосотовом покрытии традиционные методы расчета нагрузочной способности обладают заметной погрешностью (до 25-35%).

Установлены характеристики мобильности, к которым нагрузочная способность системы наиболее чувствительна.

4. Впервые, с учетом явления возникновения ударных волн при внешних воздействиях на мобильные потоки, предложена общая параметрическая модель для описания широкого спектра ситуаций с нестационарным поведением мобильных абонентов в пределах выделенной зоны обслуживания. При этом мобильность впервые рассматривается как макропараметр. Установлено, что предлагаемая модель пригодна для описания таких явлений как: возникновение/рассасывание автомобильных пробок; скопления людей в местах массовых мероприятий, флуктуирующих потоков пассажиров на входах/выходах из метро; прохождения потоков через экранирующие тоннели; постепенного роста плотности абонентов в начале рабочего дня и уменьшения в конце и т.п. Проведен анализ такой модели, который показал, что она может быть классифицирована как нестационарный объект теории массового обслуживания. На этом основании сделан вывод о том, что разработанные в диссертации методы можно рассматривать как развитие общей теории массового обслуживания на задачи с нестационарным поведением объектов. Согласно обозначенному подходу, была поставлена и решена задача синтеза и анализа совместных алгоритмов обнаружения/идентификации/оценки параметров ситуаций с нестационарным поведением мобильных абонентов в рамках предложенной модели. На основе разработанной методики для конкретных случаев, характерных для сотовых сетей поколений 2G, 3G, получены численные значения времени реагирования системы на возникающие нестационарные режимы в поведении мобильных абонентов. Полученные результаты подтвердили возможность достоверного предсказания перегрузок за 100-150 секунд (в случаях резких скачков) и за 250 - 750 секунд (при плавном нарастании) до их проявления. Показано, что достаточным технологическим условием реализации разработанных алгоритмов в указанных системах, является поддержка в них функции контроля мобильности через стандартные процедуры хэндовера.

5. Впервые исследована возможность активации в сотовых сетях связи незадействованного ресурса радиоканала, связанного с территориальным перекрытием сот/зон обслуживания. Предложена новая методика адаптивного управления доступом, учитывающая эффект перекрытия сот с целью равномерного распределения нагрузки между БС. Анализ предложенной методики и разработанных на ее основе алгоритмов показал увеличение эффективности использования ресурса радиоканала в сотовых сетях стандарта GSM в условиях пиковых нагрузок до 25%. Получены расчетные формулы, позволяющие оценить выигрыш в абонентской емкости сотовых систем при использовании предлагаемых алгоритмов в режиме хэндовера.

6. Впервые предложены процедуры случайного множественного доступа для СПР с пакетной передачей данных, обладающие наилучшими показателями в смысле критерия максимума пропускной способности, синтезированные на основе стратегии управления по Беллману, применяемой в режиме распределения/разбиения свободных каналов центральной станцией. Показано, что их применение может снизить среднее время организации доступа по сравнению с общеизвестной процедурой «синхронная АЛОХА» на 50%.

7. Предложен ряд усовершенствований для режимов организации множественного доступа, совмещенной передачи речевых сообщений и потоков данных, адаптивной кластеризации, управления распределением частотного ресурса для конкретных сетей и систем связи.

8. Наиболее перспективными исследованиями в плане дальнейшего развития разработанного направления представляются: а) решение задачи синтеза оптимальных децентрализованных алгоритмов организации обмена для ПРС в условиях существенных ограничений абонентской информации об архитектуре прямых соединений и нагрузках в пределах ближней зоны. Такие алгоритмы откроют возможность практически безграничного увеличения размеров ПРС (в пространственном выражении и по числу пользователей), работающих в режиме децентрализованного управления, без заметного усложнения алгоритмов и вычислительных затрат; б) разработка базовых принципов и подходов дисциплины, обобщающей теорию информации, которая позволит не только решать вопросы передачи сообщений по каналам связи и кодирования данных, но и изучать с единых позиций произвольные пространственно-временные трансформации информации. В качестве конкретных приложений такой дисциплины в первую очередь должны рассматриваться задачи пространственно распределенной доставки сообщений, пространственно-временного кодирования и хранения данных, распределенного управления/поиска.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Авдеева J1. В. Сети подвижной связи// Вестник связи. № 10, 1993.

2. Андерсон Т. Введение в многомерный статистический анализ. М.: Государственное издательство физ.-мат. литературы, 1963. 500 с.

3. Анпилогов В.Р. Немного о вреде сотового телефона и нормировании излучения. М.: Висат-Тел, 2001. Адрес статьи в Интернет: http://www.vsat-tel.ru/sot-tel.htm.

4. Анфилофьев С.А., Варакин Л.Е., Калмыков В.В., Шинаков Ю.С., Ярлыков М.С. CDMA: прошлое, настоящее, будущее/ Под ред. Л.Е. Варакина, Ю.С. Шинакова. М.: MAC, 2002. - 345 с.

5. Аркин В.И. Задача оптимального распределения поисковых усилий. Теория вероятностей и ее применения, 1964, 9, 1, С. 179-180.

6. Аркин В.И. Равномерно-оптимальные стратегии в задачах поиска. Теория вероятностей и ее применения, 1964, 9, 4, С. 746-753.

7. Аристархов Г.М., Ерохин Г.А., Николаев В.Т., Пантикян Р.Т., Шорин О.А.,

8. Система охранной сигнализации «РОСА»// Патент РФ № 2069055 от 19.7.94.

9. Банкет В.Л., Дорофеев В.М. Цифровые методы в спутниковой связи. М.: Радио и связь, 1988.

10. Барк Л.С., Большее Л.Н., Кузнецов П.И., Чернышев А.П. Таблицы распределения Релея-Райса ВЦ АН СССР, 1964 .

11. Ю.Башарин Г.П. Лекции по математической теории телетрафика. М.: Изд-во РУДН, 2004. - 186 с.

12. Березин И.С., Жидков Н.П. Методы вычислений. Т1, 2. М.: Гос изд-во физ.-мат. литературы, 1960.

13. Берсекас Д., Галлагер Р. Сети передачи данных. М. Мир, 1989. 544 с.

14. Блохин В.Г., Глудкин О.П., Губов А.И., Ханин М.А. Современный эксперимент: подготовка, проведение, анализ результатов. М.: Радио и связь, 1997.-232с.

15. Богенс К., Ерохин Г.А., Шорин О.А. Развитие детерминистко-статистического подхода расчета радиополя в городе//Электросвязь, №2, 2001.

16. Бокк Г.О. Повышение эффективности работы систем связи на основе пространственно-временной обработки и спектрального анализа сигналов// Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. М.: МТУСИ, 2000. - 395 с.

17. Бокк Г.О., Бутейко В.К. Моделирование оценки длительности оптического сигнала // VIII выездной семинар секции теории информации ЦП НТО РЭС им. А. С. Попова. М.: Радио и связь, 1983, с. 14.

18. Бонч-Бруевич A.M., Панченко В.Е., Тамаркин В.М., Шорин О.А.

19. Транкинговые системы радиосвязи//Учеб. пособие, ЗАО «Информсвязь», 1997. -96 с.

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

21. Быховский М.А. Частотное планирование сотовых сетей подвижной радиосвязи// Электросвязь, Москва, №8, 1993.

22. Вероятность и математическая статистика: Энциклопедия/ Гл. ред. Ю.В. Прохоров. М.: Большая Российская энциклопедия, 1999. - 910 с.

23. Гайнутдинов Т.А., Ерохин Г.А., Кочержевский В.Г., Панченко В.Е., Шорин О.А. Сочетание статистических и детерминистских методов расчета радиополя в городских условиях// Электросвязь, № 4, 1998 .

24. Глик Ю.И., Дежурный И.И, Кузьмин B.C., Пышкин И.М., Шорин О.А.

25. Аппаратура подвижной радиосвязи для агропромышленного комплекса/ Под ред. И.М.Пышкина. М.: Радио и связь, 1984. -248 с.

26. Гнеденко Б.В., Даниелян Э.А., Дмитров Б.Н., Климов Г.П., Матвеев В.Ф.

27. Приоритетные системы обслуживания. М.: Из-во МГУ, 1973.

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

29. Годин Р. Дж. Сети подвижной телефонной связи с сотовой структурой на этапе внедрения. Электроника. 1983. Т. 56, № 19. С.25 38.

30. ГОСТ 12252-86 (СТ СЭВ 4280-83) Радиостанции с угловой модуляцией сухопутной подвижной службы. Типы, основные параметры, технические требования и методы измерений.

31. Градштейн И.С., Рыжик И.М. Таблицы интегралов, сумм, рядов и произведений. М.: Наука, 1971. -1108 с.

32. Громаков Ю.А. Стандарты и системы подвижной радиосвязи. М.: Эко-Трендз, 1998.-239 с.

33. Гуляев А.В. Исследование и разработка алгоритмов синтеза оптимальной структуры радиосети системы подвижной связи третьего поколения с кодовым разделением/ Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Москва, МТУСИ, 2002, 145с.

34. Гуляев А.В., Шорин О.А. Синтез оптимальной сети радиодоступа WCDMA при известной модели нагрузки// «Электросвязь», № 9, 2002. С.ЗЗ 38 .

35. Гуляев А.В., Дудукин С.Н., Тихвинский В.О. Особенности частотно-территориального планирования сетей подвижной связи третьего поколения// Мобильные Системы. №12, 2000.

36. Дежурный И.И. Сухопутная подвижная радиосвязь на службе народного хозяйства// Тез. докл. сессии, посвященной Дню Радио/НТОРЭС им. А.С. Попова М. 1984.

37. Дежурный И.И., Пышкин И.М., Семенихин B.C. и др. Сухопутная подвижная радиосвязь/ Под ред. И.М.Пышкина и В.С.Семенихина. М.: Радио и связь, 1990, 1 и 2-ая книги: 432 е., 328 с.

38. Демьянов А.И. Оценка параметров скачков нагрузки в сотовых сетях подвижной связи// Электросвязь, №1, 2002. С 33 36.

39. Джурбин Дж., Торноу Дж.Д. Протоколы пакетной радиосети DARPA//ТИИЭР, т.75, №1, январь, 1987, С.26-41.

40. Егоров А.И. Необходимые условия оптимальности для систем с распределенными параметрами. Матем. сб. 1969, 69, 3, С. 371-421.

41. Емеличев В .А., Мельников О.И., Сарванов В.И., Тышкевич Р.И. Лекции по теории графов. М.: Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит., 1990. 384 с.

42. ЗЭ.Журавлев В.И., Шорин О.А. Синтез радиотехнических систем. Часть 1// Метод, указания, МИС 1987. 44 с.

43. Закс Ш. Теория статистических выводов. М.: Мир, 1975. 776 с.

44. Зыков А.А. Основы теории графов. М.: Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит., 1987. - 384 с.

45. Ибрагимов И.А., Хасьминский Р.З. Асимптотическая теория оценивания. -М.: Наука, Главная редакция физико-математической литературы, 1979.528 с.

46. Исследование вопросов ЭМС и разработка частотно-территориального плана для организации оперативной УКВ-радиосвязи ГУВД г. Москвы в диапазоне 430-460 МГц/ Отчет Т.311/92.Москва, МТУСИ, 1992.

47. Кротов Н.А., Шорин О.А. Экспериментальные результаты применения алгоритмов перераспределения нагрузки в сетяхъ стандарта GSM.- М.: Труды МТУСИ , 2004.С.59-66.

48. Кротов Н.А., Шорин О.А. Results of Using Traffic Control Algorithms in Cellular Mobile Systems// 2nd IEEE International Conference on Circuits and Systems for Communications, Москва, 2004.

49. Калагер M. Б., Альтер Л. Ш., Рубенштейн Г. Р., Алексеев С. М.

50. Электромагнитная совместимость при частотно-территориальным планированием сотовых частот радиотелефонной связи// Электросвязь, Москва, № 4, 1993.

51. Клейнрок Л. Теория массового обслуживания. М.: Машиностроение, 1979.

52. Клейнрок Л. Вычислительные системы с очередями: Пер. с англ./ Под ред. Б.С. Цыбакова. М.: Мир, 1979. - 600 с.

53. Князев А. Д. Элементы теории и практики обеспечения электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств. М.: Радио и связь,1984.

54. Косинов М.И., Шорин О.А. Повышение емкости сотовой системы связи при использовании зон перекрытия// Электросвязь, № 3, 2003

55. Кочегаров В.А., Фролов Г.А. Проектирование систем распределения информации. Марковские и немарковские модели. М.: Радио и связь 1991. -216 с.

56. Красовский И. Н. Теория управления движением. М.: Наука. Главная ред. физ.-мат. литературы, 1968. 476 с.

57. Крейн М.Г., Нудельман А.А. Проблема моментов Маркова и экстремальные задачи. М.: Наука. Главная ред. физ.-мат. литературы, 1973. 552 с.

58. Куликов Е.И., Трифонов А.П. Оценка параметров сигналов на фоне помех. М.: Сов. радио, 1978. 296 с.

59. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Статистическая физика. Часть 1. (Серия: «Теоретическая физика», том 5). М.: Наука, Гл. ред. физ.-мат. литературы, 1976.-584 с.

60. Левин Б.Р. Теоретические основы статистической радиотехники. Книга. 1. -М.: Сов. радио, 1969. 752 с.

61. Левин Б.Р. Теоретические основы статистической радиотехники. Книга 2. -М.: Сов. Радио, 1968. 504 с.

62. Леман Э. Проверка статистических гипотез. Пер с англ. М.: Наука, 1964. -500 с.

63. Ли У.К. Техника подвижных систем связи/ Перевод с англ. под ред. И.М. Пышкина. М.: Радио и связь. 1991.

64. Лифшиц Б.С., Пшеничников А.П., Харкевич А.Д. Теория телетрафика. М.: Связь, 1979.-254 с.

65. Мартин Дж. Вычислительные сети и распределенная обработка данных. М.: Финансы и статистика; Вып. 1, 1985. - 256 е.; Вып. 2, 1986. 269 с.

66. Материалы веб-сайтов: www.celplan.com.www.lstelcom.com.www.forsk.com. www.wavecall.com.

67. Материалы веб-сайта: www.sotovik.ru.

68. Мизин И.А., Богатырев В.А., Кулешов А.П. Сети коммутации пакетов. М.: Радио и связь. 1986 - 408 с.

69. Михайлов В.А., Цыбаков Б.С. Свободный синхронный доступ пакетов в широковещательный канал с обратной связью. Проблемы передачи информации. 1978, Т 14, №4, С. 32-59.

70. Михайлов В.А., Цыбаков Б.С. Эргодичность синхронной системы АЛОХА. Проблемы передачи информации. 1979. Т. 15, № 4, С. 73 88.

71. Михайлов В.А., Цыбаков Б.С. Верхняя граница для пропускной способности системы случайного множественного доступа. Проблемы передачи информации. 1981, Т 17, № 1, С. 90-95.

72. Муллат И.Э. Экстремальные подсистемы монотонных систем. 1. Автоматика и телемеханика, 1976, N5, С.130.

73. Муллат И.Э. Экстремальные подсистемы монотонных систем.2. Автоматика и телемеханика., 1976, N8, С. 169.

74. Низкоорбитальная космическая система связи «Гонец»// Эскизный проект, книга 3, часть 1.

75. Николаев В.Т., Пучков Г.Ю. Методика измерения нагрузки в сетях производственной радиосвязи/ Сб. научных трудов учебных институтов связи. Коммутация и управление потоками в сетях связи. Л.: ЛЭИС, 1987.

76. Николаев В.Т., Талызин В.Н. Теоретико-множественный подход к построению сетей подвижной радиосвязи//Радиотехника и электроника. Вып. 10, 1986, С. 1989-1998.

77. Обнаружение радиосигналов/ П.С. Акимов, Ф.Ф. Евстратов, С.И. Захаров и др.; Под ред. А.А. Колосова. М.: Радио и связь, 1989. - 288 с.

78. Пантикян Р.Т. Метод разнесенного по времени приема// Радиотехника. №10, 1983.

79. Пантикян Р.Т., Шорин О.А. Синтез сети подвижной радиосвязи с множественным доступом. //Труды НИИР. 1986, № 4. С. 60 66.

80. Пантикян Р.Т., Шорин О.А. Проектирование систем подвижной радиосвязи// Учеб. пособие, МИС 1987. 52 с.

81. Пантикян Р.Т., Шорин О.А. Способ радиосвязи с подвижными объектами в системе связи сотовой структуры// А.С. № 1626412 от 13.01.89.

82. Питерсон Дж. Теория сетей Петри и моделирование систем. М.: Мир, 1984. - 264 с.

83. Прокис Дж. Цифровая связь. Пер с англ./ Под ред. Кловского Д.Д. М.: Радио и связь. 2000. - 798 с.

84. Протоколы информационно-вычислительных сетей: Справочник/ С.А. Аничкин, С.А. Белов, А.В. Бернштейн и др.; Под ред. И.А. Мизина, А.П. Кулешова. М.: Радио и связь, 1990. - 504 с.

85. Пугачев B.C. Теория вероятностей и математическая статистика. М.: Наука. Главная ред. физ.-мат. литературы, 1979.-496 с.

86. Пышкин И.М. Теория кодового разделения сигналов. М.: Связь, 1980.

87. Пышкин И.М., Пантикян Р.Т., Шорин О.А. Эффективность частотного и кодового разделения в цифровых системах радиосвязи// Тезисы докл. Всесоюзной НТК «Интегральные информационные системы», Москва,1989 .

88. Пышкин И.М., Пинский А.И., Федулов М.В., Шорин О.А. Пакетная передача данных в радиосистемах с равнодоступными каналами// Тезисы докл. Всесоюзной НТК «Интегральные информационные системы», Москва, 1989.

89. Пышкин И. М., Талызин В. Н. и др. Системы подвижной радиосвязи. М.: Радио и связь, 1986. - 326 с.

90. Пышкин И.М., Шорин О.А. Обнаружение сигнала на фоне помех с неизвестной плотностью распределения//Труды НИИР, №4, 1982.

91. Пышкин И.М., Шорин О.А. Асинхронная адресная система связи с частотно-временным разделением// Описание лаб. работы, МИС, 1986. 20 с.

92. Пышкин И.М., Шауро А.В., Шорин О.А. Автоматические системы определения местоположения подвижных объектов// ЦНИТИ Информсвязь. Эксплуатация средств связи. Серия. Радиосвязь, радиовещание, телевидение. Экспресс инф., вып. 5, 1981

93. Разработка перспективной системы оперативной радиосвязи органов внутренних дел и исследование возможностей ее аппаратурной реализации. Отчет. НИИСТ МВД СССР. Инв. № 75, 1986.

94. Разработка предложений по совершенствованию ССПО ОВД на базе существующей аппаратуры. Отчет. Москва, МИС, 1984 г.

95. Разработка устройств и методов, обеспечивающих электромагнитную совместимость в системе спутниковой связи". Отчет. Тема № 310/91, МЭИС 1991 г.

96. Рекомендация 478-3. Технические характеристики аппаратуры и принципы распределения частотных каналов между 25 и 1000 МГц для сухопутной подвижной службы//Документы XVI пленарной ассамблеи МККР, 1986.

97. Розанов Ю.А. Лекции по теории вероятностей. М: "Наука", 1986.

98. Рубенштейн Г.Р. Оценка условий ЭМС радиосредств, исключающих интермодуляцинные помехи в сотовых системах подвижной радиосвязи// Труды XI Вроцлавского симпозиума по ЭМС, 1992.

99. Румер Ю.Б., Рыбкин М.Ш. Термодинамика, статистическая физика и кинетика. М.: Наука, Гл. ред. физ.-мат. литературы, 1977. - 552 с.

100. Рухман Е.Л., Советов Б.Я., Яковлев С.А. Обслуживание потоков сообщений в системах передачи информации. Л.: изд. ЛЭТИ, 1977. -107 с.

101. Саати Т. Элементы теории массового обслуживания и ее приложения. -М.: Сов. Радио, 1971. 520 с.

102. Самарский А.А., Гулин А.В. Численные методы. М.: Наука, Гл. ред.физ.-мат. лит., 1989.-432 с.

103. Связь с подвижными объектами в диапазона СВЧ/ Под ред.У.К. Джейкса. Пер. с анг. Под ред. М.С. Ярлыкова, М.В. Чернякова.-М.:Связь, 1979. 520 с.

104. Сипсер Р. Архитектура связи в распределенных системах. Ч. 1,2.- М.: Мир, 1981.744 с.

105. Смирнов А.А. Персональная Спутниковая Связь// Технологии электронных коммуникаций.-1996. С. 97.

106. Советов Б.Я., Яковлев С.А. Построение сетей интегрального обслуживания. Л.: Машиностроение, 1990. - 332 с.

107. Сосулин Ю.Г. Теория обнаружения и оценивания стохастических сигналов. -М.: Сов. радио, 1978. 320 с.

108. Справочник по спутниковой связи и вещанию/ Под ред. Л.Я. Кантора. М: Радио и связь. 1988.

109. Стратонович Р.Л. Теория информации. М.: Сов. радио. 1975. - 424 с.

110. Сухарев А.Г., Тихомиров А.В., Федоров В.В. Курс методов оптимизации. М.: Физматгиз, 1986, с.278.

111. Теория телетрафика/ Перев. с нем. под ред. Г.П. Башарина. С.61-80.

112. Тихонов В.И. Оптимальный прием сигналов. М.: Радио и связь, 1983. -320 с.

113. Тихонов В.И., Миронов М.А. Марковские процессы. М.: Сов. радио, 1977. -488 с.

114. Тихонов В.И., Харисов В.Н. Статистический анализ и синтез радиотехнических устройств и систем. М.: Радио и связь, 1991. - 608 с.

115. Трифонов А.П. Обнаружение сигналов с неизвестными параметрами //Теория обнаружения сигналов. М.: Радио и связь, 1984, С.12.

116. Трифонов А.П., Бутейко В.К. Прием сигнала с неизвестными амплитудой и длительностью на фоне белого шума. Изв. вузов. Сер. Радиоэлектроника, 1984, т. 27., № 8, С. 28-34.

117. Трифонов А.П, Шинаков Ю.С. Совместное различение сигналов и оценка их параметров на фоне помех. -. М.: Радио и связь, 1986. 264 с.

118. Уайт Р. Ж. Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств и непреднамеренные помехи/ Пер. с англ. М.: Сов. радио.

119. Уизем Дж. Линейные и нелинейные волны. М.: Мир, 1977, 570 с.

120. Уолрэнд Дж. Введение в теорию массового обслуживания. М.: Мир, 1993. -336 с.

121. Фадеев Д.К., Фадеева В.Н. Вычислительные методы линейной алгебры. -СПб, Изд-во «Лань», 2002.- 736 с.

122. Феллер В. Введение в теорию вероятностей и ее приложения. Т.2. М.: Мир, 1967,478 с.

123. Харари Ф., Палмер Э. Перечисление графов. М.: Мир, 1977.

124. Хастингс Н., Пикок Дж. Справочник по статистическим распределениям. -М.: Статистика, 1980.

125. Хеллман О. Введение в теорию оптимального поиска/ Пер. с англ. под ред. Н.Н. Моисеева. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1985. -248 с.

126. Цыбаков Б.С. Случайный множественный доступ. Препринт ИППИ, М; ИППИ АН СССР, 1984.

127. Шахгильдян В.В., Пестряков А.В., Шорин О.А. Опыт МТУСИ в подготовке специалистов в области мобильных систем связи// Мобильные системы»,№ 8, 2000.

128. Шенон К. Работы по теории информации и кибернетике/ Пер с англ. Под ред. Р.Л. Добрушина и О.Б. Лупанова. М.: Иностраннная литература, 1963.

129. Шень А. Программирование: теоремы и задачи. М.:МЦНМО, 1995, 264 с.

130. Шнепс М.А. Системы распределения информации. Методы расчета. М.: Связь, 1979.-342 с.

131. Шинаков Ю.С., Сергеев Л.В., Шорин О. А. Организация групповых занятий на измерительно-вычислительном комплексе ИВК-6/ Метод, указания, МИС, 1989.-24 с.

132. Шорин О.А. Исследование помехоустойчивости радиотракта с ретранслятором для систем местоположения подвижных объектов// Труды НИИР, № 2, 1983.

133. Шорин О.А., Федулов М.В. Анализ необходимости пространственно-частотной адаптации сотовых систем подвижной радиосвязи// Радиотехника, № 6,1989.

134. Шорин О.А., Николаев В.Т., Пантикян Р.Т. Метод частотного планирования систем радиосвязи// Радиотехника, № 3, 1991.

135. Шорин О.А., Федулов М.В. Пакетная передача данных в многоканальных системах подвижной радиосвязи// Радиотехника, № 3, 1992.

136. Шорин О.А. Метод частотно-территориального планирования // Электросвязь, № 10, 1993.

137. Шорин О.А. Оптимальная процедура распределения каналов в системах подвижной радиосвязи//Электросвязь, 1993, № 10, С. 14-16.

138. Шорин О.А., Пантикян Р.Т. Оптимизация структуры сигнала в радиотехнической системе передачи тревожной информации// Электросвязь, № 11, 1994.

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

140. Шорин О.А., Тамаркин В.М., Хусайн X. Частотно-территориальное планирование в низкоорбитальных спутниковых системах связи// Электросвязь, №9, 1998.

141. Шорин О.А. Вероятность перегрузки сотовых систем связи с учетом подвижности абонентов// Электросвязь», №5, 2004.

142. Шорин О.А. Оценка параметров мобильности абонентов в сотовых системах связи// «Электросвязь», №11, 2004.

143. Шорин О.А. Прогноз перегрузок с учетом подвижности абонентов в сотовых системах связи// Мобильные системы, №1, 2005.

144. Шорин О.А., Пантикян Р.Т., Николаев В.Т., Черкасов В.И. Алгоритм частотно-территориального планирования СПР// Тезисы докл. Всесоюзной НТК «Интегральные информационные системы», Москва,1989

145. Шорин О.А., Пинский А.И. Оптимальный множественный доступ в многоканальных системах связи// Тезисы докл. Всесоюзной НТК «Интегральные информационные системы», Москва,1989.

146. Шорин О .А., Пинский А.И., Куликов И.А. Модель цифровой СПР в задаче коммутации радиоканалов// Тезисы докл. Всесоюзной НТК «Интегральные информационные системы», Москва,1989.

147. Шорин О.А., Пантикян Р.Т. Выбор структуры сигнала в радиотехнической системе передачи тревожной сигнализации с множественным доступом// Тез. док. XXIII Международной конф. «Новые информационные технологии в образовании и бизнесе», Гурзуф, 1996.

148. Шорин О.А., Хусайн X. Анализ протокола доступа в радиоканал в низкоорбитальных спутниковых системах для передачи тревожной информации// Тез.док. Межд. конф. и диск, научного клуба «Нейросетевые технологии обработки информации», Гурзуф, 1997.

149. Шорин О.А., Математическая модель системы подвижной радиосвязи// Тез.док. Межд. конф. и диск, научного клуба «Новые информационные технологии в науке, образовании и бизнесе», Гурзуф, 1997.

150. Шорин О.А. Оценка абонентской емкости в сетях беспроводного доступа на основе технологии CDMA и прогноз их развития в России// Труды меж. Конф. «CDMA800 в России», Кипр, Лимассол, ноябрь 1998.

151. Шорин О.А. Оценка абонентской емкости систем стандарта DECT и прогноз их развития в России// Труды межд. конф. «DECT в России» Афины, Греция, апрель 1999.

152. Шорин О.А. Информационные технологии в сетях подвижной связи третьего поколения// Труды межд. конф. «Экономика и системные решения 2G/3G в России», Кипр, апрель, 2001.

153. Шорин О.А., Тимофеев И.М. Алгоритм планирования радиочастот// Труды межд. конф. «Телекоммуникационные и вычислительные системы», Москва, МТУСИ , 28ноября 2001.

154. Шорин О.А. Оптимизация структуры радиосети системы UMTS //Труды межд. конф.«Мобильные сети связи2С/2,5С/ЗС.Тенденции.Технологии. Экономика.Качество.Услуги.»Мадейра, ноябрь 2002.

155. Шорин О.А., Гуляев А.В. Новые технические требования к проектированию подсистемы радиодоступа сетей 3G по сравнению с сетями 2G// Труды конференции «Мобильная связь XXI века: 2G/2.5G/3G», апрель 2002, Кипр.

156. Шорин О.А. Повышение пропускной способности сотовых систем связи// Труды межд. конф. «Мобильный бизнес: технологии и регулирование», Италия, Неаполь, 2004.

157. Шорин О.А. Техническое обеспечение реализации конвергированных услуг в сотовых сетях// Труды Международной конференции «Мобильный бизнес: услуги, платежи, контент», Греция, Родос, 2004 .

158. Шорин О.А. Конвергенция услуг в сотовых сетях связи// Труды Международной научно-практической конференции «Информационные технологии нового поколения в индустриальном регионе», Кемерово, октябрь 2004.

159. Шорин О.А. Мониторинг возможных перегрузок в сотовых системах связи// Труды XVII Международной конференции «Мобильный бизнес.тенденции и технологии», о.Сицилия, Италия, 2005.

160. Шорин О.А.,Тихвинская М.В., Маслов С.А. Definition of the channel resource of communication cellular systems in view of subscribers mobility. «16 th International Symposium & Technical Exhibition on Electromagnetic Compatibility», February 13-18, 2005

161. Электромагнитная совместимость. Материалы 6-го Международного симпозиума (Польша), 1982 г.

162. F. Box. A heuristic technique for assigning frequencies to mobile radio nets. IEEE Trans. Vch. Technol, Vol. VT-27, No 2, pp.57-64, May, 1978.

163. G.K. Chan Interference analysis of a land mobile cellular radio system// 6-th Symposium on EMC. Zurich, 1985, pp. 469-474.

164. R. Chandler, R. Herman, E. Montroll. Traffic dynamics: Studies in car-following// Oper. Res., 6, 1958.

165. G. Couvreur, M. Delfour. Optimum frequency assignment strategies for radio cellular systems7/Proc. 6th Symo. Tech. Ech. Electromagn. Compat, (Zurich, Switzerland), March 5-7,1985.

166. M.C. Delfour, G.A. Couvreur. Interference Free Assignment Grids - Part 1: Basic Teory (pp 280-292), - Part 2: Uniform and Nonuniform Strategies (pp 293-305). IEEE, EMC, Vol. 31, No 3, August, 1989.

167. Draft New Report ITU-R M. IMT.Trends.// ITU Document 8/2-E, Annex-4, 27 October 2003.

168. R. Edwards, J. Durkin, D. H. Greeen. Selektion of intermodulation free frequencies for multple-channel mobile radio systems//PIE, 1969, vol. 116, No 8.

169. R. Gallager. Minimum delay routing algorithm using distributed computation// IEEE Trans., on Commun. 1977. - V. COM - 25. - N.1. - P. 73 - 85.

170. H. Greenberg. An analaysis of traffic flow// Oper. Res., 7, 1959.

171. R. Herman, E. Montroll, R. Potts, R. Rothery. Traffic dynamics: Analysis of stability in car flowing// Oper. Res., 7, 1959.

172. H. Holma, A. Toskala. WCDMA for UMTS. Radio Access for Third Generation Mobile Communicatons. / London: Wiley, 2001.

173. T. Janevski. Traffic Analysis and Design of Wireless IP Networks. Artech House, lnc.(mobile communications series)/ Boston-London, 2003 368 p.

174. E. Komentani, T. Sasaki. On the stability of traffic flow// Oper., Res., 2, 1958.

175. J. Laiho, A. Wacker. WCDMA Radio Network Planning/ London: Wiley, 2002.

176. J. Laiho et al. Radio Network Planning and Optimization for UMTS/ London: Wiley, 2002.

177. J. Litva. Digital Beam forming in Wireless Communications. Artech House, Boston-London, 1996.

178. P. Merlin, A. Segall. A failsafe distributed routing protocol// IEEE Trans., on Commun. 1979. - V. COM - 27. - N.9. - P. 1280 - 1287.

179. Method for Point-to-Area Predictions for Terrestrial Services in the Frequency Range 30 to 3000 MHz / Recommendation ITU-R P.1546. 2001.

180. B.H. Metzger. Spectrum Management Technique// Presented at the 38th National ORSA Meeting, Detroit, Ml, Fall 1970.

181. G. Newell. Nonlinear effects in the dynamics of car-following// Oper. Res., 9, 1961.

182. T. Ojanpera, R. Prasad. Wideband CDMA for Third Generation Mobile Communications. London: - Artech House Publishers, 1998.

183. R. Prasad, W. Mohr, W. Konhauser. Third Generation Mobile Communication Systems. London: Artech House Publishers, 2000.

184. N.U. Prabhu. Stochastic storage processes. Queues, insurance, risk and dams. -New York: Springer Verlag, 1980.

185. Procedures for simulation mature deployment of cellular networks in the mobile service/ Doc ITU-R 8F/24-E. 2000.

186. Radio Transmission and Reception// ETSI/TC GSM, GSM 03.05 Ver. 3.13. GSM Recommendation: 05.05, March 91.

187. P. Richards. Shock waves on the highway// Oper. Res. 4, 1956.

188. L.D. Stone. Theory of optimal search. Academic Press, 1975.

189. Technical Performance Objectives// ETSI/TC GSM, GSM 03.05 Ver. 3.2.0. GSM Recommendation: 03.05, October 91.

190. The Future Mobile Market: Global trends and developments with a focus on Western Europe/ UMTS Forum Report № 8, 1999.

191. A.P. Trifonov, V.K. Buteiko, G.O. Bokk. Efficiency of Testing of the Change in the Poisson Flow Intensity// Second IFAC Symposium on Stochastic Control. Part II. - Vilnius, USSR. - May, 1986. - P. 249 - 254.

192. UMTS/IMT-2000 Spectrum / UMTS-Forum Report №6, 1998.

193. J.A. Zoellner. Frequency assignment games an strategies, IEEE. Trans.Electromagn, compat., vol.EMC-15, No. 4, PP. 191-196, Nov. 1973.