автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.13, диссертация на тему:Разработка и исследование метода повышения пропускной способности транзитной сети операторов мобильной связи

На правах рукописи

Крылов Андрей Сергеевич

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДА ПОВЫШЕНИЯ ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ ТРАНЗИТНОЙ СЕТИ ОПЕРАТОРОВ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ

Специальность 05.12.13 - Системы, сети и устройства телекоммуникаций

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2006

Работа выполнена в Московском техническом университете связи и информатики

(МТУСИ)

Научный руководитель: Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

кандидат технических наук, доцент Богомолова Н.Е.

заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, профессор Башарин Г.П.

кандидат технических наук, доцент Степанова И.В.

ФГУП Центральный научно-исследовательский институт связи (ФГУП ЦНИИС)

Защита состоится « % » {рОЛуьСоМЯ, 2007 г. в ^¿_часов в на

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

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МТУСИ.

Автореферат разослан 2006 г.

ВрИО ученого секретаря диссертационного совета К219.001.03, кандидат технических наук, профессор ъ/11 Попова А.Г.

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Последнее десятилетие характеризуется высокими темпами развития телекоммуникаций, при этом значительное развитие получили сети сотовой подвижпой связи стандарта GSM 900 и 1800 МГц. При построгнии сетей сотовой подвижной связи используется новейшее оборудование, в частности, коммутаторы пятого поколения и система сигнализации ОКС №7, в которых нашли применение различные методы управления трафиком, разработанные ведущими российскими учеными: Г.П.Башариным, В.М.Вишневским, Я.С.Дымарским, Г.П.Захаровым, Н.П.Крутяковой, Н.А.Кузнецовым, В.ГЛазаревым, А.Н.Назаровым, К.Е.Самуйловым, С.Н.Степановым, Г.Г.Яновским и др., а также зарубежными учеными: В. Иверсеном, Д. Кауфманом, Л. Клейнроком, К. Россом и др.

Рассматриваемая в диссертации транзитная сеть операторов мобильной связи (ТС) по своим функциям аналогична междугородным и международным стационарным сетям. Она состоит из транзитных центров коммутации сотовой подвижной связи (ТЦК СПС), локальных центров коммутации сотовой подвижной связи (ЛЦК СПС) и международных центров коммутации (МЦК), соединенных между собой цифровыми каналами связи. Ее особенностью является значительно больший (по сравнению со стационарными сетями связи) объем обрабатываемой сигнальной нагрузки, так как помимо сигнальной информации об установлении соединения по транзитной сети передается еще информация о местоположении мобильных абонентов, их регистрации в той или иной сети, дополнительных услугах, доступных этим абонентам. В связи с этим сеть сигнализации может подвергаться значительным перегрузкам, которые приводят к увеличению времени установления соединения и отказам.

В настоящее время на транзитной сети операторов мобильной связи используется фиксированная схема маршрутизации вызовов и процедура последовательного предварительного бронирования разговорных каналов на время установления соединения и время ожидания ответа абонента, что приводит к неэффективному использованию ее ресурсов.

При резком увеличении нагрузки на сетях связи необходимое качество обслуживания вызовов на них может быть обеспечено при использовании эффективных методов повышения пропускной способности этих сетей.

Система сигнализации ОКС №7 является мощным средством управления информационной сетыо. Использование ее возможностей позволяет решать задачи, связанные с управлением разговорным и сигнальным трафиком в изменяющихся условиях на транзитной сети, а также повысить эффективность использования ресурсов сети. В связи с этим задача разработки нового метода повышения пропускной способности транзи тной сети операторов мобильной связи является актуальной.

Цель работы. Целью диссертационной работы является разработка и исследование метода повышения пропускной способности транзитной сети операторов мобильной связи, основанного на отказе от предварительного бронирования разговорных каналов на пути первого выбора на время установления соединения и время ожидания ответа абонента. Для достижения этой цели в диссертационной работе решены следующие задачи: проанализированы принципы построения и схемы маршрутизации вызовов на транзитной сети операторов мобильной связи; разработан новый алгоритм установления соединений; разработаны математическая модель обслуживания вызовов на ТС с использованием различных путей установления соединений и процедуры вычисления вероятности блокировки вызовов в исследуемой системе массового обслуживания. _____

РОС.. НАЦИОНАЛЬНА!

БИБЛИОТЕК 1 С.-Петербург

Методы исследования. Для решения поставленной в диссертационной работе задачи использовались методы теории вероятностей, теории массового обслуживания, теории сетей связи, имитационного моделирования и программирования.

Научпая новизна работы заключается в следующем:

1. В результате исследования на транзитной сети операторов мобильной связи параметров нагрузки в условиях ее большого роста получены следующие результаты:

- определены средние значения длительностей сигнальных единиц протокола пользователя цифровой сети интегрального обслуживания (ГЭиР), участвующих в установлении соединений. Установлено, что с увеличением расстояния между центрами коммутации транзитной сети операторов мобильной связи доля сигнальной нагрузки, передаваемой между ними, уменьшается. Она составляет (от максимальной): 79-82% - на направлении Москва - Санкт-Петербург; 64-67% - на направлении Москва - Екатеринбург; 52-56% - на направлении Москва - Хабаровск;

- средняя длительность разговоров на различных направлениях транзитной сети операторов мобильной связи в часы наибольшей нагрузки (ЧИН) составляет 47 секунд. Примерно 12% разговоров имеют продолжительность менее 10 секунд;

- в период с 2003 года но 2006 год па транзитной сети операторов мобильной связи в ЧНН наблюдался рост среднего времени установления соединения, Так, в 2003 году оно составило 4,2 секунды; в 2004 году - 4,4 секунды; в 2005 году - 4,7 секунды; в 2006 году - 5,1 секунды. Это объясняется перегрузками на транзитной сети операторов мобильной связи из-за резкого увеличения количества абонентов мобильной связи, Полученные результаты учитывались при исследовании эффективности использования ресурсов рассматриваемой транзитной сети связи.

2. Анализ причин отказов в установлении соединений на различных направлениях транзитной сети операторов мобильной связи в ЧНН позволил определить средний спектр занятий, который с доверительной вероятностью 0,95 составил: для вызовов, окончившихся ответом (Роо=0,73±0,03); для вызовов, окончившихся не ответом (Рио=0Л 1±0,02); для вызовов, окончившихся не установлением соединений (Р„с=0,16±0,02). Полученные результаты использованы при разработке математической модели обслуживания вызовов на транзитной сети операторов мобильной связи.

3. Введено понятие порога гарантированного канального ресурса разговорных каналов на пути первого выбора для осуществления гарантий установления соединений. Разработана процедура определения его значения по отношению к общему числу разговорных каналов на пути первого выбора, при достижении которого, для исключения отказов, установление соединений осуществляется по другим путям. Разработан алгоритм установления соединений, учитывающий порог гарантированного канального ресурса.

4. Разработана математическая модель обслуживания вызовов на транзитной сети операторов мобильной связи, основанная на отказе от предварительного бронирования разговорных каналов на пути первого выбора на время установления соединения и время ожидания ответа от вызываемого абонента, Математическая модель учитывает основную специфику транзитной сети операторов мобильной связи - последовательное управление установлением соединений; высокую связность; увеличение коэффициента концентрации нагрузки в ЧНН с увеличением расстояния между центрами коммутации; иерархическую структуру построения.

5. С учетом полученных характеристик среднего спектра занятий для различных направлений связи, принципов построения и маршрутизации вызовов на транзитной

сети операторов мобильной связи разработан алгоритм для расчета вероятности потерь вызовов и предложена процедура определения числа разговорных каналов, необходимых для эффективного использования ресурсов транзитной сети. Разработаны рекомендации по поддержанию в норме ее качественных показателей.

Личный вклад. Все результаты, приведенные в диссертационной работе, получены автором лично.

Практическая цеппость диссертационной работы заключается в доведении разработанного в ней метода до программной реализации на ПЭВМ, что позволяет его использовать для решения задачи повышения пропускной способности существующих, а также при проектировании новых сетей связи, имеющих аналогичную с транзитной сетью операторов мобильной связи структуру.

Разработанная для ПЭВМ программа позволяет проводить расчеты вероятности потерь вызовов на транзитной сети операторов мобильной связи, практически при любой ее конфигурации.

Результаты, полученные в диссертационной работе, могут быть использованы для поддержания в норме качественных показателей транзитной сети связи, повышения ее пропускной способности и эффективного использования ресурсов.

Реализация результатов работы. Основные результаты диссертационной работы использованы в ОАО «Межрегиональный ТранзитТелеком», ООО «СЦС Совинтел», ЗАО «Инфотайм», ЗАО «Евросеть», в научно-исследовательской работе «Анализ показателей качества обслуживания информационной и сигнальной нагрузки на транзитной сети операторов мобильной связи», выполненной в НИЧ МТУСИ, а также применяются в учебной! процессе базовой кафедры МТУСИ «Информационные сети и системы», что подтверждено соответствующими актами.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского, научного и инженерно-технического состава МТУСИ (Москва, 2004 г., 2005 г.), на Международных форумах информатизации, проводимых на базе МТУСИ (Москва, 2004 г., 2005 г.), на 59-ой и 60-ой научных сессиях Российского научно-технического общества радиотехники, электроники и связи имени A.C. Попова, посвященных Дню радио (Москва, 2004г., 2005 г.), на 5-ой Международной научной конференции «Информационные сети, системы и технологии» (Москва, 2005 г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 печатных работ.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. В результате анализа параметров нагрузки транзитной сети операторов мобильной связи установлено, что с увеличением расстояния между центрами коммутации доля сигнальной нагрузки, передаваемая между ними, существенно уменьшается. Примерно 12% разговоров имеют продолжительность менее 10 секунд. Из-за того, что в большинстве случаев при взаиморасчетах между операторами связи разговоры такой длительностью не тарифицируются, ресурсы сети используются неэффективно.

2. Разработанный алгоритм установления соединений позволяет отказаться от предварительного бронирования разговорных каналов на пути первого выбора на время установления соединения и время ожидания ответа от вызываемого абонента, а также обеспечивает нормированное качество обслуживания вызовов. Он учитывает понятие порога гарантированного канального ресурса разговорных каналов и принципы маршрутизации вызовов на транзитной сети операторов мобильной связи.

3. Разработанный в диссертационной работе метод позволяет повысить пропускную способность транзитной сети операторов мобильной связи на 9-14%, а также может эффективно использоваться на других сетях связи, имеющих аналогичную

с транзитной сетыо связи структуру. Этот метод учитывает специфику транзитной сети операторов мобильной связи - иерархическую структуру построения, последовательное управление установлением соединений, увеличение коэффициента концентрации нагрузки в ЧНН с увеличением расстояния между центрами коммутации, высокую связность. По результатам исследования разработанного метода даны рекомендации ло его применению.

4. Разработанный алгоритм определения вероятности потерь вызовов позволяет проводить расчеты для каждого маршрута установления соединений с учетом всех возможных путей, а также оценивать эффективность использования канальных ресурсов сети связи и качества обслуживания на ней вызовов. При использовании ПЭВМ с процессором Intel Pentium 4 с тактовой частотой 2,4 ГГц, для расчета вероятности потерь вызовов на рассматриваемом фрагменте транзитной сети операторов мобильной связи, при максимальном числе имеющихся разговорных каналов и интенсивности поступающих вызовов, требуется б минут.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, двух приложений. Работа изложена на 128 страницах машинописного текста, содержит 26 рисунков, 35 таблиц, список литературы состоит из 79 наименований.

Краткое содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, ее научная новизна и практическая ценность, сформулированы цели и задачи, перечислены основные научные результаты, полученные в диссертационной работе, определена область их применения, приведены сведения об апробации работы, публикациях, а также представлены основные положения, выносимые на защиту,

В первой главе диссертационной работы проведен анализ структуры и принципов построения ТС, рассмотрены принципы маршрутизации вызовов на ТС при ее взаимодействии с сетями сотовой и фиксированной связи различных операторов.

Показано, что при обнаружении отказа в установлении соединения на участке пути в центре коммутации ТС, производится автоматическое перенаправление вызова на другой участок маршрута сети, исходящий из данного центра коммутации, либо вызов получает отказ в установлении соединения. Эти отказы порождают потоки повторных вызовов, которые дополнительно занимают ресурсы сети связи.

Проанализированы рекомендации МСЭ-Т по маршрутизации вызовов на телефонных сетях связи, принципы построения сети сигаализации ТС, сценарии установления и разрушения соединений по протоколу ISUP. Приведены классификация и краткий анализ схем маршрутизации вызовов на телефонных сетях связи.

Анализ принципов маршрутизации вызовов на ТС показал, что на ней используется фиксированная схема маршрутизации вызовов и процедура последовательного обратимого управления установлением соединений, при этом осуществляется предварительное бронирование разговорных каналов.

Установлено, что ТС имеет два уровня: уровень 1 - магистральный, уровень 2 -региональный (Рис.1). Между двумя центрами коммутации ТС, кроме основного, существует еще, как минимум, два обходных пути.

Маршрутизация сигнальных сообщений на ТС обеспечивается на уровнях М'ГР (подсистема передачи сообщений) и SCCP (подсистема управления сигнальными сообщениями) системы сигнализации ОКС №7.

Проанализирована процедура установления и разрушения соединения по протоколу ISUP.

б

Рис. 1. Фрагмент транзитной сети операторов мобильной связи

Установлено, что существующие в настоящее время алгоритмы установления соединений осуществляют предварительное бронирование разговорных каналов на время, предшествующее ответу вызываемого абонента, что приводит к непроизводительному использованию ресурсов сети и снижению ее пропускной способности.

Также в первой главе диссертационной работы сформулирована задача разработки метода повышения пропускной способности ТС, основанного на отказе от предварительного бронирования разговорных каналов пути первого выбора на время установления соединения и время ожидания ответа вызываемого абонента.

Во второй главе диссертационной работы проанализированы результаты проведенных исследований на сети сигнализации ТС. Определены средний спектр занятия и наиболее часто возникающие причины отказов, получены распределения длительностей сигнальных единиц, участвующих в установлении соединений, и оценка среднего времени установления соединения на ТС. Средний спектр занятия с доверительной вероятностью 0,95 составил: для вызовов, окончившихся ответом -(Роо=0,73±0,03); для вызовов, окончившихся не ответом - (Р11О=0,П±0,02); для вызовов, окончившихся не установлением соединения - (Рнс=0,1 б±0,02).

Проведенные исследования на различных направлениях ТС показали, что значительная часть сигнальной нагрузки (примерно 11%), передаваемой по сети сигнализации ТС, не связана с установлением информационных соединений. Так, например, на направлении Москва - Санкт-Петербург, в среднем, на каждый разговор приходится 0,4 SMS сообщения; на направлении Москва - Екатеринбург - 0,6 SMS сообщения; на направлении Москва - Хабаровск - 0,83 SMS сообщения.

На основании анализа нагрузки на различных направлениях ТС определено, что на ней, как и на стациопарной междугородной телефонной сети, имеет место рост коэффициента концентрации нагрузки в ЧНН с увеличением разницы во времени между центрами коммутации ТС.

Также во второй главе проведено исследование длительности разговоров на ТС и выведены фррмулы для определения среднего времени установления соединений на ТС.

Определено, что средняя длительность разговоров составляет 47 секунд. Около 12% разговоров имеют продолжительность 10 секунд. Так как в большинстве случаев при взаиморасчетах разговоры такой длительности не тарифицируются, использование ресурсов сети происходит неэффективно.

С помощью имитационного моделирования проведено исследование поведения ТС при наличии и отсутствии резервирования разговорных каналов. Установлено, что при отсутствии резервирования разговорных каналов происходит увеличение использования ресурсов сети с сохранением качества обслуживания вызовов в пределах допустимых норм.

Выявлено, что для обеспечения качественной работы ТС необходимо соблюдать поддержание определенного соотношения между нагрузками на информационную и сигнальную сети.

В третьей главе введено понятие порога гарантированного канального ресурса разговорных каналов (К) на пути первого выбора, который используется для минимизации потерь при обслуживании вызовов и поддержания в норме качественных показателей работы сети. Предложен алгоритм установления соединений между абонентами операторов мобильной связи, присоединенных к ТС, на основании которого разработан метод повышения ее пропускной способности (Рис.2).

Рис.2. Структура рассматриваемого фрагмента транзитной сети операторов мобильной связи

Для установления соединения между абонентами опорных центров коммутации мобильной связи ОМБС) и ОМЭСг имеется два пути: путь первого выбора (ЛЦК СПС, - ЛЦК СПС2) и пугь второго выбора (ЛЦК СПС, - ТЦК СПС) -ЛЦК СПСг). На пути первого выбора имеется N разговорных каналов, на пути второго выбора на участке ЛЦК СПС1 - ТЦК СПС] - Ь| разговорных каналов, на участке ТЦК СПС[ - ЛЦК СПСг - разговорных каналов. Пучок из Ь2 разговорных каналов также обслуживает вызовы, поступающие от абонентов ОМвСз.

Разработанный метод повышения пропускной способности ТС состоит в отказе от предварительного бронирования разговорных каналов на пути первого выбора на время

установления соединения и время ожидания ответа вызываемого абонента. При этом из общего числа N разговорных каналов на пути первого выбора выделяется порог гарантированного канального ресурса из К разговорных каналов (K=N-M).

Также в третьей главе диссертационной работы поставлены и решены задачи разработки математической модели обслуживания вызовов на фрагменте ТС и определения оптимальных значений ее параметров.

Разработан алгоритм вычисления вероятностей блокировки вызовов в исследуемой системе массового обслуживания (СМО).

Максимально приближенная к реальным условиям математическая модель обслуживания вызовов на фрагменте ТС представлена на рис. 3, где: Д, - интенсивность поступления вызовов от абонентов GMSCf, Л, - интенсивность поступления вызовов от абонентов GMSC3; ц - интенсивность обслуживания вызовов на пути первого и второго выбора от абонентов GMSC] и GMSC3;

q - вероятность того, что абонент GMSCz не ответит на вызов абонентов GMSCi и GMSC3;

я*!, - вероятность того, что вызов абонента GMSCi будет блокирован на пути первого выбора;

кп - вероятность того, что вызов абонента GMSCi будет блокирован на пути первого выбора после того, как он получит подтверждение на установление соединения от абонента GMSCa;

к2 - вероятность блокировки вызова абонента GMSCj на первом участке пути второго выбора;

Я3 - вероятность блокировки вызова абонента GMSCi на втором участке пути второго выбора;

у - среднее время ожидания ответа абонентами GMSCi и GMSC3 от абонента / Ао

GMSC2;

Но - параметр экспоненциальной функции распределения Fix) = > 0, с

помощью которой моделируется время ожидания ответа абонентами GMSCi и GMSC3 от абонента GMSCj.

В математической модели исходящие вызовы от абонентов GMSCi и GMSC3 образуют пуассоновские потоки вызовов с интенсивностями Xi и \г соответственно. Время обслуживания вызовов является экспоненциально распределенным с параметром ц. Время ожидания ответа моделируется с помощью одного обслуживающего прибора с бесконечной очередью ожидания и дисциплиной обслуживания RANDOM (случайный выбор из очереди). Предполагается, что это время также имеет экспоненциальное распределение со значением параметра цо > Ц-

Главными объектами исследования являются вероятности блокировки поступающих в систему массового обслуживания вызовов ли, тги , %г и яз. Ввиду сложности рассматриваемой СМО, ее исследование проводилось поэтапно, звено за звеном.

Также в данной главе диссертационной работы рассмотрены возможные пути прохождения вызова при установлении соединения между абонентами GMSCi и GMSC2.

Если вызов ог абонента GMSCi застанет на пути первого выбора хотя бы один из М разговорных каналов свободным, то он продолжает обслуживаться по этому пути. Это событие происходит с вероятностью 1-яц.

Вызогы от 1

абонентов_1.

СМвС!

Есть хотя бы один свободный канал из М?

Я,(1-я-п) -

Буфер

и

я, а-,)(!-?!

Абонент ответил

кет

Д,лгп

Абонент к е ответил

Неуспешное завершение

Есть хотя бы одни свободный канал кз N7

нет

О ©

"ф" (Й)

Вызовы ОТ Л абонентов. вМБСз

Есть хотя бы один свободный канал из и ?

кет

Я *=[Я ,л:,, + ^ (1-Я-,, )(1 - д)тг12](\ - тг2)

Неуспешное завершение

Успешное завершение обслуживания

Рис. 3. Математическая модель обслуживания вызовов на фрагменте транзитной сети операторов мобильной связи

Если вызов от абонента GMSCi не застанет на пути первого выбора ни одного из M разговорных каналов свободным, тогда он, с вероятностью тгц, автоматически направится на путь второго выбора для его дообслуживания.

Обслуживание вызова состоит из двух фаз. Первая фаза - ожидание ответа от абонента GMSC2, вторая - разговор.

Фаза 1. Ожидание ответа от абонента GMSC2 моделируется с помощью СМО из одного обслуживающего прибора с бесконечной очередью ожидания и с дисциплиной обслуживания RANDOM. При этом никакие разговорные каналы не занимаются, а вызов становится в буфер на ожидание ответа (число вызовов от абонентов GMSCi, находящихся на ожидании, неограниченно). Передача информации об установлении соединения осуществляется по сети сигнализации. С вероятностью q могут произойти потери из-за того, что вызов абонента GMSCi покинет систему, не дождавшись ответа от абонента GMSC2, так и не заняв никаких ресурсов информационной сети.

Фаза 2. С вероятностью 1-q абонент GMSC2 ответит ira вызов абонента GMSCi. При этом вызов попадает на пучок из N разговорных каналов и застает хотя бы один канал свободным с вероятностью 1-тс|2, то есть обслуживание вызова завершается успешно. За состоявшийся разговор между абонентами оператор связи получит доход, пропорциональный длительности разговора,

Но может возникнуть ситуация, при которой за время ожидания ответа от абонента GMSC2 вся бронь на пути первого выбора из К разговорных каналов была использована на обслуживание других вызовов и при ответе абонента GMSC2 на пути первого выбора не окажется свободных каналов. В этом случае вызов автоматически перенаправится на путь второго выбора для его дообслуживания.

При обслуживании вызова по пути второго выбора могут возникнуть следующие потери: с вероятностью îc2 вызов абонента GMSCi на первом участке пути второго выбора застанет все Li разговорные каналы занятыми, либо с вероятностью щ будут заняты все L2 разговорные каналы. При отсутствии свободных разговорных каналов на пути первого и второго выбора абоненту посылается сигнал «занято».

Если поступающий в СМО вызов от абонента GMSCi застанет хотя бы один свободный разговорный канал в пучке L( каналов и один свободный разговорный канал в пучке L2 каналов, он успешно обслужится.

Также рассмотрены возможные варианты прохождения вызовов от абонентов GMSC3 к абонентам GMSC2. Новый вызов с интенсивностью Хг от абонента GMSC3 поступает в СМО с бесконечной очередью ожидания и дисциплиной обслуживания RANDOM,

Если с вероятностью q абонент GMSCa не ответит на вызов абонента GMSC3, то вызов покинет СМО, не оказывая на нее никакого влияния. Если с вероятностью 1-q абонент GMSC2 ответит абоненту GMSQ), то начнется обслуживание вызова.

Если вызов абонента GMSC3 застанет с вероятностью 1 - жъ свободным хотя бы один из Ьг разговорных каналов, то соединение с абонентом GMSCj успешно установится, и, после окончания разговора, вызов покинет СМО обслуженным. Если вызов абонента GMSC3 застанет с вероятностью яз все разговорные каналы Lj занятыми, то ему будет отказано в обслуживании.

Также в третьей главе диссертации разработан алгоритм вычисления вероятности блокировки вызовов в рассматриваемой СМО, который заключается в следующем:

Шаг 1. Вычисляется вероятность блокировки вызова абонента GMSCi на пути первого выбора по формуле:

Шаг 2. Вычисляется вероятность блокировки вызова абонента йМЗС] на пути первого выбора после того, как он получит подтверждение на соединение от абонента ОМЭСг:

Шаг 3. Для вычисления вероятностей ъ и щ проведен расчёт СМО, в которую входят два потока вызовов, и которая состоит из пучка Ь2 разговорных каналов.

Для вычисления вероятностей лг и ?г3 введен двумерный случайный процесс (£(/),?7(0), где £(/)- число вызовов от абонентов бМвСм (назовем их вызовами первого типа), находящихся на обслуживании в СМО в момент времени /; т?(/) - число вызовов от абонентов вМБСз (назовем их вызовами второго типа), также находящихся на обслуживании в СМО в момент времени *. Общее число вызовов, находящихся на обслуживании в СМО в любой момент времени /, будет равно £"(0 = £(/)+??(')■ Пространство состояний этого процесса записывается следующим образом:

5 = {0'>/)и= 0,¿2,У = 0,Хг,/ + У < Ь2},1г>Ц. (3)

Стационарная вероятность пребывания случайного процесса в состоянии (!,/)

равна:

Эта вероятность определяется из системы уравнений глобального баланса для случайного процесса (£(0>??(0) > которая записывается следующим образом:

к хг = Е

р

(2)

р{и) := <Р{#(0 = /,;7(0 = Л .

(4)

Р(Ь, о) М^г-^хРц^а, )7=0>' =^2»

(5)

Решая систему уравнений (5) и используя условие нормировки (6)

^ Р </./> = 1 ,

(б)

( '. 1 )е 5

получаем искомые значения вероятностей рыу С их помощью определяются вероятности /г2 и я, по формулам (7) и (8) соответственно:

*2 =

_

(7)

Я' , =

2, Р(/.л

(8)

Решение системы уравнений (5) реализовано в программе на ПЭВМ методами Гаусса и Крамера. В результате практических экспериментов установлено, что использование метода Гаусса для решения системы уравнений (5) оказалось эффективнее (позволяет сократить время вычислений на 12%). Поэтому для решения системы уравнений (5) и последующего вычисления искомых вероятностей блокировки вызовов применялся метод Гаусса. Полученный в результате работы программы

массив значений Р^у использовался для вычисления вероятностей кг и тт,.

В четвертой главе диссертационной работы проведено исследование разработанного метода повышения пропускной способности ТС и оценена эффективность его использования.

В первой части главы проведено исследование влияния параметров ТС на основные характеристики исследуемой СМО. Исследование проводилось в несколько этапов.

Этап 1. Исследовалась зависимость вероятностей блокировки вызовов тг,,, лп, яг, лг от числа разговорных каналов и (Рис.4).

0.0

0.4

0.3 0.1

----— ------- !...... "Г -

Ч. _ ______ 1 1 !

1 .1......... ■ „ г » - - " " -

Рис. 4. Зависимость вероятностей блокировки вызовов кг и тг, от числа каналов на первом участке пути второго выбора Ьь

Для этого структурным параметрам ТС присваивались следующие значения: L2=180; N=120; М=90; Xi=lS0; ?.2=70; ц=25; q= 0,1. Величина Lj принимала значение от 30 до 150.

Исследования показали, что число каналов Lj не влияет .на вероятности блокировки вызовов !ги и гг12, так как эти блокировки происходят до того, как вызов от абонента GMSCi попадает на путь второго выбора, а также из-за того, что величина Li не содержится в формулах (1) и (2), по которым вычисляются эти вероятности. При значении L¡ от 30 до 60 вероятность я2 достаточно велика, так как интенсивность поступления в систему вызовов от абонентов GMSCj также велика.

При увеличении значения Li происходит уменьшение вероятности ,т2 и вызовы активно начинают поступать на второй участок пути второго выбора, где к ним присоединяются вызовы от абонентов GMSC3. В результате суммарная нагрузка на разговорные каналы L2 увеличивается, из-за чего увеличивается вероятность

Этап 2. Исследовалась зависимость вероятностей блокировки вызовов я-,,, тг12, тсг, n-j от числа разговорных каналов L2. Для этого структурным параметрам ТС присваивались следующие значения: Li=90; N=120; М=90; ?ч=180; >.2=70; ц=25; q=0,l. Величина L2 принимала значение от 30 до 300. Результаты исследований представлены на рис.5.

0.3 0.25

о.з

г,га

-0.1S

0.1 0.02

0 0 ¡0 200 2JO 200 350 300

La

Рис.5. Зависимость вероятностей блокировки вызовов пг и 7г3 от числа каналов на втором участке пути второго выбора L2.

Число каналов Ьг не влияет на вероятности /гм и яп (по тем же причинам, которые указаны в этапе 1). При увеличении значения L2 происходит уменьшение вероятности пг из-за того, что при неизменном значении интенсивности поступления вызовов, канальных ресурсов на втором участке пути второго выбора становится больше.

С увеличением количества каналов L2 вероятность лг увеличивается, сначала довольно быстро, а потом увеличение ее значения постепенно замедляется. Это происходит из-за того, что при увеличении числа каналов L2, на путь второго выбора поступает большое количество вызовов, которые при малых значениях L2 блокировались на втором участке пути второго выбора.

Этап 3. Исследовалась зависимость вероятностей блокировки вызовов ли, ,

п7. от числа каналов N. Для этого структурным параметрам ТС присваивались следующие значения: Ь|=60; Ь2=90; М=15-250; ?.,=180; Х2=70; ц=25; ч=0,1. Величина N принимала значение от 30 до 450. Результаты исследований представлены на рис.6.

Рис.6. Зависимость вероятностей блокировки вызовов я-ми лп от числа каналов на пути первого выбора N.

Исследования показали, что число каналов N не влияет на вероятности и так как величина N не содержится в формулах (7) и (8), по которым они вычисляются. С увеличением N. вероятности я-,, и гсп уменьшаются. При значении N от 30 до 90 эти вероятности достаточно велики, так как интенсивность поступления в систему вызовов от абонентов ОМЭС] тоже велика и большое число вызовов на пути первого выбора получают отказ в обслуживании.

Во второй части главы проведено исследование эффективности использования ресурсов ТС при применении разработанного метода повышения ее пропускной способности и без его применения. Полученные результаты приведены в табл. 1.

Таблица 1

N Величина К от N. % Эффективность использования ресурсов ТС без применения разработанного метода повышения ее пропускной способности, % Эффективность использования ресурсов 'ГС при применении разработанного метода повышения ее пропускной способности, %

При Х2= 70,1.1=60, Ь2=90

30 60 4,3 51,2 51,7

50 60 11,8 89,1 92,5

70 60 18,3 92,2 94,8

100 60 28,6 65,4 68,6

При \2= 70,1.1=60,1.2=120

30 120 1,8 35,2 36,8

50 120 5,7 42,3 47,5

70 120 9,5 47,4 56,2

100 120 15,2 63,3 74,5

Таблица 1 (продолжение)

N Величина Кот^ % Эффективность использования ресурсов ТС без применения разработанного метода повышения ее пропускной способности, % Эффективность использования ресурсов ТС при применении разработанного метода повышения ее пропускной способности, %

При Х2= 70,1,1=60,1,2=90

30 210 1,1 15,4 16,3

50 210 2,2 26,1 28,4

70 210 5,4 36,1 39,3

100 210 9,7 50,7 57,8

Показано, что разработанные в диссертационной работе алгоритмы и методики позволяют эффективно и достаточно быстро проводить расчеты вероятности потерь вызовов на исследуемой сети и под держивать в норме ее качественные показатели.

В результате проведенных исследований определены оптимальные значения порога гарантированного канального ресурса от общего числа разговорных каналов на пути первого выбора, при которых максимально исключаются перегрузки и отказы в установлении соединений.

Проведен анализ качества обслуживания вызовов на ТС и даны рекомендации по эффективному использованию ее ресурсов.

Установлено, что разработанный в диссертации метод позволяет повысить пропускную способность транзитной сети операторов мобильной связи на 9-14% с необходимым качеством обслуживания вызовов.

В заключении сформулированы основные результаты работы, состоящие в следующем:

1. На основании проведенного анализа принципов построения ТС выявлено, что ее структура является двухуровневой. Между каждой парой центров коммутации, кроме основного, существует, как минимум, два обходных пути. Установлено, что на ТС используется фиксированная схема маршрутизации вызовов и процедура последовательного обратимого управления установлением соединений, при этом осуществляется предварительное бронирование разговорных каналов на время установления соединения и время ожидания ответа абонента.

2. Определен средний спектр занятия на ТС и исследованы наиболее часто возникающие причины отказов в установлении соединений. Получены распределения длительностей сигнальных единиц, участвующих в установлении соединений, и оценка среднего времени установления соединения на ТС.

3. Введено понятие порога гарантированного канального ресурса разговорных каналов. Разработана процедура определения его значения по отношению к общему числу разговорных каналов на пути первого выбора при различных значениях параметров сети.

4. Построена максимально приближенная к реальным условиям математическая модель обслуживания вызовов па фрагменте ТС. Разработан и описан алгоритм установления соединений, основанный на отказе от предварительного бронирования разговорных каналов на пути первого выбора на время установления соединения и время ожидания ответа абонента.

5. Разработан алгоритм вычисления вероятностей блокировки вызовов в

рассматриваемой СМО и написана программа для ПЭВМ, позволяющая проводить их расчет.

6. Выведены формулы для определения среднего времени занятия одним соединением информационной сети и среднего времени установления соединений на ТС.

7. На основании анализа суточного профиля нагрузки на различных направлениях ТС установлено, что на ней, как и на стационарной междугородной телефонной сети, имеет место рост коэффициента концентрации нагрузки в ЧНН с увеличением разницы во времени между центрами коммутации ТС.

8. Проведены экспериментальные исследования разработанного метода повышения пропускной способности ТС. Показано, что использование данного метода позволяет повысить пропускную способность ТС на 9-14% с необходимым качеством обслуживания вызовов.

9. Сформулированы критерии, по которым можно проводить оценку эффективности разработанного в диссертации метода: увеличение использования ресурсов ТС; повышение ее пропускной способности; поддержание в норме качественных показателей,

10. Определена область применения разработанного метода. Показано, что он может применяться на существующих и вновь проектируемых сетях связи, имеющих аналогичную с ТС структуру. Разработаны рекомендации по эффективному использованию ресурсов ТС.

Список публикаций

1. Крылов A.C. Исследование параметров сигнальной нагрузки на транзитной сети мобильных операторов при увеличении объёма дополнительных услуг II Труды 59 научной сессии, посвященной Дню радио. Российское научно - техническое общество радиотехники, электроники и связи имени A.C. Попова. Том 1. М.: МТУСИ-2004, с.26-27.

2. Крылов A.C. Исследование сигнальной нагрузки в сети транзитного оператора мобильной связи // Труды конференции «Телекоммуникационные и вычислительные системы» - 2004. М.: МТУСИ - 2004, с. 63.

3. Крылов A.C. Показатель оценки сигнальной нагрузки на транзитной сети операторов федеральных сетей сотовой подвижной связи // Тезисы докладов. Научная конференция профессорско-преподавательского, научного и инженерно-технического состава - 2004. М.: МТУСИ - 2004, с. 156.

4. Крылов A.C. Разработка и исследование метода оценки сигнальной нагрузки на транзитной сети сотовой подвижной связи. Деп. в ЦНТИ «Информсвязь» № 2240 св. 2004 от 04.07.2004, с. 43 - 53.

5. Крылов A.C. Анализ параметров сигнальной нагрузки в мобильной сети// Тезисы докладов. Научная конференция профессорско-преподавательского, научного и инженерно-технического состава - 2005. М.: МТУСИ - 2005, с, 136.

6. Крылов A.C. Анализ параметров нагрузки на транзитной сети мобильных операторов при внедрении услуги «телеголосование» // Материалы 5-ой Международной научной конференции «Информационные сети, системы и технологии»- 2005. М.; МАИ, ИППИ - 2005, с. 43 - 47.

7. Крылов A.C. Разработка методики анализа сигнальной нагрузки для операторов мобильных сетей связи // Труды 60 научной сессии, посвященной Дню радио. Российское научно - техническое общество радиотехники, электроники и связи имени A.C. Попова. Том 1. М.: МТУСИ - 2005, с. 68.

8. Богомолова Н.Е., Крылов A.C. Метод повышения пропускной способности транзитной сети операторов сотовой подвижной связи // Мобильные системы - 2005. -№9, с. 14-18.

9. Крылов A.C. Метод повышения эффективности использования ресурсов транзитной сети операторов сотовой подвижной связи // Труды конференции «Телекоммуникационные и вычислительные системы» - 2005. М.: МТУСИ - 2005, с. 63.

10. Крылов A.C. Методика оценки сигнальной нагрузки на цифровых сетях связи. Мобильные системы - 2006. - № 9, с. 52 - 54.

Принято к исполнению 07/11/2006 Исполнено 08/11/2006 Усл.п.л.-1,1 Заказ № 902 Тираж: 100 экз.

Типография «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш., 36 (495) 975-78-56 www.autoreferat.ru

Список сокращений на русском языке.

Список сокращений на английском языке.

Введение.

Краткое содержание работы.

Глава 1. Исследование и анализ принципов построения транзитной сети операторов мобильной связи.

1.1. Общие положения.

1.2. Анализ структуры транзитной сети связи.

1.3. Анализ маршрутизации вызовов на транзитной сети связи при ее взаимодействии с сетями сотовой и фиксированной связи.

1.4. Анализ рекомендаций МСЭ-Т по маршрутизации вызовов на телефонных сетях связи.

1.5. Анализ принципов построения сети сигнализации транзитной сети операторов мобильной связи.

1.6. Анализ сценариев установления и разрушения соединений по протоколу ISUP.

1.7. Выводы.

Глава 2. Исследование информационной и сигнальной нагрузки на транзитной сети операторов мобильной связи.

2.1. Общие положения.

2.2. Исследование сигнальной нагрузки на направлениях связи, связанных с информационными каналами.

2.3. Исследование длительности разговоров.

2.4. Коэффициент отношения информационной нагрузки к сигнальной.

2.5. Определение среднего времени установления соединения на транзитной сети операторов мобильной связи.

2.6. Исследование с помощью имитационного моделирования поведения сети при наличии и отсутствии резервирования разговорных каналов.

2.7. Выводы.

Глава 3. Разработка и построение математической модели обслуживания вызовов на транзитной сети связи.

3.1. Разработка алгоритма установления соединений на транзитной сети связи.

3.1.1. Описание алгоритма установления соединений на фрагменте транзитной сети связи.

3.2. Разработка сценариев установления соединений и построение математической модели обслуживания вызовов на фрагменте транзитной сети операторов мобильной связи.

3.3. Разработка алгоритма вычисления вероятностей блокировки вызовов в исследуемой системе массового обслуживания.

3.3.1. Алгоритм вычисления вероятностей блокировок вызовов.

3.4. Выводы.

Глава 4. Исследование разработанного метода повышения пропускной способности транзитной сети операторов мобильной связи.

4.1. Исследование зависимости вероятности блокировки вызовов от числа разговорных каналов на первом этапе пути второго выбора.

4.2. Исследование зависимости вероятности блокировки вызовов от числа разговорных каналов на втором этапе пути второго выбора.

4.3. Исследование зависимости вероятности блокировки вызовов от числа разговорных каналов на пути первого выбора.

4.4. Выводы.

Актуальность темы. Последнее десятилетие характеризуется высокими темпами развития телекоммуникаций, при этом значительное развитие получили сети сотовой подвижной связи стандарта GSM 900 и 1800 МГц. При построении сетей сотовой подвижной связи используется новейшее оборудование, в частности, коммутаторы пятого поколения и система сигнализации ОКС №7, в которых нашли применение различные методы управления трафиком, разработанные ведущими российскими учеными: Г.П.Башариным, В.М.Вишневским, Я.С.Дымарским, Г.П.Захаровым, Н.П.Крутяковой, Н.А.Кузнецовым, В.Г.Лазаревым, А.Н.Назаровым, К.Е.Самуйловым, С.Н.Степановым, Г.Г.Яновским и др., а также зарубежными учеными: В. Иверсеном, Д. Кауфманом, Л. Клейнроком, К. Россом и др.

Рассматриваемая в диссертации транзитная сеть операторов мобильной связи (ТС) по своим функциям аналогична междугородным и международным стационарным сетям. Она состоит из транзитных центров коммутации сотовой подвижной связи (ТЦК СПС), локальных центров коммутации сотовой подвижной связи (ЛЦК СПС) и международных центров коммутации (МЦК), соединенных между собой цифровыми каналами связи. Ее особенностью является значительно больший (по сравнению со стационарными сетями связи) объем обрабатываемой сигнальной нагрузки, так как помимо сигнальной информации об установлении соединения по транзитной сети передается еще информация о местоположении мобильных абонентов, их регистрации в той или иной сети, дополнительных услугах, доступных этим абонентам. В связи с этим сеть сигнализации может подвергаться значительным перегрузкам, которые приводят к увеличению времени установления соединения и отказам.

В настоящее время на транзитной сети операторов мобильной связи используется фиксированная схема маршрутизации вызовов и процедура последовательного предварительного бронирования разговорных каналов на время установления соединения и время ожидания ответа абонента, что приводит к неэффективному использованию ее ресурсов.

При резком увеличении нагрузки на сетях связи необходимое качество обслуживания вызовов на них может быть обеспечено при использовании эффективных методов повышения пропускной способности этих сетей.

Система сигнализации ОКС №7 является мощным средством управления информационной сетью. Использование ее возможностей позволяет решать задачи, связанные с управлением разговорным и сигнальным трафиком в изменяющихся условиях на транзитной сети, а также повысить эффективность использования ресурсов сети. В связи с этим задача разработки нового метода повышения пропускной способности транзитной сети операторов мобильной связи является актуальной.

Цель работы. Целью диссертационной работы является разработка и исследование метода повышения пропускной способности транзитной сети операторов мобильной связи, основанного на отказе о г предварительного бронирования разговорных каналов на пути первого выбора на время установления соединения и время ожидания ответа абонента. Для достижения этой цели в диссертационной работе решены следующие задачи: проанализированы принципы построения и схемы маршрутизации вызовов на транзитной сети операторов мобильной связи; разработан новый алгоритм установления соединений; разработаны математическая модель обслуживания вызовов на ТС с использованием различных путей установления соединений и процедуры вычисления вероятности блокировки вызовов в исследуемой системе массового обслуживания.

Методы исследования. Для решения поставленной в диссертационной работе задачи использовались методы теории вероятностей, теории массового обслуживания, теории сетей связи, имитационного моделирования и программирования.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. В результате исследования на транзитной сети операторов мобильной связи параметров нагрузки в условиях ее большого роста получены следующие результаты:

- определены средние значения длительностей сигнальных единиц протокола пользователя цифровой сети интегрального обслуживания (ISUP), участвующих в установлении соединений. Установлено, что с увеличением расстояния между центрами коммутации транзитной сети операторов мобильной связи доля сигнальной нагрузки, передаваемой между ними, уменьшается. Она составляет (от максимальной): 79-82% - на направлении Москва - Санкт-Петербург; 64-67% - на направлении Москва - Екатеринбург; 52-56% - на направлении Москва - Хабаровск;

- средняя длительность разговоров на различных направлениях транзитной сети операторов мобильной связи в часы наибольшей нагрузки (ЧНН) составляет 47 секунд. Примерно 12% разговоров имеют продолжительность менее 10 секунд;

- в период с 2003 года по 2006 год на транзитной сети операторов мобильной связи в ЧНН наблюдался рост среднего времени установления соединения. Так, в 2003 году оно составило 4,2 секунды; в 2004 году - 4,4 секунды; в 2005 году - 4,7 секунды; в 2006 году - 5,1 секунды. Это объясняется перегрузками на транзитной сети операторов мобильной связи из-за резкого увеличения количества абонентов мобильной связи. Полученные результаты учитывались при исследовании эффективности использования ресурсов рассматриваемой транзитной сети связи.

2. Анализ причин отказов в установлении соединений на различных направлениях транзитной сети операторов мобильной связи в ЧНН позволил определить средний спектр занятий, который с доверительной вероятностью 0,95 составил: для вызовов, окончившихся ответом (Роо=0,73±0,03); для вызовов, окончившихся не ответом (Рно=0,1 1±0,02); для вызовов, окончившихся не установлением соединений (Рнс=0,16±0,02). Полученные результаты использованы при разработке математической модели обслуживания вызовов на транзитной сети операторов мобильной связи.

3. Введено понятие порога гарантированного канального ресурса разговорных каналов на пути первого выбора для осуществления гарантий установления соединений. Разработана процедура определения его значения по отношению к общему числу разговорных каналов на пути первого выбора, при достижении которого, для исключения отказов, установление соединений осуществляется по другим путям. Разработан алгоритм установления соединений, учитывающий порог гарантированного канального ресурса.

4. Разработана математическая модель обслуживания вызовов на транзитной сети операторов мобильной связи, основанная на отказе от предварительного бронирования разговорных каналов на пути первого выбора на время установления соединения и время ожидания ответа от вызываемого абонента. Математическая модель учитывает основную специфику транзитной сети операторов мобильной связи - последовательное управление установлением соединений; высокую связность; увеличение коэффициента концентрации нагрузки в ЧИН с увеличением расстояния между центрами коммутации; иерархическую структуру построения.

5. С учетом полученных характеристик среднего спектра занятий для различных направлений связи, принципов построения и маршрутизации вызовов на транзитной сети операторов мобильной связи разработан алгоритм для расчета вероятности потерь вызовов и предложена процедура определения числа разговорных каналов, необходимых для эффективного использования ресурсов транзитной сети. Разработаны рекомендации по поддержанию в норме ее качественных показателей.

Личный вклад. Все результаты, приведенные в диссертационной работе, получены автором лично.

Практическая ценность диссертационной работы заключается в доведении разработанного в ней метода до программной реализации на

ПЭВМ, что позволяет его использовать для решения задачи повышения пропускной способности существующих, а также при проектировании новых сетей связи, имеющих аналогичную с гранзитной сетью операторов мобильной связи структуру.

Разработанная для ПЭВМ программа позволяет проводить расчеты вероятности потерь вызовов на транзитной сети операторов мобильной связи, практически при любой ее конфигурации.

Результаты, полученные в диссертационной работе, могут быть использованы для поддержания в норме качественных показателей транзитной сети связи, повышения ее пропускной способности и эффективного использования ресурсов.

Реализация результатов работы. Основные результаты диссертационной работы использованы в ОАО «Межрегиональный ТранзитТелеком», ООО «СЦС Совинтел», ЗАО «Инфотайм», ЗАО «Евросеть», в научно-исследовательской работе «Анализ показателей качества обслуживания информационной и сигнальной нагрузки на транзитной сети операторов мобильной связи», выполненной в НИЧ МТУ СИ, а также применяются в учебном процессе базовой кафедры МТУ СИ «Информационные сети и системы», что подтверждено соответствующими актами.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского, научного и инженерно-технического состава МТУСИ (Москва, 2004 г., 2005 г.), на Международных форумах информатизации, проводимых на базе МТУСИ (Москва, 2004 г., 2005 г.), на 59-ой и 60-ой научных сессиях Российского научно-технического общества радиотехники, электроники и связи имени А.С. Попова, посвященных Дню радио (Москва, 2004г., 2005 г.), на 5-ой Международной научной конференции «Информационные сети, системы и технологии» (Москва, 2005 г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 печатных работ.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. В результате анализа параметров нагрузки транзитной сети операторов мобильной связи установлено, что с увеличением расстояния между центрами коммутации доля сигнальной нагрузки, передаваемая между ними, существенно уменьшается. Примерно 12% разговоров имеют продолжительность менее 10 секунд. Из-за того, что в большинстве случаев при взаиморасчетах между операторами связи разговоры такой длительностью не тарифицируются, ресурсы сети используются неэффективно.

2. Разработанный алгоритм установления соединений позволяет отказаться от предварительного бронирования разговорных каналов на пути первого выбора на время установления соединения и время ожидания ответа от вызываемого абонента, а также обеспечивает нормированное качество обслуживания вызовов. Он учитывает понятие порога гарантированного канального ресурса разговорных каналов и принципы маршрутизации вызовов на транзитной сети операторов мобильной связи.

3. Разработанный в диссертационной работе метод позволяет повысить пропускную способность транзитной сети операторов мобильной связи на 914%, а также может эффективно использоваться на других сетях связи, имеющих аналогичную с транзитной сетью связи структуру. Этот метод учитывает специфику транзитной сети операторов мобильной связи -иерархическую структуру построения, последовательное управление установлением соединений, увеличение коэффициента концентрации нагрузки в ЧНН с увеличением расстояния между центрами коммутации, высокую связность. По результатам исследования разработанного метода даны рекомендации по его применению.

4. Разработанный алгоритм определения вероятности потерь вызовов позволяет проводить расчеты для каждого маршрута установления соединений с учетом всех возможных путей, а также оценивать эффективность использования канальных ресурсов сети связи и качества обслуживания на ней вызовов. При использовании ПЭВМ с процессором Intel Pentium 4 с тактовой частотой 2,4 ГГц, для расчета вероятности потерь вызовов на рассматриваемом фрагменте транзитной сети операторов мобильной связи, при максимальном числе имеющихся разговорных каналов и интенсивности поступающих вызовов, требуется 6 минут.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, двух приложений. Работа изложена на 128 страницах машинописного текста, содержит 26 рисунков, 35 таблиц, список литературы состоит из 79 наименований.

Заключение

В заключении сформулированы основные результаты работы, состоящие в следующем:

1. На основании проведенного анализа принципов построения ТС выявлено, что ее структура является двухуровневой. Между каждой парой центров коммутации, кроме основного, существует, как минимум, два обходных пути. Установлено, что на ТС используется фиксированная схема маршрутизации вызовов и процедура последовательного обратимого управления установлением соединений, при этом осуществляется предварительное бронирование разговорных каналов на время установления соединения и время ожидания ответа абонента.

2. Определен средний спектр занятия на ТС и исследованы наиболее часто возникающие причины отказов в установлении соединений. Получены распределения длительностей сигнальных единиц, участвующих в установлении соединений, и оценка среднего времени установления соединения на ТС.

3. Введено понятие порога гарантированного канального ресурса разговорных каналов. Разработана процедура определения его значения по отношению к общему числу разговорных каналов на пути первого выбора при различных значениях параметров сети.

4. Построена максимально приближенная к реальным условиям математическая модель обслуживания вызовов на фрагменте ТС. Разработан и описан алгоритм установления соединений, основанный на отказе от предварительного бронирования разговорных каналов на пути первого выбора на время установления соединения и время ожидания ответа абонента.

5. Разработан алгоритм вычисления вероятностей блокировки вызовов в рассматриваемой СМО и написана программа для ПЭВМ, позволяющая проводить их расчет.

6. Выведены формулы для определения среднего времени занятия одним соединением информационной сети и среднего времени установления соединений на ТС.

7. На основании анализа суточного профиля нагрузки на различных направлениях ТС установлено, что на ней, как и на стационарной междугородной телефонной сети, имеет место рост коэффициента концентрации нагрузки в ЧНН с увеличением разницы во времени между центрами коммутации ТС.

8. Проведены экспериментальные исследования разработанного метода повышения пропускной способности ТС. Показано, что использование данного метода позволяет повысить пропускную способность ТС на 9-14% с необходимым качеством обслуживания вызовов.

9. Сформулированы критерии, по которым можно проводить оценку эффективности разработанного в диссертции метода: увеличение использования ресурсов ТС; повышение ее пропускной способности; поддержание в норме качественных показателей.

10. Определена область применения разработанного метода. Показано, что он может применяться на существующих и вновь проектируемых сетях связи, имеющих аналогичную с ТС структуру. Разработаны рекомендации по эффективному использованию ресурсов ТС.

1. Агаян А.А., Захаренко Г.П., Крутякова Н.П. Математические модели для проектирования сетей связи: Учебное пособие // МПСС ИПК. СПб, 1986.

2. Башарин Г.П. Лекции по математической теории телетрафика. М:. издательство Российского университета дружбы народов, 2004. - 190 с.

3. Башарин Г.П., Харкевич А.Д., Шнепс-Шнеппе А.А. Массовое обслуживание в телефонии. ИППИ АН СССР. М.: Наука, 1968. - 247 с.

4. Башарин Г.П., Кокотушкин В.А., Наумов В.А. О методе эквивалентных замен расчета фрагментов сетей связи // Изв. АН СССР. «Техн. Кибернетика». 1979. - № 6.

5. Башарин Т.П., Меркулов В.Е. Приближенный анализ влияния повторных вызовов в системах сотовой связи с резервными каналами // Вестник РУДН. Серия «Прикладная и компьютерная математика», 2003, т.2, №1, с.5-12.

6. Богомолова Н.Е., Лазарев В.Г., Усманов П.Ю. Анализ производительности звена ОКС при введении дополнительных услуг. Труды ICC-2001 (IEEE). С.-Петербург 2001. Стр. 85-89.

7. Богомолова Н.Е., Денисьева О.М. Влияние структурного состава пользователей на качество обслуживания в мобильных сетях связи // Век качества, 2004, №2.

8. Богомолова Н.Е., Крылов А.С. Метод повышения пропускной способности транзитной сети операторов сотовой подвижной связи // Мобильные системы 2005. - № 9, с. 14-18.

9. Бутрименко А.В., Лазарев В.Г. Система поиска оптимальных путей передачи сообщений. «Проблемы передачи информации», т.1, 1965, с. 8-26.

10. Ю.Вентцель Е.С. Исследование операций. М.: Высшая школа, 2001.

11. ЬВентцель Е.С. Теория вероятностей. М.: Высшая школа, 2000.

12. Воробиенко П.П., Струкало М.И. Обобщенная математическая модель взаимодействия телекоммуникационных систем // Электросвязь. -2003.-№11.

13. Генеральная схема развития общей транзитной сети для федеральных сетей СПС. М.: 2003.- 185с.

14. М.Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика. М.: Высшая школа, 2000.

15. Голого Ш.У., Яновский Г.Г. Оптимальное распределение пропускных способностей в сети передачи данных с отказами. Коммутация и управление потоками в сетях связи // Сб. научных трудов УИС. Л.: ЛЭИС, 1987.-С. 17-25.

16. Гольдштейн Б.С. Сигнализация в сетях связи. М.: Радио и связь, 1997.

17. Гольдштейн Б.С., Ехриель И.М., Рерле Р.Д. Реализация общеканальной системы сигнализации ОКС№7 в АТСЦ 90 // Электросвязь, 1997, №4, с. 8- 11,56-60.

18. Гольдштейн Б.С., Ехриель И.М., Рерле Р.Д. Интеллектуальные сети -российским операторам связи // Сети и системы связи, 1998, №7, с. 82 -89.

19. Громаков Ю.А. Стандарты и системы подвижной радиосвязи. М.: Мобильные ТелеСистемы - Эко - Трендз, 1997.

20. Гурин Л.С., Дымарский Я.С., Меркулов А.Д. Задачи и методы оптимального распределения ресурсов. М.: Советское радио, 1988.

21. Денисьева О.М. Исследование пропускной способности информационной сети. III Международный форум по информатизации. Международная конференция информационных сетей и систем, Спб, 1994.

22. Дорф И.Г. Система сигнализации №7 / Материалы курсов "Новые технологии связи". М.: НТЦ КОМСЕТ, 1996.

23. Дымарский Я.С., Кутякова Н.П., Яновский Г.Г. Управление сетями связи: принципы, протоколы, прикладные задачи. М.: ИТЦ «Мобильные коммуникации» 1999.

24. Ефимов A.F. Полоса для всех: конкурирующие технологии широкополосного доступа // Технологии и средства связи. 2002. - №3.

25. Жарков М.А., Кучерявый А.Е. Система общеканальной сигнализации №7. // Вестник связи, 1997, №1, с. 35 39, №4, с. 43 - 47.

26. Захаров Т.П., Крутякова Н.П., Горбенко Н.И. Математическое моделирование системы управления сетью связи // Вопросы кибернетики. Протоколы и методы комму тции в вычислительных сетях. М.: ИСК АН СССР, 1986.-С. 84-100.

27. Захаров Г.П., Симонов М.В., Яновский Г.Г. Служба и архитектура широкополосных цифровых сетей интегрального обслуживания. Технологии электронных коммутаций. Т.41. М.: Эко - Трендз, 1993.

28. Иванова О.Н. Автоматическая коммутация: Учебник для ВУЗов. М.: Радио и связь, 1988. - 624 с.

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

30. Клейнрок JI. Теория массового обслуживания. М.: Машиностроение, 1979.

31. Климов Г.П. Стохастические системы обслуживания. М.: Наука, 1966.

32. Крылов А.С. Методика оценки сигнальной нагрузки на цифровых сетях связи // «Мобильные системы» 2006, №9.

33. Крутякова Н.П. О математическом моделировании алгоритмов управления потоками информации // Труды V Всесоюзной школы -семинара по проблемам управления на узлах и сетях связи. М.: Наука, 1988.

34. Крутякова Н.П. Управление сетями электросвязи. Учебное пособие. ГУТ им. профессора М.А. Бонч Бруевича. С.- Петербург 1995.

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

36. Лагутин B.C., Попова А.Г., Степанова И.В. Системы управления сетями телекоммуникаций. М.: Радио и связь, 1998, 80 с.

37. Лагутин B.C., Попова А.Г., Степанова И.В. Техническая эксплуатация цифровых систем коммутации. М.:, 2001, 26 с.

38. Лазарев В.Г. Интеллектуальные цифровые сети. М.: Финансы и статистика, 1996.

39. Лазарев В.Г., Лазарев Ю.В. Динамическое управление потоками информации в сетях связи. М.: Радио и связь, 1983. 235 с.

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

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

42. Основные положения развития взаимоувязанной сети связи Российской Федерации. Книга 3. Основные положения развития телефонной сети общего пользования. М.: НТУОТ Минсвязи России 1996. 235 с.

43. Протоколы и методы управления в сетях передачи данных. Под ред. Ф. Куо. М.: Радио и связь, 1985. - 120с.

44. Росляков А.В. Общеканальная система сигнализации №7. М.: Эко-Трендз, 1999.- 176 с.

45. Саати Т.Jl. Элементы теории массового обслуживания и ее применение. -М.: Советское радио, 1971.

46. Самуйлов К.Е. Система сигнализации №7 ключевой элемент современных цифровых сетей связи // Сети, 1996, №11, с. 15-18.

47. Технические спецификации на подсистему пользователей ISDN (ISUP) для национальной сети России. Утверждены МСРФ 28.12.1994 г.

48. Технические спецификации на подсистему управления соединением сигнализации (SCCP) для национальной сети России. Утверждены МСРФ 28.12.1994 г.

49. Феллер В. Введение в теорию вероятностей и ее приложения. T.l, М.: Мир 1984.-528 с.

50. Форд JL, Фалкерсон Д. Потоки в сетях. Перевод с английского. М.: Мир, 1966.-276 с.

51. Цейтлин M.JI. Исследования по теории автоматов и моделированию систем. М.: Наука 1969. 316 с.

52. Чекмарева Е.В. Особенности системы сигнализации №7 для сетей подвижной связи. Подсистема MAP / Материалы курсов "Новые технологии связи". М.: НТЦ КОМСЕТ, 1996.

53. Шварц М. Сети связи: протоколы, моделирование и анализ: в 2 х частях. 4.2, П.-М.: Наука, 1992.

54. Шеметов В.В. Оптимальный распределенный алгоритм маршрутизации для сетей передачи данных с коммутацией пакетов // Электронное моделирование. 1984. -Т.6. - №5. - С 6 - 15.

55. Якубайтис Э.А. Открытые информационные сети. М.: Радио и связь 1991.

56. Яновский Г.Г., Петров М.Н. Распределение длины очереди в системе массового обслуживания G/M/1/N //6-ая Всес. Школа семинар по вычислительным системам. Тезисы докладов. - М.: НСК АН СССР, 1981,-4.2.-С. 121-124.

57. Anderson Y., Lamy P., Hue L., Le Beller L. Operation Standards for Global

58. ATM Networks: Network Element View // IEEE Communication Magazine. -1996. V.34. - №12. - P.72 - 84.

59. Black Uyless D. ISDN & SS7: Architecture for Digital Signalling Networks. New Jersey: Printice Hall PTR, 1997.

60. Bosse van John G. Signaling in Telecommunication Network. John Wiley & Sons, 1998.

61. Chales E. Perkins Mobile IP. IEEE Communication magazine. 50th Unniversaly commemorative Issue. May 2002.

62. E.260 Basic technical problems concerning the measurement and recording of call durations.

63. ITU T Rec. 1.731. Types and General Characteristics of ATM Equipment. -Geneva. - 1995.

64. ITU T Rec. 1.732. Functional Characteristics of ATM Equipment. - Geneva. - 1995.

65. ITU -T Rec. 1.751. ATM Management of Network Element View. Geneva. -1995.

66. ITU T Rec. 1.371. Traffic Control and Congestion Control in В - ISDN. -Geneva. - 1996.

67. ITU-T Rec. M.3010. Principles for telecommunication menagement network, 1992.

68. ITU T Study Group XI. Specifications of Signalling System №7, ITU - T White Book, Recommendation Q. 730 - Q.737, Q.761 - Q.767, Geneva, 1992.

69. ITU T Study Group XI. Specifications of Signalling System №7, ITU - T White Book, Recommendation Q. 771 - Q.775, Geneva, 1992.

70. ITU T Study Group XI. Specifications of Signalling System №7, ITU - T White Book, Recommendation Q. 704 , Q.705, Q.708, Geneva, 1992.

71. ITU T Study Group XI. Specifications of Signalling System №7, ГШ - T White Book, Recommendation Q. 755, Q.780 - Q.787, Geneva, 1993.

72. Maglaris B.S., Schwartz M. Optimal fixed frame multiplexing in integrated line and packet switched communication networks // IEEE Trans. Inf. Theory. -1982. V.28. - №2. - P. 163-273.

73. Manterfield R.J. Common Channel Signaling. London: Peter Peregrinus Ltd., 1991.

74. Providing Quality of Service in Heterogeneous Environments. Proceeding of the 18th International Teletraffic Congress, ITC - 18, Berlin, Germany, 31 August - 5 September 2003. - Amsterdam: Elsevier, 2003, Vol. 5a, 5b.

75. Recommendation 1.321. В ISDN protocol reference model and its application. ITU-T, 1991.

76. Spooner M. Network Management in a modern digital network // Br. Telecommon. Eng. 1993. - №9. - P. 13.3. 1 - 13.3.7.

77. Welech S. Signaling in Telecommunication Networks. London: Peter Peeregrinus Ltd., Stevenage, 1991.