автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.13, диссертация на тему:Разработка методов расчета и оптимизации ресурсов подсистемы базовых станций сети GSM/GPRS

На правах рукописи

Бибикова Елена Григорьевна

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ РАСЧЕТА И ОПТИМИЗАЦИИ РЕСУРСОВ ПОДСИСТЕМЫ БАЗОВЫХ СТАНЦИЙ СЕТИ GSM/GPRS

Специальность 05.12.13 Системы, сети и устройства телекоммуникаций

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Самара 2005

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Поволжская государственная академия телекоммуникаций и информатики» (ГОУВПО ПГАТИ)

Научный руководитель -Официальные оппоненты -

доктор технических наук, профессор Солодянников Ю.В.

доктор технических наук, профессор Карташевский В.Г.,

кандидат технических наук, доцент Есипов Б.А.

Ведущая организация - Государственный научно-производственный ракетно-космический центр «ЦСКБ - Прогресс».

Защита состоится 30 июня 2005 г в 13 часов на заседании диссертационного совета Д 219.003.02 при Поволжской государственной академии телекоммуникаций и информатики по адресу: 443010, г Самара, ул. Льва Толстого, 23

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью учреждения, просим направлять по вышеуказанному адресу.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУВПО ПГАТИ Автореферат разослан « й сЛ-_2005 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 219.003.02 д.т.н., доцент

Мишин Д.В

//ь з, 6

M6W09

л J

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Современный лап рлзнтия соей соювой связи харакюризусчся перехо юм 01 систем сотовой связи 2-ю поколения (сечей 20) к сисюмам Ч-ю поколении (се 1 ям 10). при ком стандарт 08М в фаю 2.5(1 обеспечинае! б;и) для эволюционною перехода к се)ям 30 с максимальным испоныовамием иод1 oтoвJIeннoй инфраструктуры

В реплыле внедрения новых услу1 сушеовенпо увеличиваеюя доля передачи данных в моби 1ьны\ сетях чо отношению к речевом) I рафию, Возникаем необходимость при проек1 ировании сеюй 2 5 С» учитывав и про! нозировап, рос1 Iрафика передачи данных который не учитывался при планировании рашишя се[ей соювой связи вюрот поколения в икнветешии с мою (иками. \ [верждепными Руководящими докумешами

В настоящее время не существует >1вержденных либо рекомендованных к применению методик расчета и проекшрования се(ей 2 5 О, в резульиие чет операторы сталкиваются с существенными сложностями при планировании сфоигельсша и развития лих ее1ей

С ложности с использованием в лих целях еущеавуюших моделей

обус юв юны 1ем ню бошпинспад и! них разрабоыпо 01делыю для сетей с коммутацией кана юв (КК). [ибо для ceieñ с комму 1ацией пакетв (KII). чибо ыя сетей с адаптивной коммутацией с двусюроппим смещением порош Наиболее известными работами в пой области являклея исследования М Шварца. АН Назарова ВМ Вишневскою, А И Ляхова, li Л Кузнецова. Л.В Мархаеииа По анализируемые в лих исследованиях методы не применялись для расчета сечей GSM/GPRS. являющихся по своей сути се!ями с гибридной коммуищией (1 К) с односторонним смешением порога, реализованной на базе временною разделения каналов Таким образом, исследование на 1ем\ «Расче! меюдов расчет и отимизапии ресурсов подсистемы базовых ыапций сети GSM/GPRS» являемся актуальным позволяющим решшь нракжческие инженерные задачи рашишя ce i ей подвижной свят

Объектом исследования диесеришии являклея ccih соювой подвижной связи стандарт GSM с GPRS и/или I IXih

Предмет исследования - анализ верояшооных харак1срис!ик (рафика

сеж GSM 2 5 поколения (с GPRS и/или F.DGF), разрабо!ка метода pac4eia naipv юк и качественных характериешк в се!ях GSM с GPRS, моделей распределения ресурсов се!ей. приюдных д 1я проектирования и инженерных расчетов разрабо1ка атюритма ошимллыкмо распределения ресурсов л их сетей с целью максимизации дохо юв ci пропуска трафика при к Ж1ерие1иках ее1Сй

Цель работы - оптимизация использования ресурсов подсииемы базовых сипщий сети GSM с GPRS/KDGL! для пропуска iрафика с i ибрилной комм_\ [дцией

Основные задачи исследования:

исследование и анализ вероя! ностных характеристик фафикасети GSM/GPRS с I ибрилпои комм) гацией с односторонним смещением nopoia с постоянной (липой никла, реализованной на базе временного разделения каналов, разрабопса метола расчета фафика и качественных характеристик в сетях GSM с GPRS, приюдпыч дня проектирования и инженерных расчетов - разработка модели ошимальною распределения ресурсов подсистемы базовых сIлиний (BSS) сетей.

paipaooiKa аиоршма ошимальною распределения ресурсон подсииемы BSS сети GSV1 с GPRS/I'I)G1 между [рафиком с комму!аииеи канатов <КК) и комм) |апией пакетов (Kl I)

ошимизания конфшурации ресурсов подсистемы BSS для пропуска фафика с коммутацией каналов и комму 1ацией пакетов.

Меюды исследования

Основные теоретические и экспериментальные исследования диссертационной рабо!Ы выполнены с применением методов имитационно!о и макматческот моделирования, методов теории массовою обслуживания, 1еории вероя шоетей. магматической еташаики. !еории случайных процессов

Научная новизна работы

В pa6oic впервые-

применен метод описания состояния системы с помощью дифференциальных уравнений для оценки качеет венных харак1еристик сети GSM с GPRS, разработана математическая модель расчета трафика сети с i ибридной коммутацией с односторонним смещением порога применшельно к сеж GSM/GPRS.

разрабомн алгориш ошимальною распределения ресурсов между КК и КГ! сообщениями в сети GSM 2 5 поколения, обеспечивающий максимизацию дохода о) пропуска[рафика

применена разрабо[анпая моде и, для отимизании конфшурапии ресурсов Н0ДСИС1СМЫ BSS для пропуска КК и КГ! тра(|)ика в сети GSM с GPRS ЗАО «С'MAP I С» в Самарской области

Практическая ценность и реализация результатов работы

В рабо(е предложен новый метод инженерных расчетов [рафика сети GSM GPRS, на основе которою разработан алгоритм оптимизации распределения радиорссурсов сети GSM GPRS, позволяющий уменьшить капитальные iaipaibi на построение сети и повмежь качество обслуживания абонентов

Разрабо1анная в работе модель расчета графика сети GPRS позволяет рассчи1Л1ь сеть GPRS на лапа* проектирования и развития

Разработанный -в работе алгоршм оптимизации ресурсов подсистемы базовых ианций (BSS). а также метод расчета графика сети GPRS приняты к

испо п.юванию оператром ЗАО «СМАРТС». прелоешвляюпшм усл\1п юючои сияш в стандарт GSM-900'l800 на территории Цешралыют. I ^тивслжско-Уратьскот. Южною укрупненных Федеральных окруюв

Апробация раб(ны

Основное содержание работы докладывалось и обсуждалось на XII Российской научно-технической конференции ШАГИ (Самара 200*1 ) V юбилейной Всероссийской научной конференции «Наука Ьизнес Обрак'Вапис« (Самара 2002i ) XV Межре! иональном семинаре руководи!елей и coipy шиков предприяшй. входящих в iруину компаний «СМАРК. » (Сочи 2004i )

Публикации

Основное содержание диссертации отражено в 8 опубликованных рабо ах 11уб жкации включаю! 2 материалов докладов. 6 ciaiefi в научных иианиях

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, чешрех i шв ¡аключепия. списка ли1срагуры и приложений Основная чаиь рабои.1 кключасч 99 cpainii Общий объем работы, включая приложения 137 ирапиц И приложениях прине 1ены результат расчеюв. а 1акже разрабо!анные профаммы и документ подт верждающие внедрение.

Положения, выносимые на защиту

математическая модель расчета графика cein GSM/GPRS. как ссчи с i ибри i юй комму 1ацией с односторонним смещением порта

мс 1 од инженерных расчеюв нафузки в сеги GSM 2 5 поколения с 1ибрид юн комму [ацией.

модель опенки качественных хараюериешк для сеги CiSM (il'RS. - an ори im отимальною распределения ресурсов между КК и KII сообминичми и се in GSM 2,5 поколения

КРАГК01 СОДКРЖАНИК РАБОТЫ

Введение

Данный 11 у н к I выявляем наиболее ак|уальныс проблемы отимтапин распре тления ресурсов подсистемы базовых С1анция сеш GSM/GPRS. коюрыс позволяют уменьшить вероятность потери пакетной) сообщения при (лшппон вероятности потери юлосовых сообщений. 1ем самым максимизирован, вырино oi пропуска трафика Здесь 1акже выполнен обзор проведенных ранее иестс ювапии сформулированы цель и задачи диссер!ационной рабоim. основные но и.жспия выносимые на шциту, перечислены методы исследования

1лава I

Данная i.uma является обзорной, в ней приводшея анализ возможных ифи.нпов пропуска GPRS фафика в различных сетевых условиях, а также о íouioBciiia пеобхо ihmoci ь разрабо1ки нового меюда инженерных расчетов фафика и опенки качес! венных хараюеристик се1И GSM с GPRS и ЕГЮЬ

C'en. GSM/GPRS представляет собой информационную сиаему. в коюрой о (повременно передаемся речевой и пакетный график Это необходимо учитывать при и i,жировании ее ындания и дальнейшего развития Оценка качественных х ip.iKiсрисiик сечей GSM/GPRS, оптимизации ресурсов на всех ее участках, о.nómino в подсисмеме BSS. которая явдяе!ся общей с точки зрения передачи КК и KII i рафика иаповикя особенно необходимой, если учеаь то что подсииема HSS яи шеа'я наиболее юрогосюящей час!ью сети GSM 2.5 поколения и доля ее в к пин,i и.ni,IX tai pa iax опера юра соювой связи сос!авляег jo 75% о i всех за t pa t па oóop\ tonaiiHe Ранение задачи ошимизаиии распределения ресурсов BSS между К1\ и KII фафиком являемся наиважнейшей задачей всех операторов особенно в \ с юниях жесм кой конкурентной борьбы за расширение сектора рынка

Рсчхлыаюм проведенного анализа является вывод о юм. что с\П1СС1в\101цие меюды и модечи планирования развития сетей не обеспечивают yici передачи пакетною трафика в сетях GSM, повышения пропускной способносми сетей за счег внедрения новых информационных rexHo.ioi ий

Ипе фепие iexi-гологии передачи информации с помошью ¡ ибридной комч\ 1инии применяемое в протоколе GPRS, создает псрспсюивы удовлетворения iioipeónocien пользователей в высокоскоростных му 1ьтимсдийных устах с помощью су щсы ву юших сегсй подвижной связи без крупных каптальных в южепий на их реконсфукцию

Реашзация пих перспектив возможна на основе научных исследований обеспечивающих отимизацию сетей для пропуска КК и КП фафика

Глава 2

H данной i лане разработана математическая модель ошимальною pai upe ie 1спмя ресурсов подсистемы базовых станций, а также чеки расчет i рафика и опенки качес! венных характеристик в ест и GSM с GPRS/CDGb

Мак-мажческая модель основана на теории массового обе пживаниия ее и ievi восходи i к ранним рабтам Г П Башарина и его школы

Пусп. на систему массового обслуживания (СМО) (рис 1) содержащий S капа юв поступаю! пза поюка требований с параметрами ^ и Я, соогвектвенно

Иремя обе 1>живания фебовании обоих поюков - независимые случайные |<е 1ИЧИШ.1 распре (еденные rio жепоненциальному закону с параметрами ^ и ^

cooiHcicineinio И каналов из S tlí<S) ¡арезервировано для второю потока фебовании фебования первою потока их использовать не могут Оаальные \ — И каналов испо 1ыуются как требованиями первого потока, так и требования iMopoiо поюка

очеоель

обслуживаем ] } ыхКК | сообщений

порор

число

ф oбcлyживaeJ мыч КП сообщений

*>-» чнс 10 капа юм ч сисюмс

10С1\11ПЫЧ 1 !И поре I г!Ч И ре1,И

11 - ЧИСЛО

каналов.

жестко

закрепленных

N - оощее число каналовв

сисю 1с

Рис 1 СМО ЫС в сеги ОЧМ/Ы'КЧ

I ребования первою потока поступают на обслуживание немел 1спмо. С1 ш ес1Ь хоть оцин канал из Ь' — П (не зарезервированных пол в юрой ноюк). не обслуживающий требования первого потока, причем, если из них капал >в ны свободною, но есть обслуживающий |ребование второго ! км ока. ю он ньпеанет требование второго потока в очередь длиной ГП Требования второю поюка встают на обслуживание немедленно, если есть хоть один свободный капал иначе присоединяются к очереди Порядок отбора требований из очереди прямой I II О

Оанородный фанзитивный марковский процесс оииеынаюп ии

работу данной системы, можно определить над следующим нроы раны ром состояний

где

Г2 = {(&,,к2,1)кх = 0,.у,к2 =0, у-А:,,/ = <и

- суммарное число требований первою поюка. пахо опшчея на обслуживании,

к, - суммарное число требований вюрою поюка. пахо омцичея на обслуживании,

I - число фебований второго поюка в очереди

На основе матричного метода исследования указанной СМО. расеппапа данная сиыема на основе сиыемы дифференциальных уравнений рлкнонаия сиыемы. записанной в мафичной форме

В связи со специфическими особенноыями шшаьислмтт ыкопа состояние сиыемы в некоторый момент времени вполне опреле шыся чне мчи

к{ к/ Деистше 1ыю вероятность того, что слечующее требование посипит в MOMCHI 1+11 и нерояшооь loiо, чю обслуживание требования, находящеюся в ui-iu-e нне окончиIся н момеш / + V. не зависят от течения рассматриваемого процесса маееоною обе |уживания в прошлом Следовательно, прогноз будущею кчения процесса при ус ювии чю извесшо число требований находящихся в ышсмс и момеш I. не может быть улучшен дополните 1ьными сведениями о прши |ом hoi о процесса Иначе i оворя. процесс x(t) является марковским

Выведем соотетствующую матрицу перехода

Рассмафиваемая СМО (рис 1) может находиться в четырех типах еосюяпнй Каждое подмножеств состояний рассмотрим отдельно

1 =0,А'-и-1. к2 = 0,$-*, - I. 1 = 0,

2 к, =0,s-n-l, k1=s-ki, 1 = 0,т.

3 к) =s-п. к2 = 0, п -1. 1 = 0.

4 к, =s-n. к2= п. I = 0, т

Обозначим через Ек ^ / состояние, при котором в системе находятся кл

i ребоиании первою hoi ока. к-, фебований второю потока, I фебований второго

поiока находя 1ся в очереди Вишервале + могут проиэоши следующие переходы

< I к, / • ^к,-1 *;./ ~~^ ^к, .к, I ■ 1 к2 I Eg, к2 I ■

> ' Ektk2*\l Ekt k2l

iklh, ,(/)■ kt=0,.s-n-\. k-,=0,s-kt-\ /=-0

(ммммонная нерояihociь сосюяния Ek k : в момент t Получим вероятности порехо ш Ilytib Adt - вероятность поступления требования первою поюка в ишерваде dt а ^¡^ - вероятность окончания обслуживания требования первого поюка к моч ишерваде когда ^ >о Аналогично вероятноеi ь поауп тения

фебовлния шорою иоюка в интервале dt, a fj^dt - вероятность окончания оос. 1\живапия фебования в юрою иоюка в )том ишервале когда к^ > О 1о1да н .1еем

Изменение сосюяния Всрояшосп, перехода

р? _^ £ (I - A,dt)( I - A-Jt)( I - kifJidt)( I -k;/.hdl) = I - Aidl - A«\t -k,fi,dl - k^jhdt

,кл J Aj ,k 2 ,/

p p Atdt(\ - A,dt)(\ - (kr\)f.iidt(\ -kjfhdl) £ Ajdl U(A;)

к,-].кт,1 kt,k,,l

p p (\ - A,dl)(\ - A.,dt)( k,+ ])/.iidt{\ -k,f.hdt) = { k,+ \)fi,dl

A, +1 k,,l kt,k2,l

p £ (1 - A,dt) A:dt)( I - *,//,rff)( I -(krl)thdi) = A:di IJ(*,)

kt k-,~\ I ^kf к , J

p —> £ (1 - A,dt)(\- A:dl)(l - k,/.i,dt)(k^\)p:dt ? ( k,+ \)/ull

к, к t I /

x>0, [О, x < 0,

При lсо производная стремится к нулю и уравнение сосюяния первого подмножества приводится к виду

(-л, - Л, ~кг/и2)Рк1 t^+ÄiPti_u lU(ki) + (kl+\)/.ilPki

и к I +

: + (2) Анало! инно выпишем все возможные переходы соеюяний и ¡апишем их вероятное! и для второго подмножества состояний

(-Я, -Я2 +Ä2dtd'{m-l))Pll ll2l + ÄlPki ,¿>'(0 +

+VMi uS(l) + k2M2Pk^l+lU(m-l) + ÄlPki U!,IMi/(V/) + +ÄiPk_i^iS(m-l)U(kl) + (kl H)/^ 11; IMi/(/n-/) +

ity(/) = ° (3) Аналогично выпишем все возможные переходы соеюяний и ¡апишем их вероя i ноет и для фетьею подмножества соеюяний

+(*, i/^i" = 0 (4) Аналогично выпишем все возможные переходы сосюяпий и ¡анишеч их вероятности для четвертого подмножества состояний.

[-Л, -А:,^, -^/д + А^Ои-/)]/^ lj( + ,<?(/) +

"^ЛгЛ,.»,-!, + <з ,+1 U(m - I) + ДД , , (/(/) + +4Л, и; „¿(т-О + л,/», /) = () (5)

HMCCIC l условием нормирования

, n »-к I tii

XZX'U-' (6)

(1-0 i 2=0 /-(I

Всрояшосги Pk¡ k l(k] —0,S,k-, = 0,S — kt,l = 0,m) можно

ошошачпо онремслип» решив систему уравнений состояний любым методом, например меюдом 1 ауееа

Зная Рк к i • определим следующие основные характеристики ¡ибридной

(МО

всрояпюсп. f m i ерь речевых вызовов 71^. которая равна верожноаи юю. чю

все S — П не заре!ервированные для GPRS каналы занжы речевыми вы ювами

А 1=0 /=0

^~> т

вероячюаь потерь пакетов, - равную вероятности того, что все мест

ожидания в очереди заняты

= .....' (8)

к 1 И

ере (нюю i.iniiv очереди иакеюв

т % /i

/=] *|-0

суммарную пропущенную нагрузку, равную среднему числу занятых каналов' У = Уу(\-Я^ + У2(\-ЗТ2), (10) |>1С V, =Л,///Г >',=Я,//А

В pesvjibiaie разрабоона модель, описывающая возможные сосюяния р<юо1ы обору ювания подсистемы базовых станций без уче!а сбоев Выполнено форма тзованпое описание лих состяний. позволяющее решить систему 1ифферспциальных уравнений меюдом Гаусса для расчета качественных харак1ерисшк анализируемой сис1емы массовою обслуживания, а 1акже суммарной пропущенной сетью нагрузки

Формулировка и решение данной задачи позволили создать алгоритм яв 1ЯЮШИЙСЯ основой пршраммы расчета вероятностей отказа КК и КП (рафика с учеюм числа ¡арезервированных каналов PDCH для пропуска пакетного (рафика ')ia про! рамма яв (яеа'я pea шзацией разработанного в данной i лаве метода расче(а naipyjoK и качественных характерисгик подсистемы базовых станций сети GSW с Cil'RS и I.DGI-;

Разрабо(апные май-магическая модель и методы расчета па(рузок и качсавенпых харлк>ерис1ик подсис!емы базовых станций сети GSM/GPRS

обкединепы в мезодику оптимизации распределения ресурсов иодсиаемы базовых С1анций для передачи пакетных и юлосовых сообщений, коюрую можно примени ib для инженерных расчетов

Глава 3

В данной злаве разработана имитационная модель, обеспечивающая расчсч изменения качественных харак|ерис!ик (вер0Я1Н0С1ей (цказа КК и KII сообщении) в режиме реащного времени Ото позволят продолжим, исследования, чыполненные в данной работе в направлении проекзирования сисчсмы авгомаз ическоз о peíулирования распределения ресурсов нодсиасмы ба!овы\ смнций ce i и GSM/GPRS и pocia к|)фек1ивнос1И использования лих саси

Таблица I Pesy ibidiu имиыззионшно моделирования

Номер lo 1 ы 1 ! 2

Чис ю PDUI i КК п кп КК К11 КК КП

¡0 0.000444888 0 00046812 0,049581966 0,117107688 3,867721 -05 2 011921-05

1 0,001228825 0 000103376 0,074697635 0 072046114 0,00028258 6 272141 -06

2 0.003266708 4.IE-07 0,109446802 2.65Г-02 0.000892202 5 01 -09

3 0,007900631 0 0,151176172 2.041-03 0.002562665 0

001779115 0 0 20309686 2.88Г -05 0 00683164 0

5 0,036053514 0 0,257446173 3 51 -07 0,01624693 0

0 068171103 0 0,324791467 5,001.-09 0,035928893 0

7 0 117203534 0 0393419236 0071050126 0

Результаты имитационно! о моделирования (I лбл 1) показали, в часзноыи фактическое совпадение рассчитанных по анализическои и ими!ационной моделям характеристик (в смысле сходимосзи. высокой тчносзи и надежноеt и) Погрешность измерений, рассчшанная с применением перавенеша Чебышева. составляет £,=0.000974

Кроме loio имииционная модель позволяет пронесiи пракжческую апробацию разработанных меюдов и моделей и рассчиши, зффекз ивноа ь их применения

Глава 4

В данной [лаве применение разработанной в наезоищем диесерыционпом иссле юваьии модели оптимизации распре чтения ресурсов иодсис1емы б,новых сзанций. а 1акже метода расчета нагрузок и качеавепных \арак1ерис1ик сеш GSM/GPRS представлено на примере проекта внедрения услуз GPRS па сети сотовой связи стандарта GSM ЗАО «СМАР1С» в Самарской облааи

Рассмазриваемый пример не являезся специфическим Лпало1ичпые задачи можно решать для всех предприятий, зфедоыанляющих услуш мобильной связи в сзандар!е GSM и реализовавших на своей сети ycjiyi и GPRS или 1 DGI'

Д.|я расчета приняты исходные данные приведенные ниже

1 Удельная абонентская nal рузка (i олосоная)

(ля абонешок. japeiиетрированных в HLR Vkkhlr =0.015 Эрл. для абоненте, зарегистрированных в VLR - укку(ж =0.018Эрл

2 Удельная пакетная абонен!ская нагрузка абонентов GPRS укп 500 Бит/с

3 Средняя продолжиlejibHocTb разювора-СКк=50 с

4 С редняя длина пакета GPRS Ckrf- 420 Байт=3360 Ьи!

5 liai рузка в ЧИП (Y,; в каждой coie всех базовых станций распо гаженных в пределах юрода Самары (Приложение ! )

Ь Число i айм-сло i ов s, в со i е

7 Максимальная верояшоиь сяказа речевого сообщения на радиоишсрфсйсс 1'КК норм 54«

8 С хема кодирования С S-2 пропускная способность PDCH УИ(- 13.4 КБш/с

Рассчи1асм удельное число попьпок вызовов в ЧНН для юлосовых соединений'

N m ц Л=У кк *36()()/СКК=0.015*3600/50= 1.08 ед

loi.ia ин 1СПСИВПОСiь поступления речевых заявок в ыой coie будет равна

a,= Nbhca*N/3600. i дс N,- число абонентов в ЧНН в мой coie

Удельное число попыток вызовов в ЧНН для GPRS соединений Nshda =Укп*3600/Скп-500*3600/3360=535.74 ед

loi да ишенсивность поступтения пакетов в i-той соте будет равна

^ = NBHDA*NÙPRSl/3600. i де NopKs. - число абонентов GPRS в ЧНН в i-той coie Ишенсивноеть обслуживания КК сообщений

Мкк Скк=0 02 заявки в секунду

Ишенсивноеть обслуживания KI1 сообщений для CS-2'

Ш.г VK1,/8/ С:кп 13400/8/420 3,99 пакета в секунду

В каждой соте, имеющей 2 и более [RX есть 2 сигнальных тайм-слота (обрабатывают сообщения ОКС-7 и в расчете не учла куют), поэтому число гайм-слотв в секторе

s, 1Чтч*8-2 (II)

Проведем расчет дтя БС'0-'02

Число абонешов в ЧНН в мой coie рассчитывается по формуле

N,=Y,/yKf>viR

Резулыапл расчета для БС0/02 приведены в табл 1. а для всех базовых етанций сети GSM с GPRS ЗАО «СМАРТС» работающих в i Самара, приведен в 11риложении 2 диссертации

lilfijHIUI I

Количество абонентов и создаваемая nai ру^ка н i-юй une ht 0.02

Наименование ЬС соты 1 Число TRX в соте N1RXI Нагрузка в ЧИП в 1-1 ой соте Yi Эрл Число абонешов Ni Чис ю (il'KS абонент» N.lMtSi

БСО/02 "Дом промышленное! и" 1 2 6,42 357 16

2 2 12.59 699 70

3 2 5.4 300 40

Вероятности по;ери КК и КП сообщений в зависимое!и oi числа ( ) шим-елоюв зарезервированных для пакетною графика в i-юй ине. рассчимпныс н соответс!вии с (8). (9) приведены на Рис.2

0 4

О 15

а.

j 11 1 а

1 0 25 с

Î 02

ï 0 15 я

| О I со

0 05

О

у —»-Р1кк

m Р1кп

^ * Р2кк

Р2кп -* РЗкк -» РЗкп Рккнорм

(I I 2 1 4 5 <■ /

Число 1нре»рвиривинных PDCH.j

Рис 2 Вероятности потерь КК и КП сообщений для ЬС'0/02

В соответствии со сложившейся рыночной тарифной политроп операторов сетей GSM предоставляющих услуги сотовой подвижной спя ¡и на территории Самарской обысти, стоимость 1 Эрлажа КГ1 сообщений в 2-2.5 раза выше, чем стоимость 1 Эрлаша КК сообщений, следовлельно. доход ouepaiopa б>де! возрааать с увеличением числа каналов PDCII завезсрвиронанш i\ i i>i пропуска КМ графика По »тому ыавным критерием ошимшапии примем максимальный обьем КП сообщений (максимальное число 1>1)( И зарезервированных по КП iрафик) при непревышении норма!инной всромшо.ш 01кд30в КК сообщений

При я ом ошимальное число шйм-с.ююк PDCII и иие зарезервированных по передачу КМ сообщений (п,„р1) определяйся с.и. ыошей целевой функцией

n10p, - птах (о,), при^к^К-п,,)-PKKll„|n,). (12) l=(),J

i ic I - максимальное число гайм слоюв которые могут быть ¡. резервированы по/1 KII сообщения в i-той соте

При лом на сети действуют следующие Офаничения. которые необчо 1имо учес п. в расчете

1 Максимальная верояшость откача речевого сообщения на радиоинтерфейсе 1' ........

2 Максимально 4 1айм-слота PDCH может быть назначено для одного моби плюю юрмипала

3 !ак как GPRS фафик сильно асимметричен, го рассматривался юлько к,ша i по напран 1ению oí НС' к абоненту (down link)

I < \ема ко щрования CS-2 - пропускная способность PDC'H VM|= 13 4 КБи|/с С'ре шее чис ю доступных PDCH в i-гой соте определяется разностью о чист чис ia мйм-слоюв в соте (11) к среднему числу тайм-слотов, занятых под пере ычу КК сообщений, рассчитанному по I формуле Эрлаш а (к,)

npdc hi= s- к i

С ре шяя скоросп, передачи GPRS фафика в ЧНН на PDCli V4,* (Кби(/с) V4„= Noi.i(s,*>kh I "pdch, С Ч)

I Ipii установке парамстров подсистемы BSS в соответствии с (12) абонету обсспсчпнастся i арашированная скорость передачи GPRS трафика которая опрс ic |ястся как отошепие суммарной пропускной способности каналов PDCH на чис ю абонент» (¡PRS в мой coie

VId|)= пюр, *VKM / Noprs, (14) Рез\ ibian.i расчста n„„„. V,C|, приведены в габт 3

1аблица 3

Ошима п.нос количество тайм-слотов, зарезервированных под передачу _КП трафика__

11аимепонапис Ь( № со ты i Оптимальное число PDCH ^00(1 Среднее число доступных PDCH прссн, Средняя скорость ПД на PDCH (кБиг/с)* V v cot

I.C 0/02 "Дом нромыш leiiiiocm" 1 5 7.58 2,35

2 0 1,41 13,4*

3 6 8.6 1,74

* - Формула (13) ииюльзуе1ся юлько тля nenepciруженныч coi при K.i>k4i*>mi - Hi'ixHi *VKI1. в противном случае Vipl принимается равной пропускной i пособпости канала

Рсчулыаты расчетов говоря! о юм. чю верояшоси, жнерн KII сообщений в результате применения разрабсмэнной в диссеришии модели можно уменьшить в первой соте более, чем в 10 раз установив число, зарезервированных PDCH для GPRS i рафика. п1ор1 = 5. а в третьей соте - более, чем К)" раз. u i шомин число зарезервированных PDCH для GPRS графика. п,ор1 - 6

Из расчега видно, что во втрой coie >де ншрузка велика ¡иачепне и „,, =0 означав! что в данной соте не нужно резервировап> ыйм-сюпа под Ml тра(|)ик. а необходимо установить динамический режим, при ко юром К11 рафик занимае! iайм-слиi 'по фебованию" при наличии свободною ишм-с.кна. пе запяюго под передачу КК графика (КК трафик имсе! приортет) В нервоп же и третьей адне. где поступающая речевая нафузка составляет 55-60% пропускной способной и соты, оптимальным решением является резервирование ¡ii,,,,, 5 и n-¡0|.r=6 гайм-слоюв При этом в 1 и 3 соте rapan жровапная скорое и. пере ими GPRS-фафика составляет У^^-КбкБит'с и У1пф=2.4кби|/с cooi век темно

Резу тыат расчета пК)р, и Vip д гя всех базовых ианпий сети GSM с GP4S ЗЛО «С MAPlCí) работающих u i Самара. приведен н Приложении 1 диссер! тин

13 результате проведенной оптимизации обшее число зарезервирован!! ,ix каналов PDC11 для сети соетавляет S пюр[ -866. что составляет в среднем по ce i и 3.8 PDCH на согу При этом 40 сот, что составляет -18% от общею числа, являкнея тгерет руженпыми (n10pt =0) и требуют расширения числа TRX в coie

В результате оптимизации при сохранении объема и качеетва речевою графика на всех базовых аанциях 1де п11)(„>(). обеспечена имитированная скорое!ь передачи КП (рафика

Кроме тою доходы оператора сотовой свяш oí пропуска ipaijii ка па за! руженных пазовых етанциях увеличены в среднем на 15%

Использование программы (приложение 4) иозвсыяст минимизирован, фуюзлтраш инженерного персонала при использовании разрабомпнои мою щки на практике

Заключение

В заключении сформулированы основные резулыап.1 диссерташьтной работы, заключающиеся в следующем

1 РазрабО!ана магматическая модель отималыюю pauipc/ii. ¡сипя ресурсов подсистемы базовых сгапиий сети (jSM/(iPRS и I DGI

2 Разработан метод расче!а фафика и опенки качеи веппых чаракгериетик в сети GSM с GPRS/EDGE

3 Разработан метод расчета оптимальною числа kihm-c.ioiob. зарезервированных для пропуска КП фафика с учетом кри!ерия оптиматьноети - максимизация доходов операюра сети (iSM

4 Разработан алгоритм оптимального распределения pccspcon подсистемы BSS сети GSM с GPRS.T.IXil между i рафиком с коммутацией каналов (КК) и коммутацией пакетов (КП) и программное обеспечение ею реализации

5 Разработана имитационная модель. обеспечивающая расчет изменения качественных характеристик сети GSM/GPRS

t^iZGGZ.

2006-4 11536

6. Все вышеперечисленные модели и методы объединены в методику инженерных расчетов трафика, качественных характеристик и оптимизации ресурсов сети GSM/GPRS.

Результаты, полученные в данном научном исследовании могут быть использованы для любой сети GSM/GPRS, EDGE, а при продолжении исследований в дальнейшем и для сетей подвижной связи третьего поколения.

В Приложениях проведены исходные данные и результаты расчета значений оптимальных параметров подсистемы базовых станций сети GSM ЗАО «СМЛРТС» Самарской области, программа расчета трафика и качественных характеристик сети GSM/GPRS, программа имитационной модели и акты внедрения результатов диссертационной работы.

Публикации:

[ 1 ] Бибикова Е Г Методы расчета качественных характеристик в сетях GSM 2 5

поколения.// Материалы XII российской научной конференции ПГАТИ - 1

Самара, 2005 - с268-270.

[2] Бибикова Е.Г., Антонов В.В., Кирюшин Г.В. Совершенствование системы взаиморасчетов между операторами мобильной и стационарной связи.//Мобильные системы. - 2004 №8 - с.50-53

[3] Бибикова Е Г Анализ опыта внедрения системы взаиморасчетов между операторами сетей электросвязи. // Телекоммуникационное поле регионов. -2004. №4 - с.23-25.

[4]. Бибикова Е Г. Анализ опыта внедрения системы взаиморасчетов между операторами сетей электросвязи. // Вестник связи. - 2005 Xsl - с.70-71.

f5J. Бибикова Е.Г., Антонов В.В., Кирюшин Г.В. Быть ли цивилизованному рынку графика в России? //Вестник связи. - 2004 №7 - с.57-60

[6] Бибикова Е.Г. Анализ опыта внедрения системы взаиморасчетов между операторами сетей электросвязи. // Мобильные системы - 2004. №12 - с 3638.

[7]. Кирюшин Г.В., Антонов В.В., Бибикова Е Г. Быть ли цивилизованному рынку графика в России? //Телекоммуникационное поле регионов. - 2004 №3 - с.38-

[8]. Коровкин Г.Л, Скиба М.В., Бибикова Е.Г. Логистические основы моделирования предпринимательской деятельности // Материалы V юбилейной всероссийской научной конференции «Наука, бизнес, образование' 2002» - Самара.: СГТУ Поволжский институт бизнеса., 2002. -с. 112-113.

Подписано в печать 25 05 05 Формат 60х847№ Бумага писчая № ! Гарнитура Тайме Печать оперативная Уел печ л 0,93 Физ печ л 1,00 Уч-изд.л 0,52 Тираж 100 экз Бесплатно

Типография государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Поволжская государственная академия телекоммуникаций и информатики» 4430)0, г Самара, ул Л Толстого, 23 Тел/факс (8462) 39-11-11,39-11-81

41.

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИИ ПРОПУСКА ТРАФИКА И ОСОБЕННОСТЕЙ ПРОТОКОЛОВ РАДИОИНТЕРФЕЙСА В СЕТЯХ GSM/GPRS.

1.1. Общие характеристики стандарта GSM.

1.2. Структура TDMA кадров и формирование сигналов в стандарте GSM.

1.3. Структура логических каналов в GSM.

1.4. Организация физических каналов в GSM.

1.5 Технология GPRS.

1.6. Архитектура сети GPRS.

1.6.1. Интерфейсы GPRS.

1.6.2. Протоколы GPRS.

1.6.3. Схемы кодирования сигнапа.

1.7. Выводы.

2. РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ ОПТИМАЛЬНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ РЕСУРСОВ ПОДСИСТЕМЫ БАЗОВЫХ СТАНЦИЙ ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ПАКЕТНЫХ И ГОЛОСОВЫХ СООБЩЕНИЙ И МЕТОДА РАСЧЕТА ТРАФИКА И КАЧЕСТВЕННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СЕТИ GSM/GPRS.

2.1. Постановка задачи.

2.2. Математическая модель оптимального распределения ресурсов подсистемы базовых станций сети GSM с GPRS и EDGE для передачи пакетных и голосовых сообщений.

2.4. Метод метода расчета трафика и качественных характеристик сети GSM с GPRS HEDGE.

2.4. Методика оптимизации распределения ресурсов подсистемы базовых станций для передачи пакетных и голосовых сообщений.

2.5. Выводы.

3. ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ МЕТОДА РАСЧЕТА НАГРУЗКИ И КАЧЕСТВЕННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОДСИСТЕМЫ БАЗОВЫХ СТАНЦИЙ СЕТИ GSM/GPRS.

З.ГОсновные принципы и этапы имитационного моделирования.

3.2 Описание имитационной модели.

3.3 Алгоритм работы имитационной модели.

3.3 Анализ результатов моделирования.

3.4 Выводы.

4. ОПТИМИЗАЦИЯ КОНФИГУРАЦИИ РЕСУРСОВ ПОДСИСТЕМЫ БАЗОВЫХ СТАНЦИЙ ДЛЯ ПРОПУСКА ТРАФИКА С КОММУТАЦИЕЙ КАНАЛОВ И КОММУТАЦИЕЙ ПАКЕТОВ ДЛЯ СЕТИ GSM С GPRS ЗАО «СМАРТС» САМАРСКОЙ ОБЛАСТИ.

4.1 Схема организации связи существующей сети ЗАО «СМАРТС».

4.2 Расчет оптимальной конфигурации ресурсов подсистемы базовых станций для сети GSM с GPRS ЗАО «СМАРТС» Самарской области.

4.3. Выводы.

Актуальность темы

Несмотря на относительно короткую историю, (первая опытная сеть сотовой связи была развернута в 1978 году) сети сотовой связи в своем развитии уже прошли два поколения: 1G - аналоговые системы сотовой связи, 2G - цифровые системы сотовой связи. Самым распространенным цифровым стандартом систем сотовой связи стал стандарт GSM (Global System for Mobile Communications), разработанный под эгидой ETSI в конце 80-х годов. Сети GSM стремительно развиваются по всему миру, обеспечивая миллионы абонентов высококачественной мобильной связью. Современный этап развития сетей сотовой связи характеризуется переходом от систем сотовой связи 2-го поколения (сетей 2G) к системам 3-го поколения (сетям 3G); при этом стандарт GSM в фазе 2,5G обеспечивает базу для эволюционного перехода к сетям 3G с максимальным использованием подготовленной ин фрастру кту р ы.

Быстро растущая потребность в дополнительных услугах для мобильных г.бон.ентов обозначила необходимость перехода от уже существующих сотовых сетей второго поколения к перспективным сетям 2.5 и 3 поколения, что позволяет ввести принципиально новые услуги, которые раньше были недоступны. Технологии 2,5 и 3 поколения позволяют существенно расширить возможности передачи данных, доступные мобильному абоненту. Так услуги передачи коротких сообщений SMS замещаются услугами MMS (Multimedia Mobile Service). Более высокие скорости передачи обеспечат абонентов большим объемом услуг. Прежде всего это касается высокоскоростного доступа к ресурсам сети Интернет с удовлетворяющей потребителя скоростью. Технологии сетей 2,5 поколения (GPRS, EDGE) позволяют передавать и получать большие объемы данных через Интернет, видеоизображения, музыкальные файлы в стандарте МРЗ, потоковое видео и другую мультимедийную информацию.

В результате внедрения новых услуг существенно увеличивается доля передачи данных в мобильных сетях по отношению к речевому трафику. Возникает необходимость при планировании и проектировании сетей 2.5 G учитывать и прогнозировать рост трафика передачи данных, который не учитывался при проектировании сетей сотовой связи второго поколения в соответствии с методиками, утвержденными соответствующими

Руководящими документами [13,39,40].

Высокоскоростная технология GPRS представляет собой развитие GSM. При ее использовании сеть радиодоступа RAN (Radio Access Network) остается практически неизменной за исключением новой версии ПО и дополнительного аппаратного блока контроля пакетной передачи данных PCU (Packet Control Unit). Именно поэтому GPRS называют технологией 2.5 поколения. В ней вместо постоянного подключенного и, следовательно, довольно дорогого соединения, используемого технологией 3G [33], используется разбиение преобразованного в цифровую форму потока информации (текста, изображения, тональных сигналов и т.д.) на малые пакеты данных, которые сжимаются и кодируются. Затем эти информационные пакеты передаются получателю в «упакованном» виде в паузах, возникающих при передаче речи. Система GPRS обеспечивает значительно более скоростную передачу данных в пределах одного временного слота, чем 9.6 кБит/с, как в сети GSM второго поколения. Фактическая скорость передачи зависит от скорости кодирования, причем максимально достижимая скорость передачи в течение одного временного слота составляет 21,4 кБит/с, что соответствует общей скорости передачи для 4-слотовых терминалов 85,6 кБит/с, а при объединении 8 тайм-слотов - до 171,2 кБит/с.

Технология EDGE позволяет передавать данные еще быстрее, чем GPRS. Повышение скорости достигается за счет использования нового метода модуляции более высокого уровня (8PSK). Применение такой модуляции в сочетании с кодированием (как и в случае с GPRS) позволяет скорость передачи данных довести до 384 кБит/с. Однако эта максимальная скорость передачи может использоваться только при соотношении сигнал/шум >20 - то есть на небольших расстояниях от базовой станции.

В настоящее время не существует утвержденных либо рекомендованных к применению методик расчета, моделирования и проектирования сетей 2.5 G, в результате чего Операторы сталкиваются с существенными сложностями при планировании этих сетей.

Сейчас GPRS в России находятся в начальной стадии развития, EDGE не запущен ни на одной сети, хотя сразу несколько крупных операторов GSM заявили о планах запустить сеть EDGE во второй половине 2005 года.

При запуске сетей GPRS все операторы в течение нескольких месяцев осуществляли бесплатное для абонентов тестирование сетей, в ходе которых фактически определялись основные характеристики построенных сетей GPRS, предварительное планирование которых осуществлялось весьма приближенными методами - как правило, методом экспертных оценок, либо основываясь на стандартных параметрах, предлагаемых поставщиками оборудования и основанных на европейском опыте внедрения сетей 2,5 поколения, которые, зачастую, совершенно не подходят для проектирования сети в России.

Сложности с использованием существующих моделей обусловлены тем, что большинство из них разработано отдельно для сетей с коммутацией каналов (КК) [13,14,17,26,39,40], либо для сетей с коммутацией пакетов (КП) [1,6,14,15,18-20,22,25,29-34,37,38] и не могут быть применены для расчета сетей 2.5 G, являющихся по своей сути сетями с гибридной коммутацией (ГК), реализованной на базе временного разделения каналов [7]. В таких системах весь цикл передачи разбивается на временные канальные интервалы фиксированной длины. Методы и модели, разработанные для сетей с гибридной коммутацией, рассматривают либо системы с фиксированным порогом (ГКФП), при которой каналы тракта жестко распределены между трафиком в режиме с КК и трафиком в режиме с КП [5], либо, в большинстве своем, для систем с адаптивной коммутацией (АК), в которых порог между КК и КП сообщениями смещается в обе стороны, а также имеется возможность заполнения пауз, появляющихся при передачи составных сообщений в режиме с КК. К таким работам относятся исследования М. Шварца, А.Н. Назарова В.М. Вишневского, А.И. Ляхова [3,12,35,36,42], в которых приводятся методики оценки трафика с коммутацией пакетов, либо адаптивной коммутацией, не применимые в чистом виде для сетей GSM с GPRS.

Данные методы не могут быть применены для сетей GSM 2.5 поколения, так как в этих сетях порог между каналами, занятыми под передачу сообщений с КК и КП может изменяться только в одну сторону - каналы, занятые под передачу КК сообщений могут заниматься под сообщения с КП, однако КК сообщения имеют приоритет над КП сообщениями причем возможны случаи, когда под передачу пакетов может быть занято сразу несколько канальных интервалов. Такие системы рассматривались в работах [4,41,51]. В них показана в общем виде возможность использования матричного метода исследования указанных систем массового обслуживания (СМО), который позволяет рассчитать данную систему при различных приоритетных дисциплинах на основе системы интегральных уравнений равновесия, записанной в матричной форме. Этот метод взят за основу в данном диссертационном исследовании и применен для разработки методики расчета и оптимизации трафика для сетей GSM 2,5 поколения.

Отсутствие же методик расчета трафика в сетях GSM 2.5 поколения, пригодных для планирования и инженерных расчетов, результаты которых согласовывались бы с реальными данными, полученными статистическим путем, может привести к ошибкам при планировании и проектировании этих сетей и, в конечном итоге, к значительным потерям инвестиций, построению несбалансированных сетей, не обеспечивающих требуемое качество обслуживания абонентов.

Объектом исследования являются сети сотовой подвижной связи стандарта GSM с GPRS и/или EDGE.

Предмет исследования

Анализ вероятностных характеристик трафика сети GSM 2.5 поколения (с GPRS и/или EDGE), разработка метода расчета нагрузок и качественных характеристик в сетях GSM с GPRS, моделей распределения ресурсов сетей, пригодных для проектирования и инженерных расчетов, разработка алгоритма оптимального распределения ресурсов этих сетей и с целью максимизации доходов от пропуска трафика при заданных качественных характеристиках сетей.

Цель работы

Оптимизация использования ресурсов подсистемы базовых станций сети GSM с GPRS/EDGE для пропуска трафика с гибридной коммутацией.

Основные задачи исследования

- исследование и анализ вероятностных характеристик трафика сети с гибридной коммутацией с односторонним смещением порога с постоянной длиной цикла, реализованной на базе временного разделения каналов;

- разработка метода расчета трафика и качественных характеристик в сетях GSM с GPRS, пригодных для проектирования и инженерных расчетов

- разработка модели оптимального распределения ресурсов подсистемы базовых станций (BSS) сетей,

- разработка алгоритма оптимального распределения ресурсов подсистемы BSS сети GSM с GPRS/EDGE между трафиком с коммутацией каналов (КК) и коммутацией пакетов (КП).

- оптимизация конфигурации ресурсов подсистемы BSS для пропуска трафика с коммутацией каналов и коммутацией пакетов.

Методы исследования

Основные теоретические и экспериментальные исследования диссертационной работы выполнены с применением метода моделирования, методов теории массового обслуживания, теории вероятностей, математической статистики, теории случайных процессов, теории организации.

Научная новизна работы

В работе впервые:

- применен метод описания состояния системы с помощью дифференциальных уравнений для оценки качественных характеристик для сети GSM с GPRS;

- разработана математическая модель расчета трафика сети с гибридной коммутацией с односторонним смещением порога;

- разработан алгоритм оптимального распределения ресурсов между КК и КП сообщениями в сети GSM 2.5 поколения, обеспечивающий максимизацию дохода от пропуска трафика;

- применена разработанная модель для оптимизации конфигурации ресурсов подсистемы BSS для пропуска КК и КП трафика в сети GSM с GPRS ЗАО «СМАРТС» в Самарской области.

Практическая ценность и реализация результатов работы

В работе предложен новый метод инженерных расчетов трафика сети GSM GPRS, на основе которого разработан алгоритм оптимизации распределения радиоресурсов сети GSM GPRS, позволяющий уменьшить капитальные затраты на построение сети и повысить качество обслуживания абонентов.

Разработанная в работе модель расчета трафика сети GPRS позволяет рассчитать сеть GPRS на этапе проектирования.

Разработанный в работе алгоритм оптимизации ресурсов подсистемы базовых станций (BSS), а также метод расчета трафика сети GPRS приняты к использованию оператором ЗАО «СМАРТС», предоставляющим услуги сотовой связи в стандарте GSM-900/1800 на территории Центрального, Приволжско-Уральского, Южного укрупненных Федеральных округов.

Апробация работы

Основное содержание работы докладывалось и обсуждалось на XII Российской научно-технической конференции ПГАТИ (Самара, 2005г.), V юбилейной Всероссийской научной конференции «Наука, Бизнес, Образование» (Самара, 2002г.), XV Межрегиональном семинаре руководителей и сотрудников предприятий, входящих в группу компаний «СМАРТС» (Сочи 2004г.).

Публикации

Основное содержание диссертации отражено в 8 опубликованных работах. Публикации включают 2 тезисов докладов, 6 статей в научных изданиях.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Основная часть работы включает 99 страниц. Общий объем работы, включая приложения 137 страниц. В

4.3. Выводы

В данной главе проведен расчет оптимальной конфигурации подсистемы базовых станций для сети ЗАО «СМАРТС» в Самарской области. В результате оптимизации при сохранении объема и качества речевого трафика, на всех базовых станциях, где П(Ор(>0, обеспечена гарантированная скорость передачи КП трафика.

Как видно, результаты, полученные аналитически (Табл. 4.2 ) отличаются от результатов, полученных с использованием имитационного моделирования (табл. 3.2) максимум на £,=0,00237 при Ркк2=0,395794 при значении ]=1. Это говорит о высокой достоверности результатов, полученных аналитическим и имитационным путем и о пригодности предложенной в настоящей работе методики для инженерных расчетов.

Для выбранного критерия оптимальности и целевой функции (2.11) значения Пи,р1 одинаковые для аналитической и имитационной моделей.

Кроме того, доходы оператора сотовой связи от пропуска трафика на загруженных базовых станциях увеличены в среднем на 15%.

Использование программы (приложение 4) позволяет минимизировать трудозатраты инженерного персонала при использовании разработанной методики на практике.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, в работе достигнуты следующие результаты:

Результатом анализа возможных вариантов пропуска GPRS трафика в различных сетевых условиях является вывод о том, что существующие методы и модели планирования развития сетей не обеспечивают учет передачи пакетного трафика в сетях GSM, повышения пропускной способности сетей за счет внедрения новых информационных технологий. Дпя решения этой проблемы в работе разработана модель, описывающая возможные состояния работы оборудования подсистемы базовых станций без учета сбоев. Выполнено формализованное описание этих состояний, позволяющее решить систему дифференциальных уравнений методом Гаусса для расчета качественных характеристик, анализируемой системы массового обслуживания, а также суммарной пропущенной сетью нагрузки.

Выполнена разработка метода расчета трафика и качественных характеристик в сетях GSM с GPRS, пригодных для проектирования и инженерных расчетов.

В процессе разработки этого метода проведено исследование и анализ вероятностных характеристик трафика сети с гибридной коммутацией с односторонним смещением порога.

Формулировка и решение данной задачи позволили создать алгоритм, являющийся основой программы расчета вероятностей отказа КК и КП трафика с учетом числа зарезервированных каналов PDCH для пропуска пакетного трафика, приведенной в приложении 4. Эта программа является реализацией разработанного в данной главе метода расчета нагрузок и качественных характеристик подсистемы базовых станций сети GSM с GPRS и EDGE.

Разработана имитационная модель, обеспечивающая расчет изменения качественных характеристик (вероятностей отказа КК и КП сообщений) в режиме реального времени. Это позволяет продолжить исследования, выполненные в данной работе в направлении проектирования системы автоматического регулирования распределения ресурсов подсистемы базовых станций сети GSM/GPRS и роста эффективности использования этих сетей.

Кроме того имитационная модель позволяет провести практическую апробацию разработанных методов и моделей и рассчитать эффективность их применения. В главе рассматривается финансовая, бюджетная и экономическая эффективность этих исследований. Финансовая эффективность определяется ростом выручки оператора без дополнительных капитальных затрат. Бюджетная эффективность отражает рост налоговых выплат в бюджеты всех уровней. Экономическая эффективность определяется ростом качества обслуживания абонентов за счет предоставления дополнительных услуг и роста объема уже предоставляемых услуг.

Проведен расчет оптимальной конфигурации подсистемы базовых станций для сети ЗАО «СМАРТС» в Самарской области. В результате оптимизации при сохранении объема и качества речевого трафика, на всех базовых станциях, где niopt>0, обеспечена гарантированная скорость передачи КП трафика.

Кроме того, доходы оператора сотовой связи от пропуска трафика на загруженных базовых станциях увеличены в среднем на 15%.

Использование программы (приложение 4) позволяет минимизировать трудозатраты инженерного персонала при использовании разработанной методики на практике.

Все вышеперечисленные модели и методы объединены в методику инженерных расчетов трафика, качественных характеристик и оптимизации ресурсов сети GSM/GPRS.

Результаты, полученные в данном научном исследовании могут быть использованы для любой сети GSM/GPRS, EGDE, а при продолжении исследований в дальнейшем и для сетей подвижной связи третьего поколения.

1. Бакланов И.Г. Технологии измерений первичной сети. Часть2. Системы синхронизации, B-ISDN,ATM. -М: ЭКО-ТРЕНД3.2000. -150с.

2. Бакланов A.C., Вишневский В.М., Ляхов А.И. Методы оценки показателей производительности беспроводных сетей с централизованным управлением // Автоматика и телемеханика. 2000. - №4. - С.97-105.

3. Башарин Г.П., Бочаров П.П., Коган А .Я. Анализ очередей в вычислительных сетях. Теория и методы расчета. М:. Наука. Гл.ред. физ.-мат. лит., 1989-336с.

4. Бахмурова Г.Я. Обслуживание сообщений в сетях с гибридной коммутацией // Управление и наблюдение в сетях связи ЭВМ. Оптимизация и сетеметри>1. Межвузовский сборник. — 1983 -С.94-108.

5. Бертсекас Д., Галлагер Р. Сети передачи данных: Пер. с анг. -М.: Мир, 1989. -544с.

6. Бибикова Е.Г. Методы расчета качественных характеристик в сетях GSM 2.5 поколения.// Материалы XII российской научной конференции ПГАТИ. Самара, 2005 - с. .

7. Бибикова Е.Г., Антонов В.В., Кирюшин Г.В. Совершенствование системы взаиморасчетов между операторами мобильной и стационарной связи.//Мобильные системы. 2004 №8 — с.50-53.

8. Бибикова Е.Г. Анализ опыта внедрения системы взаиморасчетов между операторами сетей электросвязи. // Телекоммуникационное поле регионов. 2004. №4 - с.23-25.

9. Бибикова Е.Г., Антонов В.В., Кирюшин Г.В. Бить ли цивилизованному рынку трафика в России? //Вестник связи. ~ 2004 №7 с.57-60.

10. Бибикова Е.Г. Анализ опыта внедрения системы взаиморасчетов между операторами сетей электросвязи. // Мобильные системы. -2004. №12 с.36-38.

11. Вишневский В.М. Теоретичесие основы проектирования компьютерных сетей // М:Техносфера, 2003.-512с.

12. Генеральная схема создания и развития федеральной сети подвижной радиотелефонной связи общего пользования России стандарта GSM. Одобрено ГКЭС решение №50 от 25.12 2002г., Заказ №98775- М:. 2002, 224с.

13. Гнеденко Б.В. Курс теории вероятностей: Учебник. -М.: Эдиториал УРСС, 2001.-320с.1,5. Гольдштейн Б.С., Пинчук A.B., Суховицкий А.Л. IP-телефония. -М.: Радио и связь,2001. -336с.

14. Громаков Ю.А. Стандарты и системы подвижной радиосвязи. М.: Эко-Трендз, 2000. - 239 с.

15. Гольштейн Б.С. Системы коммутаций . СПб: БХВ - Санкт-Петербург, 2003. - 400 е.: ил.

16. Ершов В.А., Кузнецов H.A. Мультисервисные телекоммуникационные сети. М:. Изд-во им. Н.Э.Баумана, 2003.-432с.: ил.

17. Ефимушкин В.А., Вискова Е.В. Классы качества услуг 1Р-телефонии. Перспективы внедрения// Вестник связи. -2002. -№1. -С.28-30.

18. Жданов А.Г., Рассказов Д.А., Смирнов Д.А., Шипилов М.М. Передача речи по сетям с коммутацией пакетов (1Р-телефония)/Под ред. В.Ю. Бабкова и М.А. Вознюка.-СПб.: СПбГУТ, 2001. -148с.

19. Засецкий A.B., Иванов А.Б., Постников С.Д., Соколов И.В. Контроль качества в телекоммуникациях и связи (Обслуживане, качество услуг, бизнес-управление). М: Сайрус-Систем, 2003. - 335 е.: ил.

20. Иванова Т.И. Компьютерные технологии в телефонии. М: Эко-Трендз, 2003.-300 е.: ил.

21. Качество обслуживания в сетях 1Р.:Пер. с англ. -М.: Издательский дом "Вильяме", 2003. -368с.

22. Кирюшин Г.В., Антонов В.В., Бибикова Е.Г. Бить ли цивилизованному рынку трафика в России? //Телекоммуникационное поле регионов. -2004 №3-с.3 8-41.

23. Клейнрок JI. Вычислительные системы с очередями / Пер. с анг. под ред. Б.С. Цыбакова. -М.: Мир, 1979. -600с.

24. Клейнрок JI. Коммутационные сети. М: Наука, 1970.

25. Корнышев Ю.Н., Фань Г.Л. Теория распределения информации: Учебное пособие для вузов. -М.: Радио и связь, 1985 184 е., ил.

26. Кох Р., Яновский Г. Эволюция и конвергенция в электросвязи. -М.: Радио и связь. 2001.-279с.

27. Кучерявый А.Е., Пяттаев В.О., Моисеев С.М. Технология ATM на российских сетях связи.-М.:Радио и связь, 2002. -308с.

28. Лагутин B.C., Степанов С.Н. Телетрафик мультисервисных сетей связи. -М.:Радио и связь, 2000. -319с.

29. Мартин Дж. Системный анализ передачи данных. Т.2. -М.: Мир, 1975. -432с.

30. Мархасин А.Б. Анализ интегрального телетрафика и проектирование мобильных сетей 30//Электросвязь. 2002 - №12 с.3-9

31. Мархасин А.Б. Множественный доступ с динамическим управлением трафиком и качеством обслуживания в широкополосных сетях АТМ//Автометрия. 1996 - №3 с.97-105

32. Назаров А.Н., Симонов М.В. ATM технология высокоскоростных сетей. -М. :ЭКО-ТРЕНДЗ, 1997.-232с.

33. Назаров А.Н., Разживин И.А., Симонов М.В. ATM: Технические решения создания сетей. -М.:Горячая линия -Телеком.2001. -376с.

34. Олифер В, Олифер Н. Новые технологии и оборудование IP-сетей. -М.: 2000.-512с.

35. Передача голосовых данных по сетям Cisco Frame Relay, ATM и 1Р.:Пер. с англ. -М.: Издательский дом "Вильяме", 2003. -512с.

36. РД 45.162-2001 Ведомственные нормы технологического проектирования. Комплексы сетей сотовой и спутниковой подвижной связи общего пользования Издание официальное. -М:. — «Институт сотовой связи», 2001 51 с.

37. РД 45.162-2001 Дополнение 1. Ведомственные нормы технологического проектирования. Изменения и дополнения в ВНТП «Комплексы сетей сотовой и спутниковой подвижной связи общего пользования» Издание официальное. -М:. «Институт сотовой связи», 2002- 13 с.

38. Саати T.JI. Элементы теории массового обслуживания и ее приложения. М:. Изд-во «Советское радио», 1971.-520с

39. Шварц М. Сети связи: протоколы, моделирование и анализ: В 2-х ч. 4.1: Пер.с англ. -М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1992. -336с.

40. Солодянников Ю.В. Робастное непараметрическое оценивание характеристик массового обслуживания // Автоматика и телемиханика, №4, 1988, с.63-77.

41. Digital Cellular Telecommunication System (Phase 2+), General Packet Radio Service, Service Description, Stage 1. GSM 02.60.v6.2.1, August 1999.

42. ETSI TS 100 615 V7.0.0 (2000-02) Digital cellular telecommunications system (Phase 2+) Performance data measurements (GSM 12.04 version 7.0.0 Release 1998)

43. ETSI EN 300 908 V7.5.0 (2000-05) European Standard Telecommunications series) Digital cellular telecommunications system (Phase 2+) Multiplexing and multiple access on the radio path (GSM 05.02 version 7.5.0 Release 1998)

44. ETSI TS 101 351 V7.0.0 (1999-08) Technical Specification Digital cellular telecommunications system (Phase 2+) General Packet Radio Service (GPRS)

45. Mobile Station Serving GPRS Support Node (MS-SGSN) Logical Link Control (LLC) layer specification (GSM 04.64 version 7.0.0 Release 1998)

46. Fisher M.J., Harris T.C. An Analysis of an Integrated Circuit and Racket-Switched Telecommunication System. Proc.of NTC,85, v.2, pp 42.1842.23.

47. Элеватор 1 Элеватор 1800 1 Дом Пром 1800 1

48. Волгостромпроект общ. Партизанская ОРТПЦ ОРТПЦ 1800 ст. ЦСК ВВС 1800 ГСК Военкомат ВНБ2 Эпросека ГАП ГАП 1800 Орбита 1800 СГАПС 22 Партсъезда Шонфабрика МСЧЗ1. ОКБ Калинина 1800 ЦРР

49. ЦРР1800 Орион . Дом ветеранов Можайский 1800 Ташкентская 134 ст. Металлург 1800 Металлург Металлург 1800 Депо Депо 1800мобильная 1800 Кокакола 18001. Товарная 81. Дк. КироваэпнзХоуп<!ц1. СЮУ

50. Т) Надежда 11 (Т) Поволжский 11. Т) Копылово 11

51. Т) Яблоневый Овраг 1800 1 (Т) Жигулевск В1 1800 11

52. Т) Жигулевск Моркваши 1800 1

53. Т) Автозаводское ш 51 1800 1(Т) Ленина 31 1800 11. Т) Стройснаб 1800 11. Т)ДКТоАЗ 1800 11. Т) Зеленовка 1800 11. Т) Тимофеевка 1800 111. Т) Завод ТОАЗ 1800 11. Т) АТС-37 1

54. Т) АТС-37 1800 1 (Т) Юг-Сервис 1:1. Т) Юг-Сервис 1800 1г(Т) Ст.Разина 1/ (Т) Ст.Разина 1800 11. Т) Лада 11. Т) Лада 1800 1