Введение к работе
Актуальность проблемы. Основные направления современного этапа развития сетей электросвязи предусматривают широкое внедрение перспективных цифровых систем коммутации и передачи информации. Созданные на их основе цифровые телефонные сети способны значительно расширить номенклатуру предоставляемьгх услуг электросвязи. Дальнейшим шагом в расширении возможностей телефонных сетей общего пользования является использование на абонентском участке радиоканалов и создание сотовых сетей связи, обеспечивающих абонентам возможность пользования услугами связи, находясь в движении. Однако, учитывая ограниченный ресурс радиоканалов, их закрепление осуществляется не за абонентом, а за вызовом.
В отличии от стационарной телефонной сети общего пользования сотовая сеть связи (ССС), кроме основной, базовой функции установления соединения между абонентами, выполняет также ряд дополнительных функций, связанных со слежением за перемещением подвижной станции абонента и отображением его текущего местонахождения. Это приводит к перераспределению функций в сети и вводу новых ее составляющих (компонент), т.е. усложнению структурно-функционального построения сети и увеличению объема передаваемой и обрабатываемой сигнальной информации в процессе обслуживания вызова. Особенно, это относится к организации абонентских баз данных, сложность организации которых обусловлена тем, что в сотовой сети связи подвижная станция включается не в конкретный узел коммутации, а непосредственно в сеть. Это делает необходимым наличие двух типов абонентских баз данных - единой абонентской базы данных, сохраняющей информацию относительно всех абонентов зарегистрированных в конкретной сотовой сети связи и абонентских баз данных узлов коммутации, каждая из которых содержит абонентские данные тех подвижных станций, которые в данный момент времени находятся в зоне обслуживания конкретного узла коммутации.
Сотовая сеть связи состоит из множества сот, которые являются зонами обслуживания одной или нескольких базовых станций, к которым подвижная станция абонента имеет доступ посредством радиоэфира. Каждая базовая станция соединяется проводными каналами электросвязи с узлом коммутации
подвижных станций. Из сказанного видно, что сотовая сеть связи является сложной комплексной системой интеграции средств радио и электросвязи. В настоящее время существует множество стандартов ССС, которые находят широкое применение в различных странах мира. В России, в качестве федеральных, на основе которых планируется дальнейшее развитие сотовых сетей связи, приняты стандарты NMT и GSM. Наиболее перспективным является стандарт GSM, которому в работе уделяется основное внимание.
Динамичный характер поведения подвижного абонента приводит к децентрализации и усложнению структурно-функционального построения сети, усложнению процесса обслуживания вызовов и увеличению объема передаваемой и обрабатываемой компонентами сети сигнальной информации. Все это требует новых подходов к исследованию пропускной способности и разработке методов оценки качества обслуживания вызовов в сети подвижной связи, что позволяет говорить об актуальности вопроса оценки вероятностно-временных характеристик функционирования сотовой сети связи и рассмотрения методов исследования, позволяющих с приемлемой, для определенного в работе уровня детализации процесса обслуживания вызовов, выработать практические рекомендации по планированию сети и ее составляющих.
Цель работы. Целью работы является разработка методов оценки вероятностно-временных характеристик обслуживания вызовов в сотовой сети связи, которые позволяют при заданных критериях и исходных данных, дать оценку качества функционирования сети связи в совокупности с ее составляющими. Основными задачами при этом являются:
формализованное представление структурно-
функционального построения сотовой сети связи; формализованное описание процесса обслуживания вызовов; определение параметров нагрузки сотовой сети связи и ее компонент;
Научная новизна работы и тезисы выносимые на защиту. Научная новизна работы заключается прежде всего в постановке, задачи и новизне предмета исследования и может быть тезисно характеризована следующими результатами:
-Разработана модель представления структурно-
функционального построения сотовой сети связи в виде графа. Для этого, сеть и ее компоненты представлены иерархической
з организацией, при разделении последних на определенные в предлагаемой модели типы.
-Разработан метод формализованного описания процесса обслуживания вызовов. В результате решения этой задачи процесс обслуживания вызовов представлен в виде графа-алгоритма, который позволяет определить совокупность функциональных задач решаемых сетью в процессе обслуживания вызовов, а также последовательность их выполнения.
-Разработан метод расчета параметров нагрузки сотовой сети связи и ее компонент, позволяющий определить интенсивность потока заявок, как на каждую компоненту сети, так и на сеть в целом.
-Произведен анализ факторов структурно-функционального построения ССС, влияющих на поток заявок, обрабатываемых сетью при реализации отдельных процедур процесса обслуживания вызовов. Одним из таких факторов является размер зоны местонахождения (ЗМН) подвижной станции абонента.
-Разработан метод оценки вероятностно-временных
характеристик пребывания заявки в сети, при реализации ею любой из функциональных задач процесса обслуживания вызовов. Для этого, определены аналитические выражения функции распределения времени выполнения сетью функциональной задачи и среднего времени ее выполнения.
-Разработан подход к определению допустимого времени реализации заявок компонентами сети в процессе выполнения функциональных задач.
-Разработана имитационная модель потока заявок на
реализацию сетью определенных процедур процесса обслуживания вызовов. Разработанная имитационная модель позволяет при наличии заданных рекомендациями соответствующих нормативных показателей оценивать объем сигнальной информации, обрабатываемый и передаваемый сетью при обслуживании вызовов, и определять степень зависимости между событиями процесса обслуживания вызовов, обусловленных поведением абонента ССС.
Методы исследования. В основу проводимых исследований положены методы теории массового обслуживания, теории телетрафика, теории графов, а также работы В.О. Игнатьева, В.И. Данилова, Н.С. Чагаева, Г.М. Тащияна и некоторых других авторов, посвященные исследованию вопросов оценки качества обслуживания вызовов в стационарной телефонной сети.
Экспериментальные исследования производились на основе метода имитационного моделирования на ЭВМ.
Практическая ценность и реализация результатов. Разработанные аналитические методы доведены до форм, пригодных для практического использования.
Полученные вероятностно-временные характеристики функционирования сотовой сети связи, могут быть использованы при реальном проектировании сетей мобильной связи.
Разработанные имитационные модели, позволяющие рассчитать параметры функционирования сотовой сети связи и ее отдельных компонент, дают возможность, в сочетании с аналитическими методами, производить оценку вероятностно-временных характеристик обслуживания вызовов сетью, при установлении ею соединения любого типа.
Результаты диссертационной работы внедрены и использованы в части граф-алгоритма процесса обслуживания вызовов, модели структурно-функционального построения ССС и метода расчета основных нагрузочных характеристик сети и ее компонент на ЦКП DX-200 "Уралсвязьинформ", для организации контроля нагрузки подвижных абонентов. Результаты работы в части имитационной модели поведения мобильного абонента использованы при создании методики расчета сети сигнализации ОКС No 7 с учетом ЦКП сотовой сети связи (НТЦ "Комсет").
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы одобрены на следующих международных конференциях-семинарах по телетрафику:
International Teletraffic Seminar, LONIIS, St. Petersburg, СПб, 1995. International Teletraffic Seminar, LONIIS, St. Petersburg, СПб, 1996. Ежегодных НТК СПб ГУТ (1995-1998); Общегородском семинаре "Оптимизация сетей связи" (1997).
Вклад автора в исследование проблемы. Основные научные положения, теоретические и практические исследования, выводы и рекомендации, получены автором самостоятельно. К ним относится метод формализованного описания процесса обслуживания вызовов в сотовой сети связи, определение параметров нагрузки сотовой, сети связи и отдельных ее составляющих, определение вероятностно-временных характеристик функционирования сети при реализации ею различных функциональных задач процесса обслуживания вызовов.
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в материалах научно-технических конференции и научных семинаров. Одна работа находится в печати журнала "Электросвязь".
Объем и структура диссертации Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, заключения и двух приложений. В приложениях приводятся программы исследования вероятностно-временных характеристик функционирования сотовой сети связи и акты использования результатов диссертационной работы.
