Введение к работе
Актуальность проблемы
Мобильная связь рассматривается сегодня как норма, а технологии мобильной связи являются наиболее востребованными и быстро растущими. В настоящее время наиболее массовым стандартом сотовой связи является стандарт второго поколения - GSM. Высокая скорость развития сотовых сетей связи определяет повышенный интерес к ним как со стороны разработчиков программного обеспечения планирования и оптимизации сотовых сетей, так и со стороны специалистов технических служб операторских компаний. Возможность увеличения емкости сотовых систем связи за счет увеличения обслуживаемой территории и числа каналов с течением времени снижается. В связи с этим особенно актуальной является задача повышения эффективности использования уже существующих сетей. Существует необходимость решения задачи оптимизации системы сотовой связи на уровне радиоинтерфейса с целью максимально возможного увеличения пропускной способности по обслуживаемой нагрузке (трафику). Когда допустимый предел нагрузки на фрагмент сети связи превышен, возникает перегрузка: некоторой части абонентов не могут быть предоставлены услуги связи (блокировка соединения), у других абонентов качеством связи (обрывы соединений, число ошибок на бит сообщения, уровень внутрисистемной помехи) становится ниже заданного уровня.
Кроме перегрузок сотовой сети, вызванных чрезвычайными происшествиями регионального уровня, массовых перегрузок во время праздников или ожидаемых перегрузок (например, при недостаточной скорости увеличения абонентской емкости станций - открытии нового торгового центра, где еще не обеспечена требуемая абонентская емкость), можно выделить еще один вид перегрузки - локальные перегрузки. Каждая сота сети имеет предел обслуживаемой абонентской нагрузки. При перегрузке собственного ресурса соты недостаточно для сохранения качества обслуживания, на всей территории обслуживания соты снижается качество обслуживания. Для оператора сети связи любая перегрузка не желательна, так как это снижение ключевых показателей качества работы: падает качество услуг, предоставляемых абонентам; рост числа обрывов соединений абонентов. Для абонента возникает риск не получить услугу. Вероятность отказа обслуживания любого абонента во всей соте при возникновении локальной перегрузки существенно возрастает. Причина локальной перегрузки - превышение нагрузки на соту за счет увеличения нагрузки в области расположения некоторой части абонентов соты. При этом область расположения абонентов много меньше области обслуживания соты. Локальная перегрузка может являться следствием чрезвычайного происшествия, массового мероприятия или других причин, в том числе внешних воздействий на сеть связи третьих лиц (в работе приводится классификация локальных перегрузок и их характеристики).
Растущая сложность структур систем связи, рост объема передаваемого через сети связи трафика, и развитие взаимодействия сетей связи (в том числе и протоколов, определяющих взаимодействие сетей) приводят к постановке новых задач. К таким задачам относится группа задач по оптимизации параметров сети в условиях перегрузок сети.
Число теоретических и практических работ, посвященных анализу различных аспектов трафика систем связи и подвижной радиосвязи, в том числе сетей 2G, велико. Можно сослаться на исследования ведущих российских ученых: Башарина Г.П., Быховского М.А., Степановой И.В., Громакова Ю.А., Шорина О.А., Шинакова Ю.С., Шнепса-Шнеппе М. А. и др., а также зарубежными учеными: В. Иверсеном, Д. Кауфманом, Л. Клейнроком, К. Россом и других. Вопросы обслуживания трафика в сетях связи исследовались в работах Захарова Г. П., Лазарева В. Г., Шнепса-Шнеппе М. А., Неймана В. И., Пшеничникова А. П., Степанова С. Н., Кучерявого А. Е. и других.
В трудах названных авторов исследованы вопросы повышения помехоустойчивости систем сотовой связи, теории телетрафика в приложении к сетям сотовой связи и прогнозирования возникновения перегрузок в сетях сотовой связи третьего поколения, однако исследования вопроса непосредственного противодействия негативному влиянию локальных перегрузок в сетях сотовой связи стандарта GSM не проводилось.
Существует актуальная научно-техническая проблема поиска новых методов по управлению компонентами сотовых сетей и оптимизации параметров фрагментов сотовых сетей стандартов второго и последующих поколений (2.5G, 3G), имеющих с сетями сотовой связи 2G общую подсистему обеспечения коммутационных услуг, в условиях высокой активности абонентов и возникающих в ее результате перегрузок. Это определяет актуальность диссертационных исследований.
Цель и задачи работы
Целью диссертационной работы является разработка новых способов управления ресурсами сотовой сети в условиях локальной перегрузки.
Объектом исследования являются сети сотовой связи 2G (результаты работы распространяются на сети последующих поколений (2.5G, 3G), имеющие с сетями сотовой связи 2G общую подсистему обеспечения коммутационных услуг или связанные с эволюцией действующих стандартов). Предметом исследования являются способы управления канальными ресурсами сетей сотовой связи при обнаружении локальной перегрузки. Исследование производится на фрагменте сети стандарта GSM.
Для достижения данной цели необходимо было решить комплекс теоретических, экспериментальных и прикладных задач:
-
провести анализ особенностей перегрузок, вызванных различными причинами. Цель анализа - выявить признаки, по которым возможно определить характеристики перегрузки и ее тип;
-
определить параметры сотовых сетей, позволяющих управлять распределением канального ресурса сот, обслуживающих район локальной перегрузки;
-
разработать алгоритм изменения параметров GSM сети и провести исследования локальной перегрузки;
-
разработать систему требований к программным средствам моделирования локальных перегрузок на фрагментах сети стандарта GSM, рассмотреть параметры для оценки качества моделирования и способы анализа корректности подобного моделирования.
Общая методика исследований
В исследовании использованы методы теории вероятности, теории массового обслуживания и компьютерное моделирование. Также в рамках проведения исследования производится моделирование локальной перегрузки на фрагменте реальной сотовой сети стандарта GSM.
Достоверность полученных в диссертационной работе результатов обеспечивается обоснованностью принятых ограничений и допущений, строгостью математической постановки решения задач, и непротиворечивостью полученных результатов известным практическим и теоретическим результатам.
Научная новизна и основные научные результаты
-
-
Формализовано понятие «локальная перегрузка» для сетей GSM.
-
Предложен алгоритм противодействия негативному влиянию локальных перегрузок на доступность сети GSM абонентам. Он позволяет за счет изменения размера области обслуживания снизить вероятность блокировки вызова абонента.
-
Предложена математическая модель оценки объема дополнительной нагрузки, возникающей при повторных вызовах в условиях локальной перегрузки соты GSM сети. Метод позволяет прогнозировать дополнительную нагрузку на каналы трафика и повысить эффективность работы сети.
-
Предложена математическая модель оценки числа эстафетных передач обслуживания в условиях локальной перегрузки соты GSM сети на основе учета изменения области обслуживания соты, которая позволяет снизить число обрывов соединений во время эстафетных передач и увеличить обслуживаемый трафик.
-
Исследована степень взаимопомощи сот, за счет радиоперекрытия зон обслуживания и определены корректирующие коэффициенты для формул расчета вероятности блокировки вызова. Корректирующие коэффициенты позволят производить предварительные оценки уровня вероятности блокировки вызова, в том числе при планировании стресс-тестов на вводимых в эксплуатацию фрагментах сети для определения достигнутого качества обслуживания абонентов.
Практическая ценность работы Предложенный в диссертационной работе алгоритм позволяет с минимальными материальными, трудовыми и временными затратами повысить надежность сотовых сетей стандарта GSM для абонентов, находящихся в условиях локальных перегрузок.
Для реализации метода не требуется разработки нового оборудования, изменения интерфейсов или аппаратной части радиоинтерфейса, однако при этом требуется изменение части программного обеспечения, обрабатывающего данные непосредственно на оборудовании базовых станций. Результаты диссертационной работы используются в практической деятельности оператора сотовой связи стандарта GSM московского региона «Столичный филиал ОАО «МегаФон»», что подтверждается соответствующим актом.
Применение разработанного алгоритма противодействия негативному влиянию локальных перегрузок на доступность сети GSM позволило:
-
уточнить методики расчета и моделирования зон обслуживания базовых станций сотовой сети стандарта GSM Столичного филиала ОАО «МегаФон»;
-
скорректировать рекомендации по оперативному управлению параметрами базовых станций сотовой сети стандарта GSM Столичного филиала ОАО «МегаФон» в нештатных ситуациях и повысить качество обслуживания абонентов сети.
Объем и структура диссертации
Похожие диссертации на Исследование и разработка алгоритмов перераспределения нагрузки в сотовых системах связи стандарта GSM
-
