Содержание к диссертации
Введение
1 . Анализ тенденций развития сетей подвижной связи в Российской Федерации 6
1.1.Анализ подходов к организации подвижной связи 6
1.2.Архитектура сети подвижной связиобщего пользования PLMN стандарта GSM 11
1.3. Особенности архитектуры универсальной мобильной телекоммуникационной системы UMTS/IMT-2000 14
1.4. Эволюция.сетей стандарта GSM в сторону UMTS * 17
1.5. Развитие структуры сетей СПРС-ОП при внедрении NGN 21
1.6. Перспективное направление развития СПРС-ОП
Российской Федерации - использование технологии CDMA 28
1.7.Анализ тенденций развития услуг мобильной связи 33
1.8. Выбор методов описания сетей подвижной связи 38
1.9. Постановка задачи исследования 41
1.10.Выводы 42
2. Разработка математической модели предоставления услуг в сетях подвижной связи 43
2.1. Определение совокупности вероятностных параметров и характеристик для описания функционирования сетей подвижной связи 43
2.1.1. Анализ требований к качеству связи при обслуживании различных приложений в сетях подвижной связи 44
2.1.2. Определение совокупности параметров и характеристик теории телетрафика для сетей подвижной связи 49
2.2.Обоснование требований к групповому качеству обслуживания абонентов в сетях подвижной связи поколения 3G 53
2.3. Разработка математической модели функционирования радиоинтерфейса базовой станции сети подвижной связи с учетом группового характера обслуживания мультимедийных вызовов 55
2.4. Выводы 63
3. Исследование влияния группового характера обслуживания вызовов на характеристики обслуживания и пропускную способность радиоинтерфейса базовой станции сети подвижной связи 64
3.1. Результаты расчета и оценка влияния группового характера обслуживания вызовов в радиоинтерфейсе базовой станции мобильной сети стандарта GSM900 64
3.2. Анализ результатов статистического моделирования для оценки влияния группового характера обслуживания на вероятность потерь вызовов в радиоинтерфейсе базовой станции мобильной сети 75
З.З.Аналитическая оценка вероятности потерь по вызовам от времени занятия каналов трафика в радиоинтерфейсе базовой станции 83
3.3.1. Анализ зависимости вероятности потерь по вызовам в радиоинтерфейсе базовой станции от времени занятия каналов 83
3.3.2. Анализ зависимости вероятности потерь по вызовам в радиоинтерфейсе поколения 2.5G от времени занятия каналов 88
3.3.3. Анализ результатов расчета и оценка влияния группового характера обслуживания вызовов на вероятность потерь по вызовам в радиоинтерфейсе базовой станции стандарта CDMA 2000 93
3.4.Обоснование необходимости раздельного использования ресурса каналов трафика радиоинтерфейса базовой станции 97
3.5. Выводы 101
4. Развитие подходов к расчету пропускной способности цифровых сетей подвижной радиотелефонной связи общего пользования 103
4.1.Определение особенностей расчета пропускной способности сотовых сетей подвижной связи 103
4.2. Оценка влияния неравномерности распределения мобильных пользователей по территории сети связи на вероятность потерь вызовов 109
4.3. Разработка метода расчета пропускной способности цифровых сотовых сетей подвижной связи 116
4.3.1. Исследование возможности дифференцированного использования ресурса каналов радиоитерфейса 116
4.3.2. Разработка методики выбора емкости радиоинтерфейса базовой станции стандарта GSM900 с учетом группового обслуживания вызовов 120
4.3.3. Разработка метода раздельного использования ресурса каналов СПРС-ОП при обслуживании мультимедийных заявок 123
4.4. Математическая модель функционирования радиоинтерфейсаов в системах GSM/GPRS для стратегии обслуживания с подвижной границей 127
4.5.Оценка необходимости активизации защитных механизмов от перегрузок в сетях мобильной связи 131
4.6.Выводы 135
Заключение 136
Литература
- Эволюция.сетей стандарта GSM в сторону UMTS
- Определение совокупности параметров и характеристик теории телетрафика для сетей подвижной связи
- Анализ результатов статистического моделирования для оценки влияния группового характера обслуживания на вероятность потерь вызовов в радиоинтерфейсе базовой станции мобильной сети
- Оценка влияния неравномерности распределения мобильных пользователей по территории сети связи на вероятность потерь вызовов
Введение к работе
Актуальность проблемы обусловлена интенсивным развитием сетей подвижной радиотелефонной связи общего пользования (СПРС-ОП), в которых реализуется широкий спектр услуг. Современный период развития сетей мобильной связи в Российской Федерации близок к периоду насыщения - количество абонентов мобильной связи превышает число пользователей фиксированной связи. Значительный дополнительный доход должны приносить новые мультимедийные услуги, для реализации которых требуется повышенная скорость передачи информации.
Высокие темпы роста абонентской емкости сетей СПРС-ОП во всем мире определены следующими факторами: популярностью базовой услуги «мобильная телефонная связь»; гибкими тарифами на услуги и тенденцией их снижения; упрощением пользования и удешевлением абонентских терминалов; расширением зон покрытия; расширением номенклатуры услуг; высокой устойчивостью сети; надежной концепцией безопасности. Реализация перспективной архитектуры IMS (IP Multimedia Subsystem), предусматривающей конвергенцию сетей подвижной и фиксированной связи, должна обеспечить создание новых и совершенствование существующих сервисов, основанных на передаче речи, текста, графики и видео.
Системы подвижной связи должны быть универсальными для множества радиоинтерфейсов, способных обслужить всех пользователей с помощью одной базовой сети. В перспективе - построение всемирной сети подвижной связи с реализацией роуминга независимо от типа сети - будь то фиксированная или подвижная, наземная или спутниковая, беспроводная или сотовая сеть.
Особенностью сетей СПРС-ОП является мобильность пользователей и их неравномерное распределение на территории сети, а также необходимость оценки влияния мультимедийных приложений, для реализации которых требуется повышенная скорость передачи информации.
Быстрое развитие СПРС-ОП и конвергенция сетей мобильной связи с сетями фиксированной связи определяют актуальность представления и исследования СПРС-ОП в виде многофазной системы массового обслуживания. Необходимая пропускная способность различных участков сети характеризуется интенсивностью нагрузки, пропущенной с заданным качеством, и может быть определена методами теории телетрафика. Требования к показателям качества предоставления телефонных услуг в СПРС-ОП задаются нормативами Министерства информационных технологий и связи Российской Федерации. Основными являются характеристики доступности: доля вызовов, получивших отказ в обслуживании; доля установленных соединений, прерванных сетью связи.
Современный этап развития СПРС-ОП Российской Федерации характеризуют:
быстрое развитие спектра услуг в существующих сотовых сетях второго поколения 2G, промежуточного поколения 2.5G, поколений 3G и 4G;
одновременное функционирование сетей связи разных стандартов;
высокая концентрация абонентов в Московском и Северо-Западном регионах;
активная реализация операторскими компаниями региональных проектов.
Подавляющее большинство абонентов в сетях сотовой связи Российской Федерации включены в системы стандартов GSM/GPRS (Global System for Mobile communications/ General Packet Radio Service) диапазонов 900 МГц и 1800 МГц поколений 2G/ 2,5G. Для диапазона 400 МГц перспективно внедрение оборудования с кодовым разделением каналов CDMA (Code Division Multiple Access). Эволюция сетей GSM идет в направлении развертывания сети третьего и четвертого поколений в Москве, Московском регионе, Санкт - Петербурге и других крупных городах России, то есть в тех местах, где услуги поколений 3G и 4G будут наиболее востребованы.
Предполагается, что действующие сети СПРС-ОП длительное время будут взаимодействовать с сетями поколений 3G и 4G.
В качестве объектов исследования в цифровых СПРС-ОП могут рассматриваться радиоинтерфейсы отдельных базовых станций и различные сетевые элементы, пропускная способность которых оказывает существенное влияние на качество обслуживания вызовов в целом. Информационный поток в радиоинтерфейсе базовой станции передается с высокой скоростью и формируется в соответствии с техническими особенностями и возможностями конкретного цифрового стандарта подвижной связи. Ресурс каналов радиоинтерфейса остается ограниченным, хотя общим свойством цифровых систем мобильной связи является рост числа каналов в радиоинтерфейсах базовых станций. Применительно к оценке показателей качества связи в радиоинтерфейсе стандартов технологий GSM и CDMA можно сослаться на исследования Невдяева Л.М., Быховского М.А., Фомина А.Ф., Гоцуляка А.Ф., Степановой И.В., Громакова Ю.А.
Диссертация посвящена исследованию современных подходов к анализу цифровых систем мобильной связи и разработке метода расчета пропускной способности СПРС-ОП, позволяющего учесть влияние мобильности пользователей в условиях роста мультимедийного трафика.
Целью диссертации является разработка метода расчета пропускной способности СПРС-ОП с привлечением теории телетрафика, позволившего оценить и минимизировать влияние мультимедийного трафика на характеристики доступности.
Для достижения поставленной цели решены следующие основные задачи:
систематизированы подходы к оценке пропускной способности радиоинтерфейсов макросот и микросот СПРС-ОП методами теории телетрафика с учетом особенностей использования частотного ресурса внутри сот и характеристик цифровых стандартов мобильной связи;
на основе разработанной математической модели проведено исследование вероятностных характеристик радиоинтерфейса базовой станции в условиях объединения канальных структур для увеличения скорости передачи информации при реализации мультимедийных услуг;
разработана методика раздельного использования ресурса каналов при реализации обслуживания мультимедийных заявок, учитывающая особенности стандартов мобильной связи, степень проникновения мультимедийных услуг и перспективность стратегии подвижной границы для интеграции различных видов трафика.
Методы исследования. В основу проводимых исследований положены методы теории телетрафика, вычислительной математики и программирования.
Научная новизна работы заключается в следующем:
разработанная математическая модель функционирования радиоинтерфейса базовой станции сети подвижной связи позволила производить расчет характеристик обслуживания вызовов в радиоинтерфейсе базовой станции системы стандартов GSM и CDMA с учетом группового характера предоставления каналов для реализации мультимедийных услуг,
установлено, что объединение нескольких каналов в единый цифровой поток, выполняемое с целью снижения общего времени передачи информации, существенно повышает вероятность отказов в обслуживании групповой заявки;
разработан метод раздельного использования ресурса каналов при введении группового обслуживания мультимедийных заявок, который предусматривает использование стратегии подвижной границы при обслуживании трафика телефонии и трафика пакетной коммутации;
обоснована необходимость введения раздельного контроля интенсивности поступления вызовов, требующих одиночного и группового обслуживания, в целях использования результатов такого контроля для активизации различных защитных методов или изменения емкости пучка группового обслуживания.
Основные положения, выносимые на защиту:
формализованное представление процесса поступления и обслуживания вызовов в радиоинтерфейсе базовой станции в виде математической модели, позволяющее учесть особенности предоставления мультимедийных услуг,
математическая модель радиоинтерфейса базовой станции сети подвижной связи в виде полнодоступной системы массового обслуживания с групповым поступлением заявок на обслуживание позволяет учесть неравномерное распределение пользователей по территории сети и влияние мультимедийных приложений;
разработан метод повышения пропускной способности цифровых сотовых сетей подвижной связи. Его применение позволяет решать задачи анализа и синтеза сетей с учетом интенсивности трафика и доли трафика мультимедийных приложений.
Личный вклад. Теоретические и практические исследования, расчеты и проведенное моделирование на персональном компьютере, а также полученные из них выводы и рекомендации получены автором лично.
Практическая ценность. Разработанная в диссертации математическая модель обслуживания вызовов в цифровой сотовой сети подвижной связи позволяет исследовать зависимость вероятности потерь по вызовам от структурных параметров сети связи, а также с учетом влияния мультимедийных услуг. Разработаны рекомендации по обоснованному выбору емкости пучка каналов для группового обслуживания вызовов. Метод раздельного использования ресурса каналов радиоинтерфейса базовой станции может быть использован для определения допустимой интенсивности нагрузки на ячейку сети и оценки необходимости активизации защитных механизмов от перегрузок в сетях мобильной связи.
Реализация результатов работы. Основные теоретические и практические результаты, полученные в работе, использованы в учебном процессе кафедры СУ ГТС МТУСИ, а также в научно-практической деятельности работе ОАО «Московская сотовая связь» (Скай Линк - Москва), что подтверждено соответствующими актами.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были представлены и обсуждались на конференции «Операторы виртуальных сетей подвижной связи в России и СНГ» 2007 года (Москва, «Moscow Marriott Grand Hotel»), на Международных форумах информатизации МФИ-2007 и МФИ-2008, на Московской отраслевой научно-технической конференции «Технологии информационного общества» 2007 года, на заседаниях кафедры систем управления городских телефонных сетей.
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 11 работах, из них; 5 статей, в том числе - две статьи в журнале из Перечня ВАК Министерства образования Российской Федерации; 6 докладов на конференциях; без соавторов опубликованы 3 работы.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложений. Она изложена на 91 странице, включает 39 рисунков, 29 таблиц, 5 приложений. Список литературы включает 104 наименования.
Эволюция.сетей стандарта GSM в сторону UMTS
Подавляющее большинство абонентов в сетях сотовой связи России включено в системы.стандарта GSM900 или GSM1800. По мнению ряда экспертов эволюция сетей GSM к UMTS в России будет выглядеть следующим образом [9, 19, 53, 62].
Первоначально на всей территории России будут развернуты сети GSM- данный этап можно считать близким.к завершению. В процессе эксплуатации операторы.мобильной связи столкнутся с тем, что абонентам, особенно бизнес-сегменту, потребуются услуги передачи данных, поэтому на следующем этапе в местах скопления бизнес-абонентов развертываются сети 2.5G с поддержкой передачи данных. Можно считать, что в европейской части России данный этап находится в активной фазе. Третий этап состоит в развертывании сетей третьего поколения в столице, Санкт-Петербурге и больших городах, то есть в местах, где востребованность услуг третьего поколения будет наибольшей. Со временем сети UMTS будут охватывать все большую территорию, и, в конце концов, вся Россия будет интегрирована в среду мобильных сетей третьего поколения [2, 22, 23, 38, 42, 97, 98, 99, 100, 104].
Завершение строительства сетей UMTS не означает окончание работы GSM-и GPRS-систем. Все три сети будут еще долго сосуществовать, так как переход абонентов, из, одного стандарта в другой будет осуществляться-плавно. Производители оборудования предлагают законченные решения по строительству сетей 3G, однако рынок к развертыванию.таких систем.еще не везде подготовлен.
Строительство сети третьего: поколения потребует от оператора мобильной связи очень больших капиталовложений и трудозатрат. И если в Европе и Америке строительство сетей 3G — это неотложное дело из-за очень высокого уровня конкуренции и повсеместного распространения сотовой связи, то Россия пока отстает по уровню развития услуг связи. Строительство сети третьего поколения — это капиталоемкий и трудозатратами процесс, однако знание эволюции стандартов связи позволяет совместить инвестирование в развитие существующей инфраструктуры и развертывание 3G; Рассмотримвозможные действия оператора связи по развитию мобильной сети. Предполагается, что в распоряжении оператораимеется достаточно большая сеть GSM, которая растет и требует развития в направлении 3G сети.
Самымтростым и дорогим путем развития будет строительство сети 3G параллельно и независимо от существующей сети. Вэтом случае помимо прямых инвестиций в новое оборудование оператору необходимо учитывать и затраты на расширение;и; оптимизацию: GSM-сети. Дублирование функций технического персонала приведет к увеличению штатахлужбы технической поддержки. Оператор будет вынужден увеличивать расходы.на эксплуатацию и управление сетями, и обеспечить соединение двух независимых сетей ссетьюТФОП.
Вторым возможным путем.для оператора является расширение и оптимизация сети GSIW с использованием, оборудования для сетей третьего поколения: В этомслучае можно сказать, что оператор инвестирует свои средства в будущее, то есть оборудование UMTS используется как, для обеспечения функционирования сети 3G, так и для улучшения работоспособности сети GSM. В противовес первому варианту развития оператор не только уменьшает прямые инвестиции-в новое оборудование; но и существенно экономит на.операционных расходах: отпадает необходимость дублирования соединительных линий; обучения дополнительного персонала; оператор продолжает эксплуатировать действующую сеть, а в будущем ему не придется закупать опорную сеть для услуг 3G. С точки зрения расширения и инвестиций: второй путь развития более предпочтителен, однако в этом случае опорная сеть UMTS; сети; должна? одинаково, хорошо обеспечивать функционирование: GSM, GPRS; UMTS. Такое требование выполнимо, если на опорной, сети; будут использованы коммутаторы нового поколения Soft Switch [15, 24, 48].
На рис.1.5 представлен один из распространенных вариантов организации мобильной связи в региональных, сегментах сети. Этот вариант предусматривает прохождение междугородного внутри регионального трафика через коммутатор, установленный в региональном центре.
Как показано на рис. 1.6, физическое разделение платформ сигнализации и коммутации Softswitch позволяет устанавливать в каждом небольшом районном центре, городе платформу коммутации необходимой емкости, избегая подключения междугородного трафика. Использование такого варианта развития сети обеспечивает снижение расходов на аренду транспортной сети в несколько раз. Управление соединениями будет осуществляться в региональном центре, где сосредоточены основные ресурсы оператора. Имеется также возможность использования в качестве среды передачи IP-сети, что позволяет снизить расходы на междугородную связь.
Коммутационная платформа на базе Soft Switch может использоваться в действующих мобильных сетях как полноценный коммутатор третьего поколения. Это позволяет использовать оборудование для работы в сетях GSM и GPRS и одновременно проводить исследование и тестирование функций третьего поколения. При переходе к системам третьего поколения необходимо наличие такого фактора, как привыкание абонента к новым услугам. Наличие на рынке терминалов третьего поколения с поддержкой одновременной работы в сетях GSM/GPRS/UMTS позволит операторам связи уже сегодня начать работу по обучению абонентов некоторым типам услуг третьего поколения. Применение коммутаторов Soft Switch на первом этапе построения систем третьего поколения в России признается оправданным не только с позиции обеспечения абонентов функциями следующего поколения, но и для текущей оптимизации сетей 2G и 2.5G. Провайдер услуг связи получает возможность начать эксплуатацию систем третьего поколения, обучить технический персонал, то есть приступить к внедрению 3G в своей компании.
Определение совокупности параметров и характеристик теории телетрафика для сетей подвижной связи
Группа параметров, характеризующих обслуживание вызовов на сетях подвижной связи; определяет особенности поступления вызовов от мобильных абонентов. Интенсивность потока вызовов зависит от параметров соты, числа абонентов на территории»соты и от того, какой вид обслуживания запрашивает абонент (передача речи, мультимедийная услуга). Общей традиции, принятой в теории массового обслуживания для описания потоков поступающих вызовов, соответствует предположение, что поток поступающих вызовов подчиняется закону Пуассона.
В системах поколения 2.5G и 3G каждый- вызов с некоторой известной вероятностью требует заданное число радиоканалов трафика-для-своего обслуживания, то есть имеет место групповое занятие каналов трафика. При передаче речи происходит занятие одного радиоканала трафика. Для реализации мультимедийной услуги может заниматься группа радиоканалов трафика, что обеспечит более высокую скорость передачи данных, поскольку имеется прямо пропорциональное соотношение между числом задействованных каналов трафика и скоростью передачи информации. Таким образом, в системах поколения 3G каждый вызов с некоторой известной вероятностью требует заданное число радиоканалов трафика для своего обслуживания, то есть имеет место групповое занятие каналов трафика. Например, как показано в Приложении 2, в стандарте 1xEV-DO технологии CDMA2000 передача данных в нисходящем канале может осуществляться на одной из девяти фиксированных значений скоростей [1, 16, 17, 29].
При проектировании для сетей мобильной связи может быть использовано предположение об экспоненциальном характере распределения времени обслуживания, которое традиционно используется при проектировании телефонных сетей фиксированной связи. Можно ожидать, что такое предположение будет справедливо при условии, что речевой трафик остается основным трафиком сети мобильной связи. Как отмечала Е.К. Венцель, предположение об экспоненциальном распределении времени обслуживания может быть сделано, если выполняется соотношение: «значительная часть вызовов имеет малую продолжительность обслуживания, и меньшая часть вызовов требует длительного обслуживания».
При передаче смешанного трафика речи и данных использование этого утверждения дает следующие преимущества: возможность использования развитого аппарата теории массового обслуживания, который содержит значительное число рекомендаций и подходов для описания многофазных многоканальных систем массового обслуживания-с отказами и с ожиданием, в качестве которых могут рассматриваться любые сетевые структуры; использование предположения об экспоненциальном распределении времени обслуживания соответствует наиболее «тяжелым» условиям работы сети.
Появление в сетях мобильной» связи трафика услуг мультимедиа может менять ситуацию, поскольку могут появиться потоки вызовов, резко отличающихся по времени обслуживания от основной массы вызовов. Эту особенность при проведении расчетов пропускной способности радиоинтерфейса базовых станций следует учитывать путем использования специальных ограничений и допущений.
Проектирование телефонных сетей связи общего пользования ведется для часа наибольшей нагрузки. Проблема заключается в том, что абонентскому трафику, как отмечается в работах [43, 47], присуща значительная неравномерность поступления вызовов. Чтобы учесть, изменения интенсивности нагрузки в течение часа наибольшей нагрузки при проектировании ТФОП, вместо интенсивности нагрузки Yl)H11 используется несколько большая по величине расчетная нагрузка: Y4HHp=Y4HH+hy2Yl (2.1) где у у - дисперсия нагрузки; h- некоторое число больше нуля. Выбор величины h производят на основании обработки данных сбора статистики для построения доверительного интервала оценки среднего значения нормально распределенной случайной величины. Использование расчетной нагрузки-позволяет обоснованно увеличивать числолиний в пучке и в итоге получить лучшее соответствие между проектными и наблюдаемыми показателями работы сети связи.
Применительно к цифровым системам коммутации ТФОП рекомендованы к использованию эмпирические зависимости для расчетной нагрузки Yp) используемые при проектировании цифровых систем коммутации [70, 51, 86]: чннр чнн+ 0,27- / чнн (2-2) где Y4HH- интенсивность, нагрузки на некоторый пучок каналов связи (приборов), определяемая как Уцнн = Л/{і, где Я - интенсивность поступления вызовов и М - интенсивность обслуживания вызовов. В любом случае расчетная нагрузка несколько выше прогнозируемой нагрузки в ЧНН:
Аналогичный подход может быть использован для.расчета радиоресурсов и ресурсов соединительных- линий на участках сетей- подвижной радиотелефонной связи общего пользования. В таблице.2.3 представлены данные о параметрах и характеристиках СПРС-ОП и-телефонной сети общего пользования (ТФОП), рекомендуемые для проведения расчетов в соответствии с Ведомственными нормами технологического проектирования комплексов сетей сотовой и спутниковой подвижной связи общего пользования [9].
Анализ результатов статистического моделирования для оценки влияния группового характера обслуживания на вероятность потерь вызовов в радиоинтерфейсе базовой станции мобильной сети
Для подтверждения соответствия аналитических выражений разработанной модели реальным процессам, происходящим в радиоинтерфейсе базовой станции мобильной сети, было проведено статистическое моделирование в реальном времени, учитывающее возможность объединения нескольких каналов трафика для обслуживания одного абонента. Программа моделирования приведена в Приложении 4 и передана на кафедру Систем управления ГТС МТУСИ для использования в учебном процессе. Символы, используемые в программе для обозначения входных параметров и характеристик, как правило, те же, что были использованы в тексте диссертационной работы.
В программе моделирования используются нескольких независимых генераторов случайных чисел по функциональной-принадлежности: генерация телефонных заявок; генерация длительности телефонных заявок; генерация распределения заявок по числу необходимых каналов трафика в соответствии с вероятностями ф1 и ф4 (один или четыре канала трафика).
Использовались генераторы псевдослучайных чисел Z„ с равномерным-законом распределения в области от нуля до единицы, основанные на получении остатка отделения на число-п. А именно, использовалась формула .Zn+]=F{n/Zn+7r}, где о0=0; Z0 = 0,011, или 0,017, илиЮ,019; Zn+l = Zn + l Ю-8; F показывает, что используется дробная часть. Как указывается, в [21], такие генераторы дают порядка 108 неповторяющихся чисел. В каждой новой серии устанавливалось другой начальное значение Со. отличное от нуля.
Преобразование псевдослучайного числа вида Zn на выходе генератора-в псевдослучайные числа Хп для экспоненциального распределения с функцией-распределения F(i) = 1-е м использовалась формула, - Xn(t) = F-\t) = -coA ln(l -Zn). Для программирования использовались возможности.среды Borland Pascal 7.0:
Состояние счетчика текущего времени Т периодически увеличивается на tc для вычисления текущего момента времени Т= tc+T , где Т - момент поступления предыдущего вызова, tc - интервал времени между соседними вызовами. Величина tc образуется первым генератором случайных чисел и зависит от параметра потока заявок на обслуживание. Конец серии испытаний задается числом, ограничивающим величину Т. В нашем случае, моделирование проводилось для 100 часов, и выполнялась проверка Т 100.
Загрузка счетчика поступивших вызовов GV{summa calls} производилось после поступления очередного вызоваот первого генератора и выполнения-проверок на длительность разговора tcall, поступившую от второго генератора. Для приближения к реальным--условиям 0,0005 tcall 1,0, то есть длительность вызова не может быть меньше 1.8 секунды и больше одного часа.
Увеличение содержимого GV1 - счетчика вызовов, требующих для своего обслуживания одного свободного канала, так же как и увеличение содержимого GV4 -счетчика, вызовов, требующих для своего обслуживания четырех свободных каналов, производится по результатам действия генератора распределения заявок с вероятностями фі и ф4. Имеет место равенство GV = GV1+ GV4.
Моделирование предполагало образование одного массива данных R[index1]. Каждый элемент массива R[index1] поставлен в соответствие одному из каналов трафика в радиоинтерфейсе-соты. Элемент массива.несет информацию о моменте освобождения канала трафика, установленном при помощи второго генератора случайных чисел. Загрузка элементов массива R[index1] отображает особенности обслуживания вызовов.
Если для обслуживания требуется один свободный канал трафика, то выполняется поиск свободного элемента массива.- Свободным считается канал и соответ-ствующийему элемент, если текущее время системы Т больше ранее записанного в элементе массива времени» завершения, обслуживания по данной линии
Tz—T +tcall, где Т - значение текущего времени системы на момент поступления-обслуженноговызова, t и - продолжительность ранее принятого на обслуживание вызова.. Если свободный канал обнаружен, то соответствующий ему элемент массива загружается новым значением 71 = T + tcall, где Т - реальное текущее время системы и t ц - продолжительность нового вызова. Если все каналы заняты, то.фик сируется отказ путем увеличения содержимого счетчика потерь по вызовам GVL1 {lost calls}.
Для моделирования группового обслуживания введен дополнительный-массив вида Q [index2], каждый элемент которого поставлен в соответствие одному из каналов трафика в радиоинтерфейсе соты. Однако загрузка дополнительного массива Q[index2] выполняется только при поиске свободных ресурсов для группового обслуживания. Если поиск оказался неудачным, то содержимое массива Q[index2] используется для восстановления значения тех элементов массива R[index1], которые предполагалось задействовать для данного вызова. Увеличение-содержимого счетчика потерь по вызовам GVL4{lost calls} производится только, когда невозможно предоставить четыре свободныхканала.
Оценка влияния неравномерности распределения мобильных пользователей по территории сети связи на вероятность потерь вызовов
В случае преобладания трафика телефонии система алгебраических уравнений (2.13) на стр.63 может быть упрощена с учетом того, что в диапазоне значений m = 1,..., оо, большая часть значений ф( будет равна нулю. А именно, имеет место соотношение ф1 + ф2 = 1, то есть при і 2 имеем ф{= 0. «Активный» абонент с некоторой вероятностью ф{ обслуживается одним радиоканалом-трафика (организация связи с абонентами за пределами зоны обслуживания данной базовой станции), и с вероятностью ф2 - двумя радиоканалами трафика одной базовой станции (организация связи внутри одной ячейки сети связи). Система уравнений (2.13) преобразуется к виду [33, 34, 35, 36, 37] Рх=ссТ?Р0\ (4.10) Р2 =((«гр +1) / 2} Рг{(агр 12)ОД Р0]}; Р3-{(агр + 2)/з}Р2-{(агр/3) / }; рт+х = {((«Ф + т)/(т + \)}Рт - {агр / (тя+І)} .,, т V; Pv= {а 1У){фхРуЛ + ф2Ру_2\ для определения величины Р0 используется нормирующее условие
Вероятность потери вызова из-за занятости всех каналов трафика в радиоинтерфейсе базовой станции можно определять после преобразования формулы (2.12) на стр.61 к следующему виду Y,mPm РОТК=1"«ФЙ + 2« (4 11)
Поскольку интенсивность нагрузки на пучок линий связи может определяться как агр = Д-р / ju, следует учитывать, что для рассматриваемого случая: интенсивность обслуживания требований, обозначенная величиной ju, будет одинакова для требований первого и второго типа; величина интенсивности поступления вызовов на обслуживаниеагр зависит от подключенного числа абонентов подвижной связи, размеров и количества ячеек сети, наличия центров повышенной абоненткой плотности.
Таким образом, величина агр может меняться в широких пределах из-за изменения интенсивности поступления вызовов на обслуживание Д-р. Будем определять величину агр как интенсивность нагрузки на каналы трафика радиоинтерфейса ячейки сети, используя равенство ц-р = Y:.
Задавая интенсивность нагрузки» на радиоинтерфейс j—ой ячейки сети Y-можно решать систему» уравнений (4.10) для различных значений V = V:t которые характеризуют число каналов трафика в радиоинтерфейсе в j—ой ячейке сети. Пропускную способность j—ой ячейки сети характеризует допустимая- величина Y- , ко тораяможет быть определена длязаданнойдопустимой вероятности потерь по вызовам в радиоинтерфейсе і ТКдоп. Программа разработана для решения?системы уравнений (4.10) для стандарта GSM900 с использованием языка Borland Pascal 7.0 и представлена в табл. П.3.4 Приложения 3.
В таблице 4.1 представлены результаты аналитического решения системы уравнений (4.10) и формулы (4.11), позволяющие оценить влияние замыкания нагрузки внутри ячейки сети подвижной связи на вероятность потерь по вызовам в радиоинтерфейсе Ротк. Расчет выполнен для фиксированной величины интенсивности поступления нагрузки агр= 40 Эрланг для заданного числа каналов трафика в радионтерфейсе V.= 46 каналов, что соответствует случаю использования в ячейке сети шести несущих частот стандарта GSM900 (на каждой несущей частоте выпол нено восьмикратное временное уплотнение, два канала используются как каналы управления). Данный вариант позволяет использовать антенны круговой направ ленности или антенны направленного действия (с выделениемг шести секторов в ячейке). Расчет проводился для диапазона значений ф2 0,05 0,30. Анализ результатов расчета показывает, что первая формула Эрланга может использоваться в тех случаях, когда имеет место неравенство ф2 0,05. При ф2 0,10 результаты оценки Ротк почти вдвое превышают величину потерь EF[orrp], полученную по первой формуле Эрланга. Дальнейший рост величины ф2 приводит к недопустимо большим потерям по вызовам в радиоинтерфейсе.
Доля замыкания нагрузки в СПРС-ОП СПРС-ОП является одной из основных величин, которые определяют значение величины ф2 в системе уравнений (4.10).
Для начального периода развития СПРС-ОП в городах Российской Федерации было характерно формирование одной ячейки связи. При этом величина характеризовала долю вызовов, которые замыкаются в сети подвижной связи. Имело место равенство ф2 = спРС-оп- Величина &СПРС-ОП близка к нулю на начальном этапе внедрения СПРС-ОП и в дальнейшем повышается до уровня 30-40%. Для сетей профессиональной радиотелефонной связи величина, СПРС-ОП близка к единице, однако для этих сете связи характерно преимущественное использование режима полудуплексной связи.
Если предположить, что на начальном этапе вся сеть подвижной связи состояла из четырех ячеек, и вероятность замыкания трафика в пределах одной ячейки сети составляла ф2 = СПРС-ОП Ри РавномеРном распределении пользова телей подвижной-связи по территории сети можно использовать следующую формулу для определения-коэффициента ф2: Фі =кСПРС-ОП/1 4-12) L - число ячеек в сети СПРС-ОП. С ростом числа ячеек сети величина ф2 будет снижаться, стремясь к нулю в сетях подвижной связи сложной конфигурации. Если предположить, используя данные таблицы 4.1, что ф2 = 0,05 (при этом величины /отки Ек[сггр]близки друг к ДРУГУ), то влияние замыкания нагрузки в пределах одной ячейки может не учитываться, если число ячеек сети превысит величину Z/доп, получаемую в соответствии с формулой (4.12) как Ьдоп = СПрс-оп $2 = 0,4 I 0,05 = 8ячеек. Однако, при проектировании сетей подвижной связи- общего пользования, имеющих сложную структуру и большое число ячеек сети, возникает противоречие: влияние замыкания нагрузки в пределах одной ячейки и связанное с этим.использование двух каналов трафика резко снижается и может не учитываться; концентрация пользователей на территории конкретной ячейки сети может существенно увеличивать коэффициент ф0. Проблема состоит в том, что увеличение показателя ф2 происходит параллельно с ростом интенсивности поступления вызовов на обслуживаниеагр, то есть напрямую зависит от числа абонентов на территории ячейки сети.
