Содержание к диссертации
Введение 4
Глава 1. Концепция дифференциации и управления качеством услуг
мобильной связи 11
1.1. Обзор проблемы качества услуг мобильной связи в сетях 2-го
поколения 11
1.2. Основные положения концепции дифференциации и управления
качеством услуг мобильной связи и комплекса показателей качества .... .. 15
Моделирование суточного трафика в сети мобильной связи на основе кривых эластичности спроса 22
Результаты и выводы к главе 1 25
Глава 2. Вопросы аналитического моделирования мобильных сетей с
дифференциацией и управлением качеством услуг 29
Состояние вопроса 29
Разработка алгоритмов управления качеством услуг 32
Анализ алгоритмов методом цепей Маркова 37
Постановка задачи 37
Решение задачи 43
2.3.3. Показатели качества СМО с дисциплиной «Обслуживание с
прерыванием» 47
2.3.4. Решение системы уравнений глобального баланса 48
2.4. Результаты и выводы к главе 2 51
Глава 3. Вопросы реализации систем с дифференциацией и
управлением качеством услуг в мобильных сетях 2-го
поколения 53
3.1. Экспериментальная проверка алгоритмов управления качеством
обслуживания на имитационной модели 53
3.1.1. Разработка имитационной модели и методики исследования 53
Программная модель реализованной имитационно системы 58
Анализ результатов моделирования 60
3.1.4. Влияние остаточного времени до прерывания обслуживания на
характеристики системы 66
3.1.5. Влияние доли зарезервированных каналов в соте на
характеристики системы 69
3.1.6. Влияние вероятности блокировки в радиоканале в ЧНН на
характеристики системы 71
3.1.7. Выводы 72
3.2. Сравнение результатов аналитического и имитационного
моделирования алгоритма управления качеством услуг «Обслуживание с
прерыванием» 74
3.3. Вопросы реализации систем с дифференциацией и управлением
качества услуг в мобильных сетях GSM 79
3.4. Результаты и выводы к главе 3 83
Заключение 85
Библиографический список использованной литературы 88
Приложения 96
Введение к работе
Настоящая диссертационная работа посвящена исследованию вопросов дифференциации и управления качеством услуг (Quality of Service - QoS) и тарифами в сетях мобильной связи 2-го поколения (2G) стандарта GSM (Global System for Mobile Communication). Данное научное исследование сочетает в себе новые маркетинговые подходы на рынке сотовой связи, архитектуру сети, адаптированную к управлению качеством услуг, и алгоритмы дифференцированного обслуживания (Differentiated Service - DiffServ) пользователей сетей мобильной связи.
В конечном итоге суть концепции дифференциации и управления качеством услуг сводится к внедрению процедур динамического управления параметрами качества сервиса и градуированными тарифами. Последние предполагают введение алгоритмов приоритетного обслуживания, благодаря которым абонентам выделяются сетевые ресурсы в зависимости от текущего состояния сети и с учетом гарантированных показателей качества услуг для каждого приоритетного класса мобильных абонентов.
Следует отметить, что всестороннее исследование и дальнейшее практическое применение технологии дифференциации и управления качеством услуг и тарифами приведет к существенному расширению рынка мобильной связи путем вовлечения максимального количества пользователей (от элитарных до массовых), поддержанию конкурентоспособности сетей 2G, увеличению суточного трафика нагрузки и полезного использования ресурсов сети.
Актуальность выбранной темы
Понятно, что на сегодняшний день наибольшее число пользователей мобильной связи - это пользователи стандарта 2-го поколения GSM, и такая тенденция будет сохраняться еще ближайшие несколько лет, хотя постепенно внедряются сотовые сети промежуточного (2,5G) и третьего (3G) поколений.
Наметившийся переход к сетям следующего поколения может быть революционным или эволюционным. Революционный переход подразумевает полную замену существующих сетей 2G на 3G и сопряжен с большими капитальными затратами и высоким коммерческим риском. Эволюционный переход означает «мягкое» приближение сетей 2-го поколения к сетям 3G за счет постепенного внедрения возможностей и услуг сетей сотовой связи следующего поколения на эксплуатируемых сетях. Одной из таких возможностей является управление качеством услуг, на чем основана разрабатываемая в диссертационной работе технология дифференциации и управления качеством услуг. Предлагаемая технология позволяет продолжить эксплуатацию сетей GSM и в то же время приблизить их возможности к возможностям сетей следующих поколений.
Таким образом, актуальность темы диссертации обусловлена социальной значимостью и теми тенденциями, что наблюдаются в области мобильной связи. Также, актуальность подчеркивается существующей достаточно узкой направленностью компаний-операторов сотовой связи на клиентов с определенным уровнем доходов, на экстенсивный захват новых рынков, территорий лишь путем дифференциации тарифных планов без учета предлагаемого качества услуг и обслуживания.
Цель диссертационной работы
Развитие технологий улучшения качества обслуживания; расширения абонентской базы; повышения эффективности использования канальных ресурсов сетей мобильной связи, а также приближение мобильных сетей 2-го поколения к мультисервисным сетям мобильной связи 3-го поколения по качеству, управляемости и гарантированности предлагаемых голосовых услуг путем осуществления в мобильных сетях 2-го поколения дифференциации и динамического управления качеством услуг (QoS).
^ Задачи диссертационной работы
Для достижения поставленной цели были определены следующие основные задачи:
Анализ текущего состояния проблемы качества услуг мобильной связи.
Обоснование и разработка показателей качества и дифференциации услуг мобильной связи для сетей 2-го поколения.
Исследование и разработка алгоритмов управления качеством услуг, основанных на приоритетном обслуживании пользователей сети мобильной связи.
Разработка математической модели сети мобильной связи с дифференциацией и управлением качества услуг.
* 5. Экспериментальная проверка разработанных алгоритмов управления ка-
чеством услуг на имитационной модели соты сети мобильной связи. 6. Исследование вопросов внедрения и апробации технологии дифференциации и управления качеством услуг на реальной сети мобильной связи 2-го поколения стандарта GSM.
Методы исследования
В диссертации приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований, полученных с использованием элементов теории вероятностей, теории массового обслуживания, цепей Маркова, приоритетного обслуживания, планирования эксперимента, имитационного моделирования, методов математической статистики.
Достоверность результатов диссертационной работы подтверждается обоснованностью и корректностью применения аппарата Марковских процессов, массового обслуживания; построения имитационной модели; удовлетворительным совпадением полученных при аналитическом моделировании резуль-татов с результатами имитационного моделирования.
Научная новизна
В процессе разработки темы диссертации были получены следующие новые научные результаты:
Предложены и обоснованы показатели дифференциации и управления качеством услуг мобильной связи для сетей 2-го поколения стандарта GSM.
Предложены и разработаны алгоритмы управления качеством услуг, основанные на приоритетном обслуживании пользователей сети мобильной связи:
«Обслуживание с прерыванием», отличающийся введением дифференцированного остаточного времени до прерывания обслуживания;
«Обслуживание с адаптацией», отличающийся введением дифференцированной динамической доли доступных каналов трафика
Првдогоекена математическая модель сети мобильной связи с дифференциацией и управлением качеством услуг на основе цепей Маркова с вытеснением и дифференцированным остаточным временем до прерывания обслуживания.
Предложена и разработана имитационная модель соты сети мобильной связи с дифференциацией и управлением качеством услуг, позволившая экспериментально оценить эффективность разработанных алгоритмов управления качеством услуг сети мобильной связи.
Показано, что внедрение алгоритмов дифференциации и управления качеством услуг на основе приоритетного обслуживания позволяет повысить среднесуточную нагрузку, создаваемую абонентами мобильной связи, а, следовательно, повысить уровень использования канальных ресурсов и доходы компаний-операторов.
Рассмотрены общие принципы построения и требования к сети мобильной связи GSM 2-го поколения при внедрении технологии дифференциации и управления качеством услуг.
Практическая ценность
Разработаны алгоритмы дифференциации и управления качеством услуг.
Установлена и оценена техническая и экономическая эффективность внедрения технологии дифференциации и управления качеством услуг и тарифами на сети мобильной связи.
Результаты диссертационной работы могут быть использованы для дальнейшего развития и внедрения технологии дифференциации и управления качеством услуг на сетях мобильной связи 2-го поколения стандарта GSM.
Апробация работы
Ш Материалы диссертационной работы докладывались, представлялись и
обсуждались на:
Российской научно-технической конференции «Информатика и проблемы телекоммуникаций» (г. Новосибирск, 2000, 2001, 2002 гг.);
IEEE Siberian Conference on Control and Communications (SIBCON'2003, г.Томск).
Реализация результатов работы. Основные положения диссертационной работы внедрены в учебный процесс Сибирского государственного университета телекоммуникаций и информатики на Кафедре телекоммуникационных сетей и вычислительных средств.
ф Основные положения, выносимые на защиту:
#
Комплекс показателей качества и дифференциации услуг мобильной связи для сетей 2-го поколения.
Алгоритмы дифференциации и управления качеством услуг, основанные на приоритетном обслуживании пользователей сети мобильной связи.
Марковская модель сети мобильной связи с вытеснением и дифференцированным остаточным временем до прерывания обслуживания.
Инвариантное соотношение для регулирования и распределения ресур-сов каналов трафика, обеспечивающее высокую эффективность полезного использования ресурсов канала и одновременно - гарантированные значения показателей качества.
Результаты исследования эффективности разработанных алгоритмов управления качеством услуг сети мобильной связи посредством имитационной модели.
Публикации
По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ, которые приведены в конце списка литературы.
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и приложений. Основной материал изложен на 105-и страницах, включает в себя 33-и рисунка, 8-мь таблиц и 4-е приложения. Список литературы содержит 82-а наименования.
В Приложении 1 на 1-ом листе приведены результаты расчета математики
ческой модели; в Приложении 2 на 3-х листах - результаты имитационного мо
делирования алгоритмов дифференциации и управления качеством услуг; в
Приложении 3 на 1-ом листе - результаты имитационного моделирования алго
ритма «Обслуживание с прерыванием»; в Приложении 4 на 5-й листах - расчет
среднеквадратического отклонения величин вероятности отказа и вероятности
* прерывания при разных значениях остаточного времени до прерывания обслу-
живания. *
Краткое содержание работы
Во введении рассматриваются следующие вопросы: актуальность темы, цель и задачи работы, методы исследования, научная новизна, практическая
ценность проделанной работы и основные положения диссертационной работы, выносимые на защиту.
В первой главе анализируется современное состояние вопросов качества услуг в области сетей мобильной связи. Проводится анализ показателей качества услуг, определенных на текущий момент. Предлагаются и обосновываются показатели качества технологии дифференциации и управления качеством услуг мобильной связи.
Во второй главе кратко излагаются основные дисциплины и алгоритмы приоритетного обслуживания, существующие на текущий момент; дается описание предложенных и разработанных алгоритмов дифференциации и управления качеством услуг; предлагается Марковская модель сети мобильной связи с 4-мя классами приоритетного обслуживания и дисциплиной с дифференцированным остаточным временем до прерывания обслуживания.
Третья глава содержит описание имитационного моделирования разработанных алгоритмов дифференциации и управления качеством услуг. Приводятся сравнительные характеристики исследуемых алгоритмов; оценка их эффективности; сравнение полученных при аналитическом моделировании результатов с результатами имитационного моделирования; рекомендации по практической реализации принципов технологии дифференциации и управления качеством услуг на реальных сетях мобильной связи 2-го поколения стандарта GSM.
В заключении сформулированы основные результаты диссертационной работы.
В приложениях приведены результаты математического и имитационного моделирований.
