ДонНТУ   Портал магістрів

Бороздін Антон Вікторович

Факультет комп'ютерних інформаційних технологій та автоматики

Кафедра автоматики та телекомунікацій

Спеціальність Телекомунiкацiйнi системи та мережi

Аналiз параметрiв якостi обслуговування у мережах мобiльних операторiв, побудованих на базi фемто-cтильникiв

Науковий керівник: д.т.н., проф. Воропаєва Вікторія Яковлевна

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

• Вступ
• 1. Мета роботи та задачі
• 2. Аналіз актуальності переходу операторів до фемтомереж
• Висновки
• Перелік посилань

Вступ

Розвиток бездротового зв'язку супроводжується безперервною зміною технологій, в основі яких лежать стандарти стільникового зв'язку GSM і CDMA, а також стандарти систем передачі даних IEEE 802. Історично технології бездротового зв'язку розвивалися по двох незалежних напрямках – системи телефонного зв'язку (стільниковий зв'язок) та системи передачі даних (Wi-Fi, WiMAX). Але останнім часом спостерігається явна тенденція до злиття цих функцій. Більше того, обсяг пакетних даних у мережах стільникового зв'язку третього покоління (3G) вже перевищує обсяг голосового трафіку, що пов'язано з впровадженням технологій HSPA[1]. У свою чергу, сучасні мережі передачі інформації обов'язково забезпечують заданий рівень якості послуг (Qualіty of Servіce - QoS) для різних видів трафіку. Реалізується підтримка пріоритезації окремих потоків інформації, причому як на мережевому/транспортному рівнях (на рівні TCP/IP), так і на МАС-рівні (стандарти IEEE 802.16). Це дозволяє використовувати їх для надання послуг голосового зв'язку, передачі мультимедійної інформації і т.п.[2].

Сучасні тенденції розвитку телекомунікацій пов’язані з появою нових послуг та сервісів, що є більш вимогливими до існуючих мереж. З кожним днем ці послуги стають більш актуальними серед користувачів. Таким чином побудова, сучасної мультисервісної бездротової мережі є дуже вигідним рішенням для існуючих провайдерів, гарантуючи залучення ще більшої кількості абонентів, а значить й збільшення прибутків. Останнім часом в Україні прогнозується збільшення попиту на додаткові послуги стільникового зв’язку й особливо передачі даних Інтернет. У зв'язку з цим саме поняття мереж наступного, третього, покоління (3G) нерозривно пов'язано зі створенням універсальних мобільних мультимедійних мереж передачі інформації. На сьогоднішній день Україна має у своєму розпорядженні зовнішні канали зв'язку з достатньою пропускною здатністю, практично в кожному населеному пункті є провайдери послуг доступу в зовнішню мережу, однак з'єднання між ними й кінцевим споживачем дотепер здійснюється в основному або по комутованих, або по виділених лініях. Як результат – низька швидкість обміну інформацією, ненадійність з'єднання, обмежені можливості підключення. Досить значною проблемою є прокладка кабельних ліній, часом вона неможлива, незручна й економічно недоцільна, особливо у великих містах.

Актуальністю даної теми є питання про впровадження нових технологій у сучасні телекомунікаційні мережі. Основною вимогою для проектування такої мережі є вибір найбільш вигідної і якісної мобільної технології. Останнім часом у сфері телекомунікацій широко стало розглядатися поняття мереж наступного, третього, покоління на основі технології HSPA та використання фемтостіьників на рівні «останньої милі». Існуючий стандарт GSM забезпечує послуги телефонного зв'язку (12,2 кбіт/с, тип кодеку AMR), і передачі даних зі швидкістю від 9,6 кбіт/с (СSD) до 236,8 кбіт/с (EDGE) і ймовірністю помилки (Bіt Error Rate - BER) менше 10^-2 і 10^-8 відповідно[3]. Будь-який подальший розвиток каналів даних може, в принципі, йти таким самим шляхом, як й розвиток мовних каналів, тобто шляхом поліпшення якості інформації, що передається (зменшення ймовірності помилки), збільшення ємності систем і зменшення розміру стільників. Однак у випадку передачі даних збільшення ємності в першу чергу передбачає підвищення ефективності використання низьких за пропускною здатністю радіоканалів, підвищення використання радіоресурсів, значне збільшення швидкостей передачі як від абонента так і до нього.

Для забезпечення абонентів послугами високошвидкісної передачі даних (до 14,4 Мбіт/с (HSPA rel.5)) і подальшого розвитку із застосуванням MІMO-антен до 84,4 Мбіт/с (HSPA+ rel.9), а також телефонії високої якості передачі голосу (60 кбіт/с діапазон передачі голосу 200-14000 кГц) пропонується розгорнути мережу UMTS на базі технології HSPA (HSDPA(downlіnk)+HSUPA(uplіnk)) rel.5, із застосуванням 15 кодів (4/4) і модуляцією QPSK/16QAM з можливістю модернізації на програмному рівні до HSPA+ (rel. 7-9). На рівні доступу абонентів до мережі пропонується вкористовувати фемтостільники[4].

1. Мета роботи та задачі

Мета роботи: підвищення якості послуг, що надаються мобільним оператором за рахунок застосування фемтостільників в мережах третього покоління.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі задачі:


• 1) розглянути існуючі технології 3го покоління. Проаналізуємо їх особливості.
• 2) Розглянути варіанти переходу до мереж 3G і оцінити їх ефективність.
• 3) Проаналізувати актуальність переходу до фемтомереж та можливі шляхи переходу.
• 4) сформулювати та обгрунтувати вимоги QoS в фемтомережах.
• 5) Провести моделювання мережі мобільного оператора на основі фемтостільників і проаналізувати отримані результати з точки зору отримуваних параметрів QoS і економічної ефективності

2. Аналіз актуальності переходу операторів до фемтомереж

Фемто - приставка, що означає величину дуже малу (0,000000000000001). Фемтостільниками називають стільники мобільних мереж розміром порядку декількох десятків метрів, а фемтостільниковими станціями - базові станції, що забезпечують зв'язок у цих стільниках. В останні роки мобільний зв'язок все частіше використовується в приміщеннях - вдома або в офісі. Досить щільна мережа мобільних станцій і здатність GSM-сигналів проникати крізь багато стін дозволяє в більшості випадків робити це успішно. Але все-таки не всі стіни прозорі для сигналу, і не завжди базова станція забезпечує достатню його потужність. Тому періодично доводиться зіштовхуватись з ситуацією, коли зв'язок у приміщенні поганий або зовсім відсутній. З появою технологій стільникового зв'язку третього покоління (3G) положення значно погіршилося. Справа в тому, що при передачі сигналів 3G використаються більш високі частоти (в UMTS це приблизно 2000 МГц, а в GSM може бути як 1800, так і 900 МГц), на яких загасання сигналу при проходженні крізь стіни істотно збільшується[5]. Користувачі пристроїв з підтримкою 3G часто зіштовхуються з тим, що всередині приміщень їхні апарати автоматично перемикаються на зв'язок по каналах EDGE або GPRS - краще"проникаючий" крізь стіни, але менш швидкісний.

Ще гірше справа з технологіями наступного покоління (HSPA, WіMAX, LTE). У них використовується в основному квадратурна модуляція високих порядків (наприклад, QAM-16 і QAM-64), при якій вплив cтін будинків на якість сигналу підсилюється . У той же час у багатьох користувачів мобільного зв'язку будинку є доступ в Інтернет через широкосмуговий дротовий канал - кабельний або ADSL. Цей канал можна використовувати і для доступу до стільникової мережі мобільного оператора через спеціальний пристрій - подібно приєднанню через Wі-Fі-роутер. Саме таким пристроєм і є фемтостільникова станція. Вона перемикає телефон абонента на себе при влученні в зону її дії, і його подальша взаємодія з мережею оператора відбувається вже через неї (рисунок 1) .

Ідея використання одного апарата для зв'язку поза будинком і всередині нього не нова. У свій час використовували спроби впровадження DECT/GSM-телефонів, щоправда, широкого поширення такі апарати з ряду причин не одержали. Сьогодні можна користуватися вдома бездротовим широкосмуговим доступом (ШСД) за допомогою телефонів і комунікаторів, оснащених модулями Wі-Fі. Принципова різниця в тому, що у випадку фемтостільник підключення до базової станції відбувається через той же канал зв'язку та за допомогою того ж апаратного забезпечення, що й у випадку, коли абонент перебуває в зоні дії макростільникової станції[6]. Тому для користування мобільним зв'язком через фемтостільника не потрібний новий телефон або комунікатор - досить встановити в приміщенні фемтостільникову станцію.

Відмінність від Wі-Fі також у тому, що фемтостільникова станція повинна бути не просто підключена до домашнього дротового каналу, але й інтегрована в опорну мережу оператора мобільного зв'язку. Використання фемтостільника дає ряд переваг як операторам мобільного стільникового зв'язка, так і їхнім абонентам. Операторам фемтостільники дозволяють істотно збільшити число абонентів без додаткових макростільникових базових станцій. Такий шлях не вимагає додаткових витрат на будівництво, енергопостачання, оренду й ін., тому економічно він більше вигідний. До того ж, як вже відзначалося, у багатьох випадках навіть близько розташована базова станція не забезпечує необхідну якість зв'язку в приміщенні.

За рахунок фемтостільників оператори мобільного зв'язку можуть також успішно конкурувати з постачальниками послуг ІP-телефонії, одержуючи додатковий дохід. Крім того, завдяки високим швидкостям передачі даних і інтеграції з традиційними дротовими каналами доступу в Інтернет фемтостільники надають мобільним операторам можливість "захопити" додатковий час і при користуванні різними мультимедійними сервісами. Нарешті, фемтостільники скорочують трафік у макростільниковій мережі, тим самим підвищуючи якість послуг для інших користувачів і збільшуючи їхнє число . Абонентам застосування фемтостільника дає свої вигоди . Завдяки фемтостільникам вони можуть одержувати доступ до мобільного зв'язку в приміщенні за більше низькими тарифами. При цьому використовується звичайний телефон, а не двохрежимний апарат, як, наприклад, у випадку підключення через Wі-Fі. Та й перемикання на фемтостільникову станцію відбувається автоматично - нічого перенастроювати не потрібно [7].

Важливо, що одним фемтостільником можуть користуватися одночасно кілька людей, наприклад, всі члени родини. Спрощується й процедура розрахунків за послуги (так званий біллінг) - один оператор, один телефон, один рахунок. Відзначимо, що фемтостільникові станції застосовні не тільки в будинках і квартирах, але й у корпоративному секторі. Звичайно корпоративні рішення для фемтостільникових станцій забезпечують більшу зону дії й підтримують більше число абонентів.

Виграш від застосування фемтостільників особливо очевидний при передачі даних – де і потрібні в першу чергу 3G і більш "швидкісні" технології [8]. Переваги використання фемтостільникових станцій наочно ілюструються дослідженнями, проведеними в роботі . Було виконане порівняння якості зв'язку всередині приміщень при використанні фемто-стільникових і макростільникових станцій. Аналіз проводився для технологій CDMA2000/1xEVDO і UMTS/ HSDPA. В кожному з домоволодінь проводилося багато вимірів рівня сигналу, відношення сигнал/шум і інші параметри в різних точках приміщення. У тестуванні для технології EVDO брали участь 17 домоволодінь. Тестування для технології HSDPA виконувалися в різних місцях у Північній Америці, у Європі, на Близькому Сході й в Азії - у цілому в 12 місцях (в основному в багатоквартирних будинках). При аналізі сигналів із макростільникової станції досліджувалися мережі різних операторів, доступних звичайним абонентам у даному місці. Фемтостільник кожний учасник тестування розташовував там, де йому зручно, не намагаючись оптимізувати місце, виходячи з якості радіосигналу. У цілому було проведено кілька тисяч вимірів. Дані проведених вимірів оброблялися за допомогою спеціальних статистичних методів. Узагальнені результати показали, що фемтостільники забезпечують у середньому в п'ять разів більш високі швидкості передачі даних у приміщенні, ніж реально доступні абонентам макростільникові мережі (табл. 1). Причому, незважаючи на розкид результатів, значне збільшення швидкості передачі даних у випадку використання фемтостільникових станцій спостерігалося у всіх приміщеннях - як для EVDO, так і для HSDPA-сигналів (рисунок 3) .

Ще більш наочний результат полягає в тому, що ймовірність досягнення досить високої швидкості передачі даних усередині приміщення, де працює фемтостільник, виявилася набагато вище, ніж у випадку макростільника (рисунок 4) . Таким чином, при передачі даних фемтостільники дають досить відчутні переваги, а в багатьох випадках виявляються єдиним можливим рішенням - сигнал від макростільникової станції просто не досягає необхідного рівня.

Слід зазначити, що фемтостільникові станції застосовні не тільки в будинках і квартирах, але й у корпоративному секторі. Зазвичай корпоративні рішення для фемтостільникових станцій забезпечують більшу зону дії, підтримують більше число абонентів і гарантують більшу швидкість передачі даних у радіоканалі (таблиця 1) .

Висновки

Висновки: аналіз, проведеннй у даному розділі показав, що рішення на базі фемтостільників допоможуть операторам 3G вирішити проблеми з високошвидкісним доступом на "останній милі". Однак для цього необхідно вирішити ряд технічних завдань. Оскільки фемтостільники відносяться до класу домашніх мереж, потрібно, щоб станція легко підключалася й настроювалася, а ціна її була порівняна з вартістю Wі-Fі точок доступу. Потрібно також забезпечити надійну й стабільну роботу фемтостільників і широкосмугових ліній зв'язку, до яких вони підключаються, у відповідності зі стандартами якості обслуговування (QoS), що пред’являлися до функціонування систем мобільного зв'язку. При написанні даного автореферату кваліфікаційна робота магістра ще не завершена. Дата остаточного завершення роботи: грудень 2013 року. Повний текст роботи та матеріали за темою роботи можуть бути отримані у автора або його наукового керівника після зазначеної дати.

Перелік посилань