Сайт ДонНТУ Портал Магистров ДонНТУ English Русский Українська
Библиотека
Об авторе
Ссылки
Отчёт о поиске
Индивидуальное задание
Магистр ДонНТУ Чудинова Марта Олеговна

Чудинова Марта Олеговна

Факультет компьютерных информационных технологий и автоматизации

Кафедра автоматики и телекоммуникаций

Специальность: Телекоммуникационные системы и сети


Тема выпускной работы:

Исследование телекоммуникационной сети мобильной связи с обеспечением услуг при временных резких перегрузках сети

Научный руководитель: Турупалов Виктор Владимирович

Реферат

по теме выпускной работы

Исследование телекоммуникационной сети мобильной связи с обеспечением услуг при временных резких перегрузках сети

Содержание

Введение
  1. Актуальность темы
  2. Связь работы с научными программами, темами, планами
  3. Цель и задачи разработки (исследования)
  4. Предполагаемая научная новизна полученных результатов
  5. Практическое значение полученных результатов
  6. Апробация результатов работы
  7. Обзор разработок по исследуемой теме
  8. Описание полученых и планируемых результатов работы
Выводы
Список литературы
Примечания

    Введение

     Телекоммуникационные сети, использующие радиоканал как способ доступа конечного пользователя к услугам сети переживают на данный момент времени этап бурного развития и широкого введения. С 2009 года отмечен спад роста количества новых абонентов, что означает перенасыщение рынка мобилных услуг. Однако не смотря на этот спад по данным на март 2010 года количество абонентов мобильной связи в Украине составляет 112% населения.
    Количество абонентов (Март 2010)
    Киевстар 21.93 млн.
    МТС 17.35 млн.
    Life) 12.16 млн.
    Beeline+GT 1.97 млн.
    Т.е. сеть мобильного оператора не застрахована от перегрузок, а возникновение пиковых нагрузок всегда является испытанием для любой сети связи.

  1. Актуальность темы

    2. Высокий уровень проникновения услуг сотовой связи в нашей стране предопределяет растущую потребность в обеспечении качественной мобильной связи при определённых условиях перегрузки каналов мобильной связи, таких как: резкий рост пользователей сети на спортивных объектах и в крупных торговых комплексах, в аэропортах, на трассах. Если такие перегрузки не являются постоянными, а лишь редкие явления, то установка дополнительной базовой станции не является оптимальным решением. В моей квалификационной работе я разрабатываю рекомендации, в которых будет описаны возможные примеры перегрузок мобильных сетей и оптимальные подходы для решения каждого возможного случая.

  2. Связь работы с научными программами, темами, планами

    3. Квалификационная работа магистра выполнена на протяжении 2009 -2010г.г. согласно с научным направлением кафедры «Автоматики и телекоммуникаций» Донецкого национального технического университета.

  3. Цель и задачи разработки (исследования)

    4. Цель работы: улучшение качества предоставления услуг в мобильных сетях и обеспечение стабильным сигналом абонентов при временных резких перегрузках сети. Задача: анализ методов решения для достижения цели.
    Методология и методы исследований. Для решения поставленных задач используются: математический аппарат теории вероятностей, теории массового обслуживания, статистической теории распространения радиоволн; методы математического моделирования, имитационного моделирования.

  4. Предполагаемая научная новизна полученных результатов

    5. Предполагаемой новизной работы должно быть написание рекомендаций по улучшению сотовой всязи в моменты перегрузок сети.

  5. Практическое значение полученных результатов

    6. Результаты работы могут быть использованы операторами при принятии решений по развитию действующих сетей подвижной радиосвязи стандарта GSM и их настройке.
    Полученные результаты также могут быть использованы в учебных курсах, посвященных планированию и оптимизации сетей подвижной радиосвязи стандарта GSM.

  6. Апробация результатов работы

    7. По теме квалификационной работы были напечатаны тезисы на Второй Студенческой научно-технической конференции (СК-10) посвященных Дню науки и Всемирному дню телекоммуникации..— Киев, КПИ — 2010, с. 246-247. Планируеться публикация как минимум еще одной статьи в сентябре.

  7. Обзор разработок по исследуемой теме

    8. На локальном уровне

    Подобными разработками в пределах университета занимался Соловьёв М.С. В своей публикации «Прогноз трафика GSM с учетом свойств фрактальности» он рассмотрел прогноз нагрузки в сети мобильной связи. Размещение БС оптимально для оператора связи рассмотрел в своей квалификационной работе «Разработка системы оптимального размещения базовых станций сети мобильной связи стандарта GSM» Букий Д.Г.

    На национальном уровне

    В статье Правик Ю.Н «Методы контроля передачи данных в систесах мобильной связи» рассмотрены варианты эффективности передачи данных, причины ухудшения эффективности работы протоколов. Предлагаются пути повышения эффективности передачи данных в мобильных сетях.

    На глобальном уровне

    Диссертация Никитина А.в. (Российская Федерация) «Алгоритмы управления радиоресурсами в сетях подвижной радиосвязи стандарта GSM». Суть - заключается в разработке методов и алгоритмов управления радиосетью GSM, основанных на использовании статистических данных о функционировании сети и обеспечивающих пользователям услуги требуемого качества в условиях ограниченного аппаратного и частотного ресурса. На глобальном уровне мною найден патент США на тему «Overload control for a central processor in the switching network of mobile communication system», авторы: Zhengping Gao, Steve Racz, Kalyan Basu. Так же по теме подходит патент РФ авторы: Морозюк В.В.; Муратов Е.С. «Способ динамического перераспределения загрузки базовых станций сотовой сети связи и устройство для его осуществления (варианты)», суть которого заключается в том, что подключают один или несколько активных дуплексных ретрансляторов сигналов к донорским (т.е. временно недогруженным) базовым станциям.

  8. Описание полученых и планируемых результатов работы

Сотовая сеть является типичным примером системы массового обслуживания (СМО). В ней присутствуют все необходимые для этого характеристики СМО: случайный поток заявок, продолжительность вызова (длительность занятия радиоканала), конечное число обслуживания каналов, предоставляемых подвижным абонентам сотовой сети. Наибольший интерес, с точки зрения СМО, представляет модель для расчета абонентской нагрузки в соте с учетом конкретных параметров оборудования базовых станций. При оценке нагрузки и, следовательно, емкости в сотовых сетях пользуются распространенной моделью Эрланга для систем с отказами (вероятность поступления вызова в момент, когда все каналы заняты) [1]
(1);
где Ротк - вероятность отказа, Pv - значение нагрузки, Nc - число каналов в системе. Зависимость критического значения вероятности отказа от числа каналов приводится ниже.
Рис.1 Зависимость критического значения вероятности отказа от числа каналов
Исследования расчетов подтвердили целесообразность исследования нагрузки при вероятности потерь от 0.01 до 0.05. Сравнительно небольшое возрастание нагрузки приводит к резкому росту вероятности отказа, т.е. к ухудшению качества обслуживания.
Число радиоканалов, использующихся на 1 БС можно рассчитать по формуле(2):
(2);
где Nk-общее число частотных каналов, выделенных для развертки сотовой сети связи в данном месте; Ns-число сеторов.
(3);
где Fk – полоса частот, занятая одним частотным каналом системы сотовой связи (частотный разнос между каналами).
Нагрузку соты трафиком определяет коэффициент нагрузки kc = Tc/C, где Tc – трафик соты в ЧНН (Эрланг), С – емкость соты (Эрланг). При высокой нагрузке соты ее трафик превышает номинальную емкость: kc>1.[2]
(4);
Здесь TN – общая абонентская нагрузка на сеть (Эрл).

Далее предлагается рассмотрение технологий для возможных для решения проблемы пергрузок мобильной сети.

  • Использование технологиии UMA (Unlicensed Mobile Access)

    • Технология UMA дает возможность использования широкополосного соединения Wi-Fi для мобильной связи. Это относится к голосовым вызовам, мобильному Интернету, электронной почте, ММЫ, SMS, и других услуг. Т.е. часть вызовов, исходящих от абонентов просто переадресовываются на точки доступа Wi-Fi. Для использования UMA абоненту достаточно иметь двухрежимный телефон, который сам определит возможность получения услуг через одну из сетей – GSM/Wi-Fi – при этом приоритет остается за сетью Wi-Fi.

    Принцип работы UMA
    Чтобы предоставить пользователям беспрепятственный доступ, стандарт определяет функции сетевого контроллера UNC (UMA Network Controller) и соответствующих протоколов, которые поддерживают безопасный транспорт сигнализации GSM/GPRS и пользовательского трафика по каналам IP.
    Рис.2 Принцип работы технологии UMA

    1. Мобильный абонент с двухрежимным терминалом UMA попадает в зону действия сети нелицензируемого беспроводного доступа, с которой данный терминал UMA может взаимодействовать.
    2. После подключения терминала UMA к точке доступа он связывается с контроллером UNC по широкополосной IP-сети общего пользования для аутентификации, авторизации и доступа к услугам GSM и GPRS по беспроводной сети нелицензируемого доступа.
    3. В случае успешной авторизации происходит обновление информации о местоположении абонента, которая хранится в опорной сети.
    4. В зависимости от конфигурации терминала UMA, мобильная связь устанавливается либо с нелицензируемой мобильной сетью доступа (UMAN) или сетью GSM/EDGE RAN.
    5. Роуминг. Когда абонент UMA выходит из зоны покрытия сети нелицензируемого беспроводного доступа, к которой он подключен, UNC и терминал UMA обеспечивают роуминг с лицензируемой мобильной сетью. Этот процесс происходит автоматически незаметно для пользователя.
    6. Хэндовер. Если абонент установил активное соединение GSM или GPRS и, не прерывая его, вошел в зону покрытия (или вышел из зоны покрытия) нелицензи руемой беспроводной сети, текущее соединение автоматически переключается на другую сеть без прерывания услуги. Хэндовер происходит незаметно для пользователя.

    Результат: разгрузка существующих сетей доступа GSM/EDGE (RAN) и наращивание емкости сетей мобильного доступа при расходах (CAPEX и OPEX), меньших, чем при развертывании классических сетей GSM/EDGE.

  • Использование адаптивных (интеллектуальных) антенн

    • Цифровое формирование луча реализуется посредством цифровых антенных решеток (ЦАР).Ключевая особенность ЦАР – цифровое формирование лучей диаграммы направленности (ДН) антенны. В задачах связи это позволяет динамически оптимизировать обслуживаемую зону покрытия, оперативно перенацеливая цифровые приемопередающие лучи в зависимости от территориального распределения абонентов.

    Рис.3 Принцип работы адаптивной антенны (анимация: объём – 16.4 КБ; размер – 250x250; количество кадров – 13)
    Так же можно использоваь технологию IntelliCell компании ArrayComm [4], построенную на том же принципе адаптивных антенн, которая увеличивает емкость, зону покрытия и качество беспроводной передачи голоса и данных в сетях всех воздушных стандартов. Это сделано путем усиления полезных сигналов, ослабления интерференции и сокращения потребности в диапазоне частот.

    Рис.4 Intellicell

    Результат : увеличение канальной емкости и размеров покрываемой зоны – например, путем увеличения числа антенных элементов в одном секторе цифровой антенной решетки (до 16 и более – в азимутальной плоскости и до 4–8 – в угломестной).

  • Расщепление сот

    • Изменение размеров сот в пределах одной сети называеться расщеплением сот (cell splitting). На рис.5 Показана топология сети с расщеплением сот. Как видно из рисунка, при использовании расщепления возможно два типа сот: с одинаковыми секторами и с разными секторами(«переходные» соты).[3]

    Рис.5 Расщепление соты
    Величина фактора повторного использования частот, N, важна по отношению к типу расщепления. Для различных величин N могут использоваться следующие модели повторного использования частот:
    • Для N = 3, используется расщепление соты 4:1.
    • Для N = 4, используется расщепление соты 3:1.
    • Для N = 7, используется расщепление соты 3:1 или 4:1.
    • Для N = 9, используется расщепление соты 4:1.

  • Использование передвижной базовой станции

    • Передвижные базовые станции сетей мобильной связи – это установки, предназначенные для обеспечения мобильной связи в чрезвычайных ситуациях или в условиях временного массового скопления людей (например, на стадионе, на концерте, на митинге), размещенные на подвижном шасси, способные к автономной работе в полевых условиях без подключения к внешним источникам энергопитания. Основной целью создания подобного рода агрегата является обеспечение мобильной связи в чрезвычайных ситуациях или в условиях временного массового скопления людей.
    Базовые станции сети мобильной связи, размещенные на подвижном шасси, например, автомобиле, способные к автономной работе в полевых условиях без подключения к внешним источникам энергопитания.
    Типичная передвижная базовая станция по своей мощности равна емкости стандартной трехсекторной БС и способна поддерживать до 300 дополнительных голосовых каналов на расстоянии до 10 км (на открытой местности вне города).

    Выводы

     Были рассмотрены только основные возможности обеспечения стабильной работоспособности сети, однако хочу отметить достаточно большой выбор технологий для решения проблемы перегрузок. Моя работа нацелена на обеспечение простоты подбора нужного метда при разных ситуациях перегрузок.

    Литература
    1. Лившиц Б.С., Пшеничников А.П., Харкевич А.Д. Теория телетрафика . - М.: Связь, 1979. - 224 с.
    2. Никитина А. В. АЛГОРИТМЫ УПРАВЛЕНИЯ РАДИОРЕСУРСАМИ В СЕТЯХ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ СТАНДАРТА GSM [Текст]: диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук / А. в. Никитина. - СПб., 2009
    3. Бабков В.Ю., Никитин А.Н. Системы мобильной связи с кодовым разделение каналов. - СПб:ТРИАДА, 2003 - 239 с.
    4. Электронный ресурс http://www.arraycomm.com/docs/IntelliCellWhitepaper.pdf
      5. IntelliCell®: A Fully Adaptive Approach to Smart Antennas
    5. Шувалов В.П. Телекоммуникационные системы и сети: Учебное пособие в 3 томах. Том 3. Мультисервисные сети, В.В. Величко, Е.А. Субботин, В.П. Шувалов, А.Ф. Ярославцев; под ред. профессора В.П. Шувалова. – М.: Горячая линия-Телеком, 2005 – 592 с.
    6. Ипатов В.П., Орлов В.К. Системы мобильной связи:Учебное пособие для вузов. - М.:Горячая линия - Телеком, 2003, - 272 с.
    7. Электронный ресурс http://www.umatechnology.org/overview/
      8. сайт посвященный технологии UMA на английском языке
    8. Электронный ресурс - http://www.kineto.com/products/downloads/kineto_wp_UMA_MNE_2007.pdfThe Role of UMA in Mobile Networks Evolution.–Kineto Wireless inc.–2007.
    9. Вишневский В.М. - Широкополосные беспроводные сети передачи информации. - M:Техносфера, 2005.
    10. Комашинский,жной радиосвязи с пакетной передачей информации. Основы моделирования. М: - Горячая линия - Телеком, 2007. – 176 с.

    Примечания

     При написании данного автореферата квалификационная работа магистра еще не завершена. Дата окончательного завершения 1 декабря 2010 года. Полный текст работы и материалы по теме работы могут быть получены у автора или его научного руководителя после указаной даты.