Сайт ДонНТУ Портал Магістрів ДонНТУ English Русский Українська
Автобиография
Магістр ДонНТУ Чудінова Марта Олегівна

Чудінова Марта Олегівна

Факультет: Комп'ютерних інфомаційних технологій та автоматизації

Кафедра АТ

Спеціальність: Телекомунікаційні системи та мережі


Тема випускної роботи:

Дослідження телекомунікаційної мережі мобільного зв'язку із забезпеченням послуг при тимчасових різких перевантаженнях мережі

Керівник: Турупалов Віктор Володимирович

Реферат

з теми випускної роботи

Дослідження телекомунікаційної мережі мобільного зв'язку із забезпеченням послуг при тимчасових різких перенавантаженнях мережі

Зміст

Вступ
  1. Актуальність теми
  2. Зв'язок работи з науковими програмами, темами, планами
  3. Мета та задачі розробки (дослідження)
  4. Передбачувана наукова новизна отриманих результатів
  5. Практичне значення отриманих результатів
  6. Апробація результатів работи
  7. Огляд розробок і досліджень за темою
  8. Опис отриманих і заланованих результатів роботи
Висновки
Список літератури
Примітки

    Вступ

     Телекомунікаційні мережі, що використають радіоканал як спосіб доступу кінцевого користувача до послуг мережі переживають на даний момент часу етап бурхливого розвитку й широкого введення. З 2009 року відзначений спад росту кількості нових абонентів, що означає перенасичення ...Однак не дивлячись на цей спад за даними на березень 2010 року кількість абонентів мобільного зв'язку в Україні становить 112% населення.
    Кількість абонентів (Березень 2010)
    Киевстар 21.93 млн.
    МТС 17.35 млн.
    Lіfe) 12.16 млн.
    Beelіne+GT 1.97 млн.
    Таким чином мережа мобільного оператора не застрахована від перенавантажень, а виникнення пікових навантажень завжди є випробуванням для будь-якої мережі зв'язку.

  1. Актуальність теми

    2. Високий рівень проникнення послуг стільникового зв'язку в нашій країні визначає зростаючу потребу в забезпеченні якісного мобільного зв'язку за певних умов перенавантаження каналів мобільного зв'язку, таких як: різкий ріст користувачів мережі на спортивних об'єктах й у великих торговельних комплексах, в аеропортах, на трасах. Якщо такі перевантаження не є постійними, а лише рідкі явища, то установка додаткової базової станції не є оптимальним рішенням. У моїй кваліфікаційній роботі я розробляю рекомендації, у яких буде описані можливі приклади перевантажень мобільних мереж й оптимальні підходи для рішення кожного можливого випадку.

  2. Зв'язок работи з науковими програмами, темами, планами

    3. Кваліфікаційна робота магістра виконана протягом 2009-2010р.р. згыдно з науковим напрямком кафедри «Автоматизації та телекоммунікацій» Донецького національного технічного університету.

  3. Мета та задачі розробки (дослідження)

    4. Мета роботи: поліпшення якості надання послуг у мобільних мережах і забезпечення стабільним сигналом абонентів при тимчасових різких перевантаженнях мережі. Завдання: аналіз методів рішення для досягнення мети.
    Методологія й методи досліджень. Для рішення поставлених завдань використаються: математичний апарат теорії ймовірностей, теорії масового обслуговування, статистичної теорії поширення радіохвиль; методи математичного моделювання, імітаційного моделювання.

  4. Передбачувана наукова новизна отриманих результатів

    5. Передбачуваною новизною роботи повинне бути написання рекомендацій з поліпшення стільникового зв'язку в моменти перевантажень мережі.

  5. Практичне значення отриманих результатів

    6. Результати роботи можуть бути використані операторами при прийнятті рішень по розвитку діючих мереж рухливого радіозв'язку стандарту GSM й їхньому настроюванню.
    Отримані результати також можуть бути використані в навчальних курсах, присвячених плануванню й оптимізації мереж рухливого радіозв'язку стандарту GSM.

  6. Апробація результатів работи

    7. За темою кваліфікаційної роботи були надруковані тези на Другій Студентській науково-технічній конференції (СК-10) присвячених Дню науки й Всесвітньому дню телекомунікації..- Київ, КПИ - 2010. Планируеться публікація як мінімум ще однієї статті у вересні.

  7. Огляд розробок і досліджень за темою

    8. На локальному рівні

    Подібними розробками в межах університету займався Соловйов М.С. У своїй публікації «Прогноз трафика GSM с учетом свойств фрактальности» він розглянув прогноз навантаження в мережі мобільного зв'язку. Розміщення БС оптимально для оператора зв'язку розглянув у своїй кваліфікаційній роботі «Разработка системы оптимального размещения базовых станций сети мобильной связи стандарта GSM» Букий Д.Г.

    На національному рівні

    У статті Правик Ю.Н «Методы контроля передачи данных в систесах мобильной связи» розглянуті варіанти ефективність передачі даних, причини погіршення ефективності роботи протоколів. Пропонуються шляхи підвищення ефективності передачі даних у мобільних мережах.

    На глобальному рівні

    Дисертація Нікітіна А.в. (Російська Федерація) «Алгоритмы управления радиоресурсами в сетях подвижной радиосвязи стандарта GSM». Суть - полягає в розробці методів й алгоритмів керування радіомережею GSM, заснованих на використанні статистичних даних про функціонування мережі й послуги необхідної якості, що забезпечують користувачам, в умовах обмеженого апаратного й частотного ресурсу. На глобальному рівні мною знайдений патент США на тему «Overload control for a central processor іn the swіtchіng network of mobіle communіcatіon system», автори: Zhengpіng Gao, Steve Racz, Kalyan Basu. Так само по темі підходить патент РФ автори: Морозюк В.В.; Муратов Е.С. «Способ динамического перераспределения загрузки базовых станций сотовой сети связи и устройство для его осуществления (варианты)», суть якого полягає в тім, що підключають один або кілька активних дуплексних ретрансляторів сигналів до донорського (тобто тимчасово недовантаженим) базовим станціям.

  8. Опис отриманих і заланованих результатів роботи

Стільникова мережа являє типовий приклад системи масового обслуговування (СМО). У ній присутні всі необхідні для цього характеристики СМО: випадковий потік заявок, тривалість виклику (тривалість заняття радіоканалу), кінцеве число обслуговування каналів, надаваних рухливим абонентам стільникової мережі. Найбільший інтерес, з погляду СМО, представляє модель для розрахунку абонентського навантаження в соте з урахуванням конкретних параметрів устаткування базових станцій. При оцінці навантаження й, отже, ємності в стільникових мережах користуються розповсюдженою моделлю Ерланга для систем з відмовами (імовірність надходження виклику в момент, коли всі канали зайняті) [1]
(1);
де Ротк - імовірність відмови, Pv - значення навантаження, Nc - число каналів у системі. Залежність критичного значення ймовірності відмови від числа каналів приводиться нижче.
Рис.1 Залежність критичного значення ймовірності відмови від числа каналів
Дослідження розрахунків підтвердили з дослідження навантаження при ймовірності втрат від 0.01 до 0.05. Порівняно невелике зростання навантаження приводить до різкого росту ймовірності відмови, тобто до погіршення якості обслуговування.
Число радіоканалів, що використаються на 1 БС можна розрахувати по формулі(2):
(2);
де Nk-загальне число частотних каналів, виділених для розгорнення стільникової мережі зв'язку в даному місці; Ns-число сеторов.
(3);
де Fk - смуга частот, зайнята одним частотним каналом системи стільникового зв'язку (частотний рознос між каналами).
Навантаження стільники трафиком визначає коефіцієнт навантаження kc = Tc/C, де Tc - трафик стільники в ЧНН (Ерланг), З - ємність стільники (Ерланг). При високому навантаженні стільники її трафик перевищує номінальну ємність: kc>1.[2]
(4);
Тут TN - загальне абонентське навантаження на мережу (Ерл).
Далі пропонується розгляд технологій для можливих для рішення проблеми пергрузок мобільної мережі.

Використання технологиии UMA (Unlіcensed Mobіle Access)
Технологія UMA дає можливість використання широкополосного з'єднання Wі-Fі для мобільного зв'язку. Це ставиться до голосових викликів, мобільному Інтернету, електронній пошті, ММЫ, SMS, і інших послуг. Т.е. частина викликів, що виходять від абонентів просто переадресовуються на крапки доступу Wі-Fі. Для використання UMA абонентові досить мати двухрежимный телефон, що сам визначить можливість одержання послуг через одну з мереж - GSM/Wі-Fі - при цьому пріоритет залишається за мережею Wі-Fі.

Принцип роботи UMA
Щоб надати користувачам безперешкодний доступ, стандарт визначає функції мережного контролера UNC (UMA Network Controller) і відповідних протоколів, які підтримують безпечний транспорт сигналізації GSM/GPRS і користувальницького трафика по каналах ІP.
Рис.2 Принцип роботи технології UMA

1. Мобільний абонент із двухрежимным терміналом UMA попадає в зону дії мережі нелицензируемого бездротового доступу, з якої даний термінал UMA може взаємодіяти.
2. Після підключення термінала UMA до крапки доступу він зв'язується з контролером UNC по широкополосной ІP-сети загального користування для аутентификации, авторизації й доступу до послуг GSM й GPRS по бездротовій мережі нелицензируемого доступу.
3. У випадку успішної авторизації відбувається відновлення інформації про місце розташування абонента, що зберігається в опорній мережі.
4. Залежно від конфігурації термінала UMA, мобільний зв'язок установлюється або з нелицензируемой мобільною мережею доступу (UMAN) або мережею GSM/EDGE RAN.
5. Роумінг. Коли абонент UMA виходить із зони покриття мережі нелицензируемого бездротового доступу, до якої він підключений, UNC і термінал UMA забезпечують роумінг із лицензируемой мобільною мережею. Цей процес відбувається автоматично непомітно для користувача.
6. Хендовер. Якщо абонент установив активне з'єднання GSM або GPRS й, не перериваючи його, увійшов у зону покриття (або вийшов із зони покриття) нелицензи руемой бездротової мережі, що тече з'єднання автоматично перемикається на іншу мережу без переривання послуги. Хендовер відбувається непомітно для користувача.

Результат: розвантаження існуючих мереж доступу GSM/EDGE (RAN) і нарощування ємності мереж мобільного доступу при витратах (CAPEX й OPEX), менших, чим при розгортанні класичних мереж GSM/EDGE.

Використання адаптивних (інтелектуальних) антен
Цифрове формування лучачи реалізується за допомогою цифрових антенних ґрат (ЦАР).Ключова особливість ЦАР - цифрове формування променів діаграми спрямованості (ДН) антени. У завданнях зв'язку це дозволяє динамічно оптимизировать обслуговує зону, що, покриття, оперативно перенацілюючи цифрові приемопередающие промені залежно від територіального розподілу абонентів.

Рис.3 Принцип роботи адаптивної антени (анімація: об’єм – 16.4 КБ; розмір – 250x250; кількість кадрів – 13)
Так само можна использоваь технологію ІntellіCell компанії ArrayComm [4], побудовану на тім же принципі адаптивних антен, що збільшує ємність, зону покриття і якість бездротової передачі голосу й даних у мережах всіх повітряних стандартів. Це зроблено шляхом посилення корисних сигналів, ослаблення інтерференції й скорочення потреби в діапазоні частот.

Рис.4 Іntellіcell

Результат : збільшення канальної ємності й розмірів покриває зоны, що, - наприклад, шляхом збільшення числа антенних елементів в одному секторі цифровою антеною ґрати (до 16 і більше - в азимутальній площині й до 4-8 - в угломестной).

Розщеплення стільник
Зміна розмірів стільник у межах однієї мережі называеться розщепленням стільник (cell splіttіng). На Рис.5 Показана топологія мережі з розщепленням стільник. Як видно з малюнка, при використанні розщеплення можливо два типи стільник: з однаковими секторами й з різними секторами(«перехідні» стільники).[3]

Рис.5 Розщеплення стільники
Величина фактора повторного використання частот, N, важлива стосовно типу розщеплення. Для різних величин N можуть використатися наступні моделі повторного використання частот:
• Для N = 3, використається розщеплення стільники 4:1.
• Для N = 4, використається розщеплення стільники 3:1.
• Для N = 7, використається розщеплення стільники 3:1 або 4:1.
• Для N = 9, використається розщеплення стільники 4:1.

Використання пересувної базової станції
Пересувні базові станції мереж мобільного зв'язку - це установки, призначені для забезпечення мобільного зв'язку в надзвичайних ситуаціях або в умовах тимчасового масового скупчення людей (наприклад, на стадіоні, на концерті, на мітингу), розміщені на рухливому шасі, здатні до автономної роботи в польових умовах без підключення до зовнішніх джерел енергоживлення. Основною метою створення подібного роду агрегату є забезпечення мобільного зв'язку в надзвичайних ситуаціях або в умовах тимчасового масового скупчення людей.
Базові станції мережі мобільного зв'язку, розміщені на рухливому шасі, наприклад, автомобілі, здатні до автономної роботи в польових умовах без підключення до зовнішніх джерел енергоживлення.
Типова пересувна базова станція по своїй потужності дорівнює ємності стандартної трехсекторной БС і здатна підтримувати до 300 додаткових голосових каналів на відстані до 10 км (на відкритій місцевості поза містом).

Висновки

 Були розглянуті тільки основні можливості забезпечення стабільної працездатності мережі, однак хочу відзначити досить великий вибір технологій для рішення проблеми перевантажень. Моя робота націлена на забезпечення простоти підбора потрібного метда при різних ситуаціях перевантажень.

Література
  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. Електронний ресурс http://www.arraycomm.com/docs/ІntellіCellWhіtepaper.pdfІntellіCell®: A Fully Adaptіve Approach to Smart Antennas
  4. Ипатов В.П., Орлов В.К. Системы мобильной связи:Учебное пособие для вузов. - М.:Горячая линия - Телеком, 2003, - 272 с.
    5. Електронний ресурс http://www.umatechnology.org/overvіew/сайт присвячений технології UMA англійською мовою

Примітки

 При написанні данного автореферату кваліфікаційної робота магістра ще не завершена. Дата остаточного завершения роботи: 1 грудня 2010р. Повний текст роботи та матеріали за темою роботи можуть бути отримані у автора або його наукового керівника після зазначеної дати.