WWW.LIB.KNIGI-X.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Электронные материалы
 

«Министерство промышленности и торговли Российской Федерации ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО «КОНЦЕРН «СИСТЕМПРОМ» УДК 621.39 «УТВЕРЖДАЮ» Генеральный директор академик РАН, д-р техн. наук, ...»

Министерство промышленности и торговли Российской Федерации

ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО «КОНЦЕРН «СИСТЕМПРОМ»

УДК 621.39

«УТВЕРЖДАЮ»

Генеральный директор

академик РАН,

д-р техн. наук, профессор,

Заслуженный деятель науки РФ

______________ Ю. В. Бородакий

«___»_________ ______ г.

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС

НАУЧНО-ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ КУРС ДЛЯ СТУДЕНТОВ БАКАЛАВРИАТА

МОДЕЛИ ОБСЛУЖИВАНИЯ ВЫЗОВОВ В СЕТИ СОТОВОЙ ПОДВИЖНОЙ СВЯЗИ

В рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы Шифр заявки «2012-1.2.2-12-000-2006-017»

Соглашение на предоставление гранта «04» октября 2012 г. № 14.U02.21.1874 (с учетом дополнительного соглашения от «18» марта 2013 г. № 1) Руководитель, канд. техн. наук В. Ю. Бородакий _________________

подпись, дата Москва 2013 СОДЕРЖАНИЕ Тема 1.1 Основные этапы развития и эволюции сетей подвижной связи в мире

Тема 1.2.

Сравнительная характеристика архитектурных принципов построения сетей GSM/UMTS/LTE/CDMA

Тема 1.3.

Вопросы обеспечения качества услуг в сетях GSM/UMTS/LTE/CDMA................ 43 Тема 1.4. Технические показатели качества в радиосетях GSM/UMTS. Классификация услуг в сетях LTE



Тема 2.1.

Полнодоступная модель с потерями

Тема 2.2.

Неполнодоступная модель с потерями

Тема 2.3.

Неполнодоступная модель с бесконечной очередью и нетерпеливыми заявками 69 Тема 3.1.

Модель схемы повторного использования частот без выделения граничной зоны соты

Тема 3.2.

Модель схемы повторного использования частот с перекрытием частот в сотах. 81 Тема 3.3. Модель схемы динамического распределения ресурсов с агрегацией несущих.... 89 Тема 3.4.

Модель схемы повторного использования частот с выделением граничной зоны соты

Тема 3.5.

Модель гетерогенной сети с двумя типами узлов: базовая станция и ретрансляционная станция

–  –  –

European Telecommunications Standards Institute ETSI Evolved UMTS Terrestrial Radio Access E-UTRA Evolved UMTS Terrestrial Radio Access Network E-UTRAN

–  –  –

Multiple Input Multiple Output MIMO Mobility Management Entity MME Multimedia Message Service MMS Multicast Open Shortest Path First MOSPF

–  –  –

Telecommunications and Internet Protocol Harmonization Over Networks TIPHON Telecoms & Internet converged Services & Protocols for Advanced Networks TISPAN Truncated Reverse Path Broadcasting TRPB

–  –  –

Wideband Time Division Multiple Access W-TDMA Новый курс для студентов бакалавриата (4 курс, 2 семестр, 72 акад. час.) направлен на знакомство студентов с принципами функционирования сетей подвижной связи – от сетей 2-го поколения GSM до сетей 4-го поколения LTE и LTE-Advanced, изучение вопросов качества обслуживания в этих сетях, применение методов построения вероятностных моделей для анализа качества обслуживания в терминах теории массового обслуживания и теории марковских процессов, изучение методов анализа и расчета показателей качества обслуживания сетей сотовой подвижной связи.

ПРОГРАММА ПО КУРСУ

Цели и задачи дисциплины:

Целями освоения дисциплины является знакомство с принципами функционирования сетей подвижной связи, изучение вопросов качества обслуживания в этих сетях.

Задачами дисциплины являются освоение методов построения вероятностных моделей для анализа качества обслуживания в терминах теории массового обслуживания (ТМО) и теории марковских процессов, изучение методов анализа и расчета показателей качества обслуживания сетей сотовой подвижной связи.

Место дисциплины в структуре ООП:

Требования к входным знаниям и умениям: необходимо пройти обучение по дисциплинам:

«Теория вероятностей и математическая статистика;

• «Прикладные задачи теории массового обслуживания».

Студенту необходимо:

знать аппарат теории вероятностей, применяемый в ТМО; основные понятия и определения ТМО; принципы построения простейших марковских моделей для анализа систем массового обслуживания (СМО);

уметь с помощью аппарата теории вероятностей, теории массового обслуживания и теории телетрафика строить простые модели систем массового обслуживания, для построенных моделей составлять и решать системы уравнений равновесия получать вероятностные (СУР), характеристики моделей, связанные с показателями качества обслуживания; применять численные методы при анализе полученных характеристик моделей;

обладать следующими компетенциями:

способностью владения навыками работы с компьютером как средством управления • информацией;

способностью работать с информацией в глобальных компьютерных сетях;

• способностью использовать в научной и познавательной деятельности, а также в • социальной сфере профессиональные навыки работы с информационными и компьютерными технологиями;

способностью работы с информацией из различных источников, включая сетевые • ресурсы сети Интернет, для решения профессиональных и социальных задач;

способностью демонстрации общенаучных базовых знаний естественных наук, • математики и информатики, понимание основных фактов, концепций, принципов теорий, связанных с прикладной математикой и информатикой;

способностью приобретать новые научные и профессиональные знания, используя • современные образовательные и информационные технологии;

способностью понимать и применять в исследовательской и прикладной деятельности • современный математический аппарат;

способностью осуществлять целенаправленный поиск информации о новейших научных • и технологических достижениях в сети Интернет и из других источников;

способностью собирать, обрабатывать и интерпретировать данные современных • научных исследований, необходимые для формирования выводов по соответствующим научным, профессиональным, социальным и этическим проблемам;

способностью решать задачи производственной и технологической деятельности на • профессиональном уровне, включая: разработку алгоритмических и программных решений в области системного и прикладного программирования;

способностью применять в профессиональной деятельности современные языки • программирования и языки баз данных, операционные системы, электронные библиотеки и пакеты программ, сетевые технологии.

Дисциплины, для которых данная дисциплина является предшествующей:

«Анализ производительности сотовых сетей подвижной связи».

• «Математическая теория телетрафика», «Управление качеством и вероятностные • модели функционирования сетей связи следующего поколения»;

«Модели для анализа качества обслуживания в сетях связи следущего поколения»

• курсовые и выпускные квалификационные работы.

Требования к результатам освоения дисциплины:

Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:

ОК-11, ОК-12, ОК-14, ОК-15, ПК-1, ПК-2, ПК-3, ПК-6, ПК-7, ПК-9, ПК-10 (указываются в соответствии с ФГОС ВПО) ОК-11: способностью владения навыками работы с компьютером как средством управления информацией ОК-12: способностью работать с информацией в глобальных компьютерных сетях ОК-14: способностью использовать в научной и познавательной деятельности, а также в социальной сфере профессиональные навыки работы с информационными и компьютерными технологиями ОК-15: способностью работы с информацией из различных источников, включая сетевые ресурсы сети Интернет, для решения профессиональных и социальных задач ПК-1: способностью демонстрации общенаучных базовых знаний естественных наук, математики и информатики, понимание основных фактов, концепций, принципов теорий, связанных с прикладной математикой и информатикой ПК-2: способностью приобретать новые научные и профессиональные знания, используя современные образовательные и информационные технологии ПК-3: способностью понимать и применять в исследовательской и прикладной деятельности современный математический аппарат ПК-6: способностью осуществлять целенаправленный поиск информации о новейших научных и технологических достижениях в сети Интернет и из других источников ПК-7: способностью собирать, обрабатывать и интерпретировать данные современных научных исследований, необходимые для формирования выводов по соответствующим научным, профессиональным, социальным и этическим проблемам ПК-9: способностью решать задачи производственной и технологической деятельности на профессиональном уровне, включая: разработку алгоритмических и программных решений в области системного и прикладного программирования ПК-10: способностью применять в профессиональной деятельности современные языки программирования и языки баз данных, операционные системы, электронные библиотеки и пакеты программ, сетевые технологии В результате изучения дисциплины студент должен знать основные этапы развития и эволюции сетей подвижной связи в мире; основные архитектурные принципы построения сетей подвижной связи, факторы, влияющие на качество предоставляемых услуг связи, а также механизмы управления качеством обслуживания в сотовых сетях подвижной связи;

уметь с помощью аппарата теории вероятностей (ТВ), теории случайных процессов, ТМО и теории телетрафика (ТТ) строить модели сетей подвижной связи, начиная от более простых (сетей GSM) до более сложных (сетей LTE); для построенных моделей составлять и решать системы уравнений равновесия (СУР), получать вероятностные характеристики моделей, связанные с показателями качества обслуживания; применять численные методы при анализе полученных характеристик моделей.

Объем дисциплины и виды учебной работы Общая трудоемкость дисциплины составляет __4__ зачетных единицы.

Вид учебной работы Всего часов Семестры Аудиторные занятия (всего) 72 72 В том числе: - Лекции 36 36 Лабораторные работы (ЛР) 36 36

–  –  –

Для неполнодоступной модели с потерями провести исследование модели: изобразить схематически модель системы, составить СП, описывающий модель, выписать пространство состояний СП, изобразить граф интенсивностей 4 3. 2 переходов. СУГ СУЛ Вывод распределения вероятностей состояний модели при помощи СУЛ Найти вероятность блокировки нового и хэндовер-вызова.

–  –  –

Для модели схемы повторного использования частот для сети LTE без выделения граничной зоны провести исследование модели: ввести необходимые обозначения, получить пространство состояний модели (без ограничений и с учетом ограничений на среднюю скорость передачи), сформулировать задачу максимизации числа пользователей в 4 5. 3 соте в ограничениях на среднюю скорость передачи данных пользователями, изучить метод расчета средней скорости загрузки данных k-пользователем, как характеристики модели соты с фиксированным числом пользователей в виде замкнутой сети массового обслуживания (СеМО) BCMP.

Для модели схемы повторного использования частот для фрагмента сети следующего поколения LTE с перекрытием частот и с услугой телефонии с трафиком реального времени в одноадресном режиме провести исследование модели:

изобразить функциональную модель, выписать пространство 4 6. 3 состояний СП, изобразить диаграмму интенсивностей переходов, СУЧБ, стационарное РВ, получить среднее число коллизий для случаев случайного и упорядоченного выбора ресурсных блоков.

–  –  –

Для модели схемы повторного использования частот с выделением граничной зоны соты сети LTE провести исследование модели: схематически изобразить модель, получить пространство состояний, показать диаграмму интенсивностей переходов, СУР, выписать формулы для 4 8. 3 вероятностей блокировок внутренних и граничных пользователей, среднего числа занятых ресурсных блоков, изучить алгоритмы расчета вероятностно-временных характеристик.

–  –  –

Практические занятия (семинары) Не предусмотрено.

Примерная тематика курсовых проектов (работ) Не предусмотрено.

Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины:

а) основная литература

1) Гайдамака Ю.В., Зарипова Э.Р., Самуйлов К.Е. «Модели обслуживания вызовов в сети подвижной связи». // М.: Изд-во РУДН, 2008. – 72 с

2) Башарин Г. П., Гайдамака Ю. В., Самуйлов К. Е. Яркина Н. В. Управление качеством и вероятностные модели функционирования сетей связи следующего поколения.

Учебное пособие. – М.: Изд-во РУДН, 2008. – 157 с.: ил.

3) Гайдамака Ю.В., Гудкова И.А., Медведева Е.Г. К анализу схем повторного использования частот в беспроводной сети OFDMA // T-Comm – Телекоммуникации и Транспорт. – М.: Издательский дом Медиа Паблишер. – 2012. – № 7. – С. 55–59.

4) Wu W. and Sakurai T. Capacity of reuse partitioning schemes for OFDMA wireless data networks // Proc. of the 20th International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications PIMRC-2009 (September 13–16, 2009, Tokyo, Japan). – IEEE. – 2009. – P. 2240–2244.

5) Wang Y., Pedersen K.I., Mogensen P.E., Sorensen T.B. “Carrier Load Balancing Methods with Bursty Traffic for LTE-Advanced Systems”, IEEE PIMRC, cc. 22-26, 2009.

6) Wang W., Xu L., Zhang Y. A Novel Cell-level Resource Allcation Scheme for OFDMA System, IEEE ICCMC, 2009.

7) Ефимушкина Т.В., Самуйлов К.Е. Исследование методов распределения нагрузки в сетях LTE с ретрансляторами // Т-Comm, 2012. – №7.

б) дополнительная литература

1) Башарин Г.П. Лекции по математической теории телетрафика. М.: Изд-во РУДН. 3е изд. 2009. – 342 с.

2) Наумов В.А., Самуйлов К.Е., Яркина Н.А. Теория телетрафика мультисервисных сетей. М.: Изд. РУДН, 2008. – 191 с.

3) Степанов С.Н. Основы телетрафика мультисервисных сетей связи. М.: Изд. «ЭкоТрендз», 2010. – 392 с.

4) Крылов В.В., Самохвалова С.С. Теория телетрафика и ее приложения. – СПб.: БХВПетербург, 2005. – 288 c.

5) Гольдштейн С., Соколов Н.А., Яновский Г.Г. Сети связи - СПб: БХВ-Петербург. с.

6) Вишневский В.М., Портной С.Л., Шахнович И.В. Энциклопедия WiMAX. Путь к 4G.

– М.: Техносфера, 2009. – 472 с с.

7) Sesia S. LTE–the UMTS long term evolution : from theory to practice. – 2009. – 648 p.

8) Деарт В.Ю. Мультисервисные сети связи. Ч.1: Транспортные сети и сети доступа // М.: Инсвязьиздат, 2007. –166 с.

9) Деарт В.Ю. Мультисервисные сети связи. Ч.2: Протоколы и системы управления сеансами (Softswitch/IMS) // М.: Брис-М, 2011. –198 с.

10) Бочаров П.П., Печинкин А.В. Теория массового обслуживания: Учебник. М.: Изд-во РУДН, 1995. – 529 с., ил.

11) Соколов Н.А. Телекоммуникационные сети. Монография. – М.: Альварес Паблишинг, 2004.

12) Телекоммуникационные системы и сети: Уч. пособие. В 3-х т. Том 3. –

Мультисервисные сети / Величко В.В. и др. / под ред. проф. Шувалова В.П.– М.:

Горячая линия-Телеком, 2005. – 592 с.

13) Шварц М. Сети связи: протоколы, моделирование и анализ: в 2-х ч. Пер. с англ.

В.И. Неймана // Ч.1: М.: Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит., 1992. – 336 с., Ч.2: М.: Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит., 1992. –272 с.

14) Шнепс-Шнеппе М.А. Системы распределения информации. Методы расчета:

Справочное пособие. – М.: Связь, 1979. – 344 с.

15) Рекомендации МСЭ-Т Е.800 (09/08) Определение терминов, относящихся к качеству обслуживания.

16) Руководство МСЭ-Т по качеству услуг и функционированию сетей, 2003.

17) 3GPP TS 23.002 Technical Specification Group Services and System Aspects; Network architecture (Release 10), 2011-09.

18) Iversen V.B. Teletraffic engineering and network planning. – ITU-D, January 2011. – 460 p.

19) Kelly F.P. Reversibility and stochastic network. – Chichester: Wiley, 1979. – 630 p.

20) Ross K.W. Multiservice loss models for broadband telecommunication networks. – London: Springer-Verlag, 1995. – 343 p.

21) http://www.minsvyaz.ru

22) http://www.itu.int

23) http://www.etsi.org

24) http://www.ietf.org

25) http://www.ansi.org

26) http://www.iso.org/iso/home.htm

27) http://www.3gpp.org

в) программное обеспечение: лаборатории «Управление инфокоммуникациями» кафедры систем телекоммуникаций РУДН

Методические рекомендации по организации изучения дисциплины:

В процессе чтения курса предусмотрено два промежуточных контроля знаний и итоговый контроль знаний.

Промежуточный контроль знаний № 1.

Контроль уровня знаний осуществляется в виде письменной контрольной работы № 1, включающей 1 вопрос и 1 задачу по темам № 1 и № 2 содержания курса.

Промежуточный контроль знаний № 2.

Контроль уровня знаний осуществляется в виде письменной контрольной работы № 2, включающей 2 вопроса по темам № 3 содержания курса.

Итоговый контроль знаний.

Контроль уровня знаний осуществляется в виде письменной контрольной работы № 3, включающей 2 вопроса по темам № 1 - № 3 содержания курса.

Промежуточный контроль знаний Контрольная работа № 1. Введение в концепцию сетей подвижной связи. Анализ моделей ТМО одной соты сети GSM.

Теоретические вопросы:

1) Основные этапы развития и эволюции сетей подвижной связи в мире.

2) Сравнительная характеристика архитектурных принципов построения сетей связи GSM/UMTS/LTE/CDMA.

3) Исследование вопросов обеспечения качества услуг в сетях GSM/UMTS/LTE/CDMA.

4) Факторы, влияющие на качество предоставляемых услуг связи в сетях GSM/UMTS/LTE/CDMA.

5) Технические показатели качества в радиосетях Классификация GSM/UMTS.

инфокоммуникационных услуг в сетях подвижной связи следующих поколений 4G LTE.

6) Полнодоступная модель с потерями: пространство состояний модели, свойство марковости СП, диаграмма интенсивностей переходов, система дифференциальных уравнений Колмогорова, СУР, условие существования решения СУР, стационарное РВ, основные вероятностные характеристики модели.

7) Неполнодоступная модель с потерями: пространство состояний модели, диаграмма интенсивностей переходов, СУР, условие существования решения СУР, стационарное РВ, основные вероятностные характеристики модели.

8) Неполнодоступная модель с бесконечной очередью и нетерпеливыми заявками:

пространство состояний модели, диаграмма интенсивностей переходов, СУР, условие существования решения СУР, стационарное РВ, основные вероятностные характеристики модели.

Примеры задач:

1) Дано: Полнодоступная модель с потерями.

Интенсивность поступления нового вызова 0 = 2, а хэндовер-вызова H = 1.

• Среднее время обслуживания заявки µ 1 = 0.25.

• Число радиоканалов в соте равно C = 10.

Задание:

• Нарисовать диаграмму интенсивностей переходов.

• Найти распределение вероятностей состояний p.

• Найти вероятность потерь нового и хэндовер-вызовов.

2) Дано: Неполнодоступная модель с потерями.

Интенсивность поступления нового вызова 0 = 2, а хэндовер-вызова H = 1.

• Среднее время обслуживания заявки µ 1 = 0.25.

• Число радиоканалов в соте равно C = 10, g = 7.

Задание:

• Нарисовать диаграмму интенсивностей переходов.

• Найти распределение вероятностей состояний p.

• Найти вероятность потерь нового и хэндовер-вызовов.

3) Дано: Неполнодоступная модель с бесконечной очередью и потерями.

Интенсивность поступления нового вызова 0 = 2, а хэндовер-вызова H = 1.

• Среднее время обслуживания заявки µ 1 = 0.25.

• Интенсивность ухода 2-заявки из очереди СМО µ1 = 1, что соответствует окончанию • разговора в зоне хэндовера Интенсивность = 1.

• Число радиоканалов в соте равно C = 10, g = 7.

Задание:

• Нарисовать диаграмму интенсивностей переходов.

• Найти распределение вероятностей состояний p.

• Найти вероятность потерь нового и хэндовер-вызовов.

• Контрольная работа № 2. Модели ТМО управления доступом к радиоресурсам сетей LTE и WiMAX.

Теоретические вопросы:

1) Модель схемы повторного использования частот для сети LTE без выделения граничной зоны: ввести необходимые обозначения, получить пространство состояний модели (без и с учетом ограничений на среднюю скорость передачи), сформулировать задачу максимизации числа пользователей в соте в ограничениях на среднюю скорость передачи данных пользователями, показать схематически модель соты с фиксированным числом пользователей в виде замкнутой сети массового обслуживания BCMP. Получить выражение для средней скорости загрузки данных k-пользователем.

2) Модель схемы повторного использования частот для фрагмента сети следующего поколения LTE с перекрытием частот и с услугой телефонии с трафиком реального времени в одноадресном режиме провести: изобразить функциональную модель, выписать пространство состояний СП, изобразить диаграмму интенсивностей переходов, СУЧБ, стационарное РВ, получить среднее число коллизий для случаев случайного и упорядоченного выбора ресурсных блоков.

3) Модель схемы динамического распределения ресурсов с агрегацией несущих: построить модель системы, состоящую из одной компонентной несущей. Получить стационарное

РВ, вероятность блокировки системы. Развить случай для n компонентных несущих:

выписать пространство состояний, диаграмму интенсивностей переходов, СУГ

4) Модель схемы повторного использования частот с выделением граничной зоны соты сети LTE: описать математическую модель, пространство состояний, диаграмму интенсивностей переходов, СУР, получить вероятность блокировки внутренних и граничных пользователей, среднее число занятых ресурсных блоков.

5) Модель гетерогенной сети следующего поколения LTE с двумя типами узлов: базовая станция и ретрансляционная станция: построить модели, пространство состояний, изобразить последовательность событий за временной такт, получить различные варианты распределения приборов.

Итоговый контроль знаний Контрольная работа № 3. Модели для анализа сетей связи.

Теоретические вопросы:

1) Основные этапы развития и эволюции сетей подвижной связи в мире.

2) Сравнительная характеристика архитектурных принципов построения сетей связи GSM/UMTS/LTE/CDMA.

3) Исследование вопросов обеспечения качества услуг в сетях GSM/UMTS/LTE/CDMA.

4) Факторы, влияющие на качество предоставляемых услуг связи в сетях GSM/UMTS/LTE/CDMA.

5) Технические показатели качества в радиосетях Классификация GSM/UMTS.

инфокоммуникационных услуг в сетях подвижной связи следующих поколений 4G LTE.

6) Полнодоступная модель с потерями: пространство состояний модели, свойство марковости СП, диаграмма интенсивностей переходов, система дифференциальных уравнений Колмогорова, СУР, условие существования решения СУР, стационарное РВ, основные вероятностные характеристики модели.

7) Неполнодоступная модель с потерями: пространство состояний модели, диаграмма интенсивностей переходов, СУР, условие существования решения СУР, стационарное РВ, основные вероятностные характеристики модели.

8) Неполнодоступная модель с бесконечной очередью и нетерпеливыми заявками:

пространство состояний модели, диаграмма интенсивностей переходов, СУР, условие существования решения СУР, стационарное РВ, основные вероятностные характеристики модели.

9) Модель схемы повторного использования частот для сети LTE без выделения граничной зоны: состояний модели (без и с учетом ограничений на среднюю скорость передачи), задача максимизации числа пользователей в соте в ограничениях на среднюю скорость передачи данных пользователями, модель соты с фиксированным числом пользователей в виде замкнутой сети массового обслуживания BCMP, средняя скорость загрузки данных k-пользователем.

10) Модель схемы повторного использования частот для фрагмента сети следующего поколения LTE с перекрытием частот и с услугой телефонии с трафиком реального времени в одноадресном режиме провести: функциональную модель, пространство состояний СП, диаграмма интенсивностей переходов, СУЧБ, стационарное РВ, среднее число коллизий для случаев случайного и упорядоченного выбора ресурсных блоков.

11) Модель адаптивной многоскоростной системы с эластичным трафиком: модель системы, состоящая из одной компонентной несущей (стационарное РВ, вероятность блокировки системы), случай для n компонентных несущих (пространство состояний, диаграмма интенсивностей переходов, СУГБ).

12) Модель схемы разделения частотного спектра соты сети LTE: математическая модель, пространство состояний, диаграмма интенсивностей переходов, СУР, вероятность блокировки внутренних и граничных пользователей, среднее число занятых ресурсных блоков.

13) Модель гетерогенной сети следующего поколения LTE с двумя типами узлов: базовая станция и ретрансляционная станция: построение модели, пространство состояний, последовательность событий за временной такт, различные варианты распределения приборов, основные вероятностно-временные характеристики.

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ ПО КУРСУ

Тема 1.1 Основные этапы развития и эволюции сетей подвижной связи в мире Возросшая потребность пользователей находиться на связи не только в некоторой окрестности точки доступа (телефонной розетки), но и на много большей территории привела к тому, что была реализована технология сотовой связи. При этом подключение абонента в сеть и потребление услуг происходит не посредством включения абонентского устройства (АУ) в телефонную розетку, а путем взаимодействия данного устройства с радиосетью оператора. Данная сеть организуется посредством базовых станций (БС), объединенных в единую сеть и обеспечивающих зону радиопокрытия оператора связи.

Первая система радиотелефонной связи, предлагавшая услуги всем желающим, начала работу в 1946 г. в г. Сент-Луис (США). Радиотелефоны, применявшиеся в этой системе, использовали фиксированные каналы. Если канал связи был занят, то абонент вручную переключался на свободный канал. Аппаратура была громоздкой и неудобной в использовании.

Центральный узел передавал высокочастотные сигналы огромной мощности на расстояние 100 км.

Телефонная система предоставляла 11 каналов, работавших по принципу частотной модуляции, с шириной полосы частот 40 МГц. Затем последовали две улучшенные системы (IMTS-MJ и -MK), занимающие 11 и 12 каналов с шириной полосы частот 152 МГц и 454 МГц соответственно.

Технология и использование частотной модуляции были усовершенствованы, радиоканалы стали более узкими. Самым ранним мобильным телефонам был необходим спектр частот в 120 кГц, чтобы передать голосовой сигнал 3 кГц.

С развитием техники системы радиотелефонной связи совершенствовались: уменьшались габариты устройств, осваивались новые частотные диапазоны, улучшалось базовое и коммутационное оборудование, в частности, появилась функция автоматического выбора свободного канала (trunking). Но при огромной потребности в услугах радиотелефонной связи возникали и проблемы.

Главная из них – ограниченность частотного ресурса: число фиксированных частот в определенном частотном диапазоне не может бесконечно увеличиваться, поэтому радиотелефоны с близкими по частоте рабочими каналами начинают создавать взаимные помехи.

В середине 40-х годов исследовательский центр Bell Laboratories американской компании предложил разбить всю обслуживаемую территорию на AT&T ( небольшие участки – соты (cell – ячейка, сота). Каждая сота должна была обслуживаться передатчиком с ограниченным радиусом действия и фиксированной частотой. Это позволило бы без всяких взаимных помех использовать ту же самую частоту повторно в другой ячейке. Однако прошло более 30 лет, прежде чем такой принцип организации связи был реализован на аппаратном уровне. Причем в эти годы разработка принципа сотовой связи велась в различных странах мира не по одним и тем же направлениям.

Таким образом, как уже было сказано выше, общемировые тенденции на телекоммуникационном рынке показывают, что традиционные сети связи (передачи данных, фиксированной и мобильной телефонии), уже не в состоянии удовлетворять современным требованиям пользователей услуг связи. В рамках решения этой проблемы телекоммуникационное сообщество выдвинуло новую парадигму – сети следующего поколения NGN (Next Generation Network). Основной идеей сетей следующего поколения является использование пакетных технологий для передачи различного видов информации по единой сетевой структуре.

К основным тенденциям современного рынка телекоммуникаций относят:

массовое внедрение современных систем и средств связи, имеющих высокую • производительность и большие запасы пропускной способности;

кардинальное изменение сетевых архитектур, отказ от жесткой иерархии, характерной • для классических телефонных сетей;

современные сети связи имеют функционально разделенные уровни транспортной • коммутируемой сети и формирования услуг;

обострение конкуренции в наиболее динамичных секторах рынка (мобильная связь, • доступ в Интернет);

кардинальные изменения в бизнес-модели оператора новых услуг. Разделение на • инфраструктурную модель (создание и обслуживание сетей) и сервисную модель (предоставление инфотелекоммуникационных услуг);

наличие промежуточных звеньев при предоставлении инфокоммуникационных услуг, и • изменение статуса услуги;

уменьшение роли голосовых услуг.

• Переход к сетям NGN вызван переменами в структуре сетевого трафика и изменениями условий развития телекоммуникационной индустрии. Однозначного определения архитектуры и услуг NGN мировое телекоммуникационное сообщество пока не выработало. В начале 2004 года Сектор стандартизации телекоммуникаций Международного союза электросвязи (ITU-T, МСЭ-Т) дал следующие определение сети NGN: «NGN – это сети с коммутацией пакетов, в которых функции коммутации отделены от функции предоставления услуг, они позволяют предоставить широкий перечень услуг и добавлять новые по мере их разработки. Так же сеть NGN обеспечивает широкополосный доступ и поддерживает механизмы качества QoS (Quality of Service). МСЭ выделяет следующие основные характеристики NGN:

сеть на базе коммутации пакетов, которая имеет разделенные функции управления и • переноса информации, в которой функции услуг и приложения отделены от функций сети;

сеть компонентного построения, где связь между компонентами осуществляется по • открытым интерфейсам;

сеть, поддерживающая широкий спектр услуг, включая услуги в реальном времени и • услуги доставки информации, в том числе мультимедийные услуги;

сеть, обеспечивающая взаимодействие с традиционными сетями связи;

• сеть, обладающая общей мобильность, т.е. позволяющая отдельному абоненту • пользоваться и управлять услугами независимо от технологии доступа и типа используемого терминала и предоставляющая абоненту возможность свободного выбора провайдера услуг.

Таким образом, можно говорить, что с одной стороны NGN – это не простое развитие или комбинация уже имеющихся телекоммуникационных сетей. Она не является по своей сути технологией, предназначенной для модернизации отдельных сетевых узлов или фрагментации сети.

Напротив, это качественное изменение всей сетевой структуры. С другой стороны, появление и развитие сетей NGN – это скорее эволюция, т.е. развитие на базе традиционных сетей связи с наследованием их преимуществ и устранением недостатков.

В настоящее время общепринято выделять четыре поколения реализованных (внедренных на практике) систем мобильной связи, представленных на рисунке 1. В таблице 1 перечислены основные направления развития мобильной связи в мире с одним из возможных вариантов разделения на поколения. Следует отметить, что на данный момент в мире не существует единого мнения относительно данного вопроса.

Таблица 1 – Развитие технологий мобильной связи

–  –  –

1G (1 Generation) – первое поколение мобильных телекоммуникаций, устройства, относящихся к этому поколению были аналоговыми и изначально предназначались только для передачи голоса. Аналоговые сети мобильной связи были созданы в середине 1980-х годов, как, например, система NMT (Nordic Mobile Telephone) и Американская система мобильной связи AMPS (American Mobile Phone System). Такие сети предоставляли пользователю основные (базовые) услуги, при этом акцент делался на услуги, ориентированные на передачу речи. Сети этого поколения создавались только в масштабах одной страны, и очень часто их основные технические характеристики устанавливались по соглашению между национальным оператором связи и местной промышленностью без открытой публикации технических данных. Из-за наличия особенностей национальных технических требования, сети первого поколения были несовместимы друг с другом.

Первые сотовые телефоны были величиной с небольшой чемоданчик и устанавливались в автомобили. Затем появились «трубки-кирпичи», которые уже можно было носить с собой, но их размеры и вес доставляли множество неудобств.

Во всех аналоговых стандартах применяются частотная модуляция для передачи речи и частотная манипуляция для передачи информации управления (или сигнализации – signaling). Для передачи информации различных каналов используются различные участки спектра частот – применяется метод множественного доступа с частотным разделением каналов FDMA (Frequency Division Multiple Access), с полосами каналов в различных стандартах от 12,5 до 30 кГц. С этим непосредственно связан основной недостаток аналоговых систем – относительно низкая емкость, являющаяся прямым следствием недостаточно рационального использования выделенной полосы частот при частотном разделении каналов и невысокому качеству передачи голоса. Этот недостаток стал очевиден уже к середине 80-х годов, в самом начале широкого распространения сотовой связи в ведущих странах, и сразу же значительные силы были направлены на поиск более совершенных технических решений. В результате этих усилий и поисков появились цифровые сотовые системы второго поколения. Переход к цифровым системам сотовой связи стимулировался также широким внедрением цифровой техники в связь в целом и в значительной степени был обеспечен разработкой низкоскоростных методов кодирования и появлением сверхминиатюрных интегральных схем для цифровой обработки сигналов.

Цифровые мобильные системы второго поколения 2G появились в конце 90-годов прошлого столетия. Они обеспечивали не только качественную передачу речи, но и низкоскоростную передачу данных (до 14,4 Мбит/с).

2G (2 Generation) передает оцифрованный звук, что увеличивает надежность связи и повышает скорость передачи до 14,4 Кбит/с, позволяя обмениваться небольшими текстовыми сообщениями SMS (Short Message Service). Еще в начале 60-х годов прошлого века инженер Пол Баран предложил американским военным оцифровывать передаваемую информацию для сохранности ее первоначального вида. Министерство обороны идею проигнорировало, но за нее ухватились гражданские компании. В США аналоговый стандарт AMPS получил столь широкое распространение, что прямая замена его цифровым оказалась практически невозможной. Выход был найден в разработке двухрежимной аналого-цифровой системы, позволяющей совмещать работу аналоговой и цифровой систем в одном и том же диапазоне. Работа над соответствующим стандартом была начата в 1988 г. и закончена в 1992 г.; стандарт получил наименование D-AMPS (Digital Advanced Mobile Phone Service), или IS-54 (Interim Standard, то есть «промежуточный стандарт»). Его практическое использование началось в 1993 г. В Европе ситуация осложнялась наличием множества несовместимых аналоговых систем («лоскутное одеяло»). Здесь выходом оказалась разработка единого общеевропейского стандарта GSM (Global System for Mobile communication) (GSM 900 – диапазон 900 МГц). Соответствующая работа была начата в 1982, г., к 1987 г. были определены все основные характеристики системы, а в 1988 г.

приняты основные документы стандарта. Практическое применение стандарта началось с 1991 г. В Америке и ряде азиатских стран широкое распространение получила другая система второго поколения – cdmaOne (IS-95), базирующаяся на технологии CDMA (Code Division Multiple Access). Еще один вариант цифрового стандарта, по техническим характеристикам схожий с D-AMPS, был разработан в Японии в 1993 г.; первоначально он назывался JDC, а с 1994 г. – PDC (Personal Digital Cellular, персональная цифровая сотовая связь). Но на этом развитие цифровых систем сотовой связи не остановилось.

Стандарт D-AMPS дополнительно усовершенствовался за счет введения нового типа каналов управления. Дело в том, что цифровая версия IS-54 сохранила структуру каналов управления аналогового AMPS, что ограничивало возможности системы. Новые чисто цифровые каналы управления введены в версии IS-136, которая была разработана в 1994 г. и начала применяться в 1996 г. При этом была сохранена совместимость с AMPS и IS-54, но повышена емкость канала управления и заметно расширены функциональные возможности системы. Стандарт GSM, продолжая совершенствоваться технически, в 1989 г. пошел на освоение нового частотного диапазона 1800 МГц. Это направление известно под названием системы персональной связи.

Отличие последней, от исходной системы GSM 900, не столько техническое, сколько маркетинговое при технической поддержке: более широкая рабочая полоса частот в сочетании с меньшими размерами ячеек (сот) позволяет строить сотовые сети значительно большей емкости, и именно расчет на массовую систему мобильной связи с относительно компактными, легкими, удобными и недорогими абонентскими терминалами был заложен в основу этой системы. Соответствующий стандарт (в виде дополнений к исходному стандарту GSM 900) был разработан в Европе в 1990 гг. Система получила название DCS 1800 (Digital Cellular System, цифровая система сотовой связи; первоначально использовалось также наименование PCN (Personal Communications Network), что в буквальном переводе означает «сеть персональной связи») и начала использоваться с 1993 г.

В 1996 г. было принято решение именовать ее GSM 1800. В США диапазон 1800 МГц оказался занят другими пользователями, но была найдена возможность выделить полосу частот в диапазоне 1900 МГц, которая получила в Америке название диапазона систем персональной связи PCS (Personal Communications Systems), в отличие от диапазона 800 МГц, за которым сохранено название сотового (cellular). Освоение диапазона 1900 МГц началось с конца 1995 г.; работа в этом диапазоне предусмотрена стандартом D-AMPS (версия IS-136, но аналогового AMPS в диапазоне 1900 МГц уже нет), и разработана соответствующая версия стандарта GSM («американский» GSM 1900 – стандарт IS-661). Применение на мобильных сетях технологии оцифровки сигнала в эфире, а, следовательно, возникновение цифровых мобильных сетей и цифровой мобильной связи позволило значительно увеличить емкость системы, а так же значительно улучшило качество голосовой связи.

Поколение мобильной связи 2,5G – переходный этап. Предпосылкой возникновения данного поколения явилась потребность в большем ресурсе для передачи данных. Для более полного понимания решения, примененного для увеличения пропускной способности передачи данных необходимо дать четкое понятие термину «остаточный ресурс». Рассмотрим это понятие на примере c комнатой и парами людей. Для того чтобы все пары людей (голосовые вызовы) разместились вдоль стены (а несущей), заполнение данной комнаты обязательно должно контролироваться таким образом, чтобы вдоль стены неизменно оставалось место для новых пар (свободные каналы). В случае, когда абонент желает произвести звонок, а на несущей нет свободных каналов, система сообщит ему, что «сеть перегружена» или «Вызов не выполнен». Некоторое количество каналов на несущей, которое в данный момент не занято абонентами, называется остаточным ресурсом.

Каждый оператор связи строит свою сеть таким образом, чтобы остаточный ресурс обязательно присутствовал для обеспечения голосовой связью всех желающих на случай резкого увеличения количества звонящих (например, на Новый Год и проч.).

Основной идеей поколения 2,5G является предоставление пользователю пакетной передачи данных дополнительных каналов из остаточного ресурса. При этом в начале сессии пакетной передачи данных абоненту назначается все тот же, определенный поколением 2G базовый канал 9,6 кбит/с. По мере того, как система фиксирует полное потребление выделенного ресурса, абоненту назначаются дополнительные каналы до тех пор, пока не будет исчерпан остаточный ресурс, или пока данным абонентом не будет достигнута пропускная способность 153 кбит/с. При этом, как только в данном секторе появится абонент, устанавливающий голосовое соединение, система отберет один из дополнительных каналов у абонента пакетной передачи данных и выделит его голосовому абоненту. Таким образом, голосовые соединения имеют приоритет по получению ресурса сети. Ввиду того, что абонентская база оператора, как правило, растет быстрее, чем наращивается ресурс БС, остаточный ресурс имеет тенденцию к непрерывному уменьшению. В свою очередь пропускная способность в части пакетной передачи данных на одного абонента неуклонно сокращается, что приводит к недовольству абонентов. Из-за такого рода особенностей распределения ресурса в эфире сети, построенные на технологиях поколения 2,5G, не могут обеспечить достаточной пропускной способности для применения мультимедийных приложений (Мобильное телевидение, видео по запросу и т.п.).

Все перечисленные выше цифровые системы второго поколения основаны на методе множественного доступа с временным разделением каналов TDMA (Time Division Multiple Access).

Однако уже в 1992-1993 гг. в США был разработан стандарт системы сотовой связи на основе метода множественного доступа с кодовым разделением каналов CDMA – стандарт IS-95 (диапазон 800 МГц). Он начал применяться с 19951996 гг. в Гонконге, США, Южной Корее, причем в Южной Корее – наиболее широко, а в США начала использоваться и версия этого стандарта для диапазона 1900 МГц. Направление персональной связи нашло свое преломление и в Японии, где в 1991-1992 гг. была разработана и с 1995 г. начала широко использоваться система PHS диапазона 1800 МГц (Personal Handyphone System, система персонального ручного телефона).

Системы третьего поколения мобильной связи 3G (Third Generation) реализуются на базе новой радиотехнологии, обеспечивающей высокую скорость передачи мультимедийной информации и беспроводной доступ в Интернет. В Европе для систем 3G используют термин UMTS (Universal Mobile Telecommunication System, универсальная мобильная телекоммуникационная система). Внедряется и система третьего поколения мобильной связи cdma2000, представляющая собой дальнейшее развитие стандарта IS-95 cdmaOne. Таким образом, системы мобильной связи 3G развиваются по двум направлениям – UMTS и cdma2000. В рамках UMTS обеспечивается преемственность GSM и GPRS (General Packet Radio Service), разработаны технологии повышения пропускной способности нисходящего (к абоненту) и восходящего (к базовой станции) направлений передачи данных: технологии HDSPA (High Speed Downlink Packet Access) и HSUPA (High Speed Uplink Packet Access), соответственно. Основной идеей третьего поколения мобильной связи является организация такого распределения голоса и данных в эфире, при котором увеличение голосовой нагрузки никак не повлияет на скорость передачи данных. Это решение заключается в принципиальном разделении по разным несущим голоса и данных. HDSPA (высокоскоростная пакетная передача данных от базовой станции к мобильному телефону) – стандарт мобильной связи, рассматривается специалистами как один из переходных этапов миграции к технологиям мобильной связи четвертого поколения (4G). Максимальная теоретическая скорость передачи данных по стандарту составляет 14,4 Мбит/с.

Не менее значимой и интересной является история развития сетей мобильной связи третьего поколения в Европе.

В европейской истории можно выделить следующие периоды:

1992-1995 гг.: в ходе работ по проекту МoNеt в рамках исследовательской программы • RACE (Research in Advanced Communications in Europe) проводилось моделирование технологий и распределение функций между сетью радиодоступа и базовой сетью сетей третьего поколения;

1995-1998 гг.: исследования продолжались в рамках программы ACTS (Advanced • Communication Technology and Services) проекта FRAMES (Future Radio Wideband Multiple Access System);

с 1998 г. по настоящее время исследования сосредоточились в Партнерском проекте по • системам третьего поколения (ЗGPP) при Европейском институте стандартизации электросвязи ETSI (European Telecommunications Standards Institute).

При разработке системы ЗG в Европе в основном использовались технические решения, полученные для сетей GSM, по следующим двум причинам: во-первых, технология GSM была доминирующей на европейском рынке мобильной связи, во-вторых, в развитие сетей GSM были вложены гигантские инвестиции, требовавшие скорейшей окупаемости.

Кроме того, будущая система 3G должна была удовлетворять следующим требованиям:

иметь полное описание и технические требования в виде открытых стандартов, так же • как и сети GSM;

превосходить сети GSM по всем аспектам. В начале разработки и эксплуатации система • 3G должна быть совместима как минимум с сетями GSM и ISDN (Integrate Services Digital Network);

поддерживать мультимедийные и другие услуги во всех подсистемах сети;

• обеспечивать высокую пропускную способность сети радиодоступа и получить • распространение во всем мире. Требования к пропускной способности сети 3G должны превышать соответствующие требования к узкополосным мобильным сетям GSM и широкополосным стационарным мультимедийным сетям;

услуги, предоставляемые конечным пользователям сетей 3G, не должны зависеть от • особенностей технологии радиодоступа, а выбранная архитектура – ограничивать внедрение новых услуг связи. Технологическая платформа и услуги должны быть взаимонезависимы, иметь открытую структуру.

В рамках европейской исследовательской программы ACTS («Перспективные технологии и услуги связи») по проекту FRAMES («Перспективные системы широкополосного множественного радио доступа») была проведена всесторонняя оценка различных технологий множественного доступа с целью выбора технологии радиоинтерфейса для европейского стандарта системы 3G – системы UMTS. Основной задачей проекта FRAMES была разработка концепции радиоинтерфейса и предложений для стандартизации системы UMTS. В процессе работы над радиоинтерфейсом для системы UMTS европейские производители оборудования связи предложили рабочей группе SMG2

Технического комитета по мобильной связи ETSI пять концепций:

W-CDMA (Wideband Code Division Multiple Access) – широкополосный множественный • доступ с кодовым разделением каналов;

ортогональный

• OFDMA (Orthogonal Frequency-Division Multiple Access) – множественный доступ с частотным разделением каналов;

W-TDMA (Wideband Time Division Multiple Access) – широкополосный множественный • доступ с временным разделением каналов;

TDMA/CDMA – широкополосный множественный доступ с кодово-временным • разделением каналов;

ODMA (Opportunity-Driven Multiple Access) – множественный доступ с гибкими • возможностями.

Технология фиксированного WiMAX (IEEE 802.16-2004) не оправдала возлагавшихся на нее надежд по быстродействию, объему зоны покрытия и ценовым характеристикам. Но операторы справедливо ожидают качественного прорыва от мобильного WiMAX (IEEE 802.16e), который уже начал активно внедряться во всех странах мира, включая Россию. Разработчики технологии LTE (Long-Term Evolution), изложенной в Релизе 8 перешли от технологии радиоинтерфейса W-CDMA к более прогрессивной технологии OFDMA. При этом среди целей разработки новой системы, выделяют: значительное повышение спектральной эффективности (доведение ее до 5 бит/с/Гц), увеличение пропускной способности в линии «вниз» до 100 Мбит/с при ширине полосы одного частотного канала 20 МГц. Дальнейшее развитие сети LTE представлено в релизах 9 и 10, последний из которых направлен на создание усовершенствованной технологии LTE Advanced. К основным требованиям к стандарту мобильных сетей четвертого поколения (4G) относят полосу пропускания в линии «вниз» — 100 МГц, в линии «вверх» — 60 МГц.

Обзор рекомендаций международного консорциума 3GPP в части стандартизации сетей подвижной связи следующих поколений 4G LTE Рекомендации консорциума 3GPP включают в себя описания радиоинтерфейса, базовой сети, а также структуры сервисов.

Работа над стандартами 3GPP ведется поэтапно – релизами:

Release 98 (утвержден в 1998 году) и более ранние релизы описывают сети GSM, GPRS и EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution).

Release 99 (1 квартал 2000 года) описывает первые сети UMTS, использующие беспроводной интерфейс с широкополосным множественным доступом W-CDMA. Наземная сеть радиодоступа UMTS может работать в двух дуплексных режимах: FDD (Frequency Division Duplex) и TDD (Time Division Duplex) – в парных и непарных диапазонах, соответственно, что позволяет эффективно использовать спектр с учетом специфики выделения частот в различных регионах. Сигнал подвергается процедуре расширения спектра методом прямой последовательности с чиповой скоростью 3.84 Мчип/с и передается по каналу шириной 5МГц. Кадр продолжительностью 10 мс делится на 15 таймслотов. Данный стандарт обеспечивает скорость передачи данных до 384 кбит/с (пиковая скорость – до 1920 кбит/с.).

Release 4 (2 квартал 2001 года). Внесены изменения в стандарт, в частности, представлена полностью IP (Internet Protocol) базовая сеть.

Release 5 (1 квартал 2002 года). Добавлена технология HDSPA (условно относится к поколению 3,5G) – пакетный сервис в прямом (восходящем) канале сети W-CDMA. Скорость передачи данных в прямом канале – до 14,4 Мбит/с, в обратном – 2 Мбит/с.

Release 6 (4 квартал 2004 года). Добавлена технология HSUPA – сервис в обратном канале сети W-CDMA, увеличивающий пиковую скорость передачи данных до 5,76 Мбит/с.

Release 7 (2007 год). В рамках этого релиза проведена работа над уменьшением задержек, развитием технологий HSPA (HSPA+ или HSPA Evolution) (High Speed Packet Access) и EDGE (EDGE Evolution). Теоретически пиковая скорость возросла до 42 Мбит/с в прямом и до 11 Мбит/с в обратном каналах.

Согласно плану стандартизации технологии LTE работа основных рабочих групп 3GPP сосредоточена на разработке и совершенствовании трех релизов (таблица 2) Таблица 2 – Краткая характеристика стандартов сетей LTE Releases 8-10 3GPP

–  –  –

Первые, предварительные спецификации LTE создавались в рамках документа, называемого 3GPP Release 7.

В декабре 2008 года утверждена версия стандартов 3GPP (Release 8), фиксирующая архитектурные и функциональные требования к системам LTE. На текущий момент времени последний утвержденный релиз 3GPP Release 10 (март 2011 года) является технической спецификацией следующего этапа развития LTE – LTE Advanced. В указанных требованиях предусмотрено, что в нисходящем радиоканале будет обеспечена максимальная пропускная скорость передачи данных до 1000 Мбит/с, а в восходящем – до 500 Мбит/с. По сути, это требования к стандарту сетей четвертого поколения. В рамках деятельности проекта 3GPP в сентябре 2007 года определена программа долгосрочного развития систем третьего поколения, одобренная в качестве стратегического направления деятельности ETSI на Генеральной Ассамблее в ноябре того же года.

Были разработаны технические отчеты по начальной стадии эволюции E-UTRAN (TR 25.813, TR

25.814 и TR 25.913), определяющие эволюцию архитектуры высокого уровня SAE (TR 23.882) (System Architecture Evolution) системы LTE.

Тема 1.2.

Сравнительная характеристика архитектурных принципов построения сетей GSM/UMTS/LTE/CDMA Стандарты подвижной радиотелефонной связи GSM, UMTS, LTE последовательно развиваются консорциумом 3GPP (3rd Generation Partnership Project) и наследуют используемые подходы и решения. Это обеспечивает единообразие используемых подходов к построению сетей, а также, до определенной степени, повторное использование элементов архитектуры сетей.

Стандарты CDMA (CDMAOne, CDMA-2000, EV-DO) разрабатываются консорциумом 3GPP2 и являются самостоятельным направлением, опирающимся на собственные решения. Необходимо отметить, что в настоящее время стандарт LTE рассматривается в качестве стандарта следующего поколения, развивающего как сети, построенные на базе более ранних стандартов 3GPP, так и сети, построенные на базе стандартов 3GPP2. Далее дан общий вид архитектур сетей стандартов GSM/UMTS/CDMA/LTE и приведены составляющие их элементы.

Архитектура сетей стандартов GSM/UMTS Архитектуры сетей стандартов GSM/UMTS в настоящее время представляют собой единое решение. Различие, как показано далее, состоит в элементах, составляющих сеть радиодоступа RAN (Radio Access Network). Составляющие опорной сети или ядра сети CN (Core Network) одинаковы для обоих рассматриваемых стандартов, отличия ограничены рядом выполняемых элементами архитектуры функций, необходимых для поддержки стандарта UMTS. Общая архитектура сетей

GSM/UMTS приведена на рисунке 2. В нее входят следующие элементы:

Mobile Station (MS) – подвижная станция, включает в себя следующие элементы:

• Mobile Equipment (ME) – оборудование подвижной станции;

• Subscriber Identity Module (SIM) – модуль идентификации абонента. Начиная с релиза 99 • также носит название USIM (UMTS SIM);

Рисунок 2 – Архитектура сетей GSM/UMTS

BSS (Base Station Subsystem) – подсистема базовых станций. Представляет собой сеть • радиодоступа GSM – GRAN (GSM Radio Access Network). При внедрении на сети радиодоступа технологии беспроводной пакетной передачи данных поколения 2.5G – EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution), сеть радиодоступа принято называть

GERAN (GSM EDGE RAN). Подсистема BSS включает в себя следующие элементы:

BTS (Base Transceiver Station) – базовая станция;

• BSC (Base Station Controller) – контроллер базовых станций;

• RNS (Radio Network System) – сеть радиодоступа. Представляет собой подсистему • наземного радиодоступа UMTS (UMTS Terrestrial Radio Access Network, UTRAN).

Включает в себя следующие элементы:

Radio Network Controller (RNC) – контроллер подсистемы радиодоступа;

• Node B – узел, соответствующий базовой станции, которая обслуживает одну или более • сот UTRAN;

CN (Core Network) – ядро сети подвижной радиотелефонной связи, также опорная сеть.

• Ядро GSM называется подсистемой сети и коммутации NSS (Network and Switching

Subsystem). Элементы ядра сети принято разделять на два следующих домена:

CS (Circuit Switched) – домен коммутации каналов (КК), включает элементы, • поддерживающие работу на базе коммутации каналов, в частности поддержку услуг

GPRS. К элементам домена КК сети CN относятся следующие:

MSC (Mobile-services Switching Centre) – центр коммутации подвижной связи, может • разделяться на сервер MSC (MSC Server), отвечающий за обработку сигнализации, и медиашлюз коммутации каналов CS-MGW (Circuit Switched – Media Gateway Function), который обеспечивает работу с пользовательскими данными;

GMSC (Gateway MSC) – шлюз MSC;

• VLR (Visitor Location Register) – визитный регистр местонахождения;

• PS (Packet Switched) – домен коммутации пакетов, включает элементы, поддерживающие • работу на базе коммутации пакетов (КП). К ним относятся следующие элементы:

GGSN (Gateway GPRS Support Node) – шлюзовый узел поддержки пакетной передачи • данных через радиоинтерфейс;

SGSN (Serving GPRS Support Node) – узел текущей поддержки пакетной передачи • данных через радиоинтерфейс;

Также в ядро сети CN входят следующие элементы, не относящиеся строго к одному из двух доменов:

HLR (Home Location Register) – опорный регистр местонахождения;

• AuC (Authentication Centre) – центр аутентификации;

• EIR (Equipment Identity Register) – регистр идентификации оборудования;

• PCRF (Policy and Charging Rules Function) – функции реализации правил политики и • тарификации, включает в себя H-PCRF (Home-PCRF) и V-PCRF (Visiting-PCRF);

платформа IMS (IP Multimedia Subsystem) может рассматриваться как отдельный • комплекс элементов опорной сети. В задачи платформы IMS входит универсализация процессов внедрения услуг на сети оператора связи и их предоставления пользователям на базе протокола IP вне зависимости от используемого терминала и технологии доступа, включая и доступ посредством сети подвижной радиотелефонной связи. При полном или частичном внедрении платформы элементы и заменяются IMS HLR Auc полнофункциональным аналогом из состава платформы IMS – сервером абонентских данных HSS (Home Subscriber Server). Платформа IMS представляет собой самостоятельный комплекс решений, интегрируемый с системами OSS/BSS оператора связи, обеспечивающий универсальный доступ к услугам и интегрируемый с платформами предоставления услуг SDP (Service Delivery Platform).

Необходимо отметить, что при переходе от сети GSM к сети GSM/UMTS необходимые изменения включают не только внедрение новых базовых станций и контроллеров, но и дополнение функционала узлов MSC и SGSN для организации взаимодействия с ними (например, поддержка интерфейса Iu). При этом узлы могут именоваться 3G-MSC и 3G-SGSN, соответственно.

Архитектура сети стандарта LTE Рассматривая архитектуру сетей LTE, необходимо отметить, что стандарты LTE определяют, прежде всего, принципы организации радиоинтерфейса и сети радиодоступа, которые на настоящий момент позволяют обеспечивать передачу данных со скоростями, соответствующими требованиям к стандартам 4G (в рамках стандарта LTE-Advanced). Архитектуру опорной сети LTE принято называть эволюцией системной архитектуры SAE или развитой пакетной опорной сетью EPC (Evolved Packet Core). Сеть SAE представляет собой эволюционное развитие домена КП сетей GSM/UMTS и использует некоторые из его элементов. Сеть радиодоступа LTE принято называть развитой сетью UTRAN (evolved UTRAN, eUTRAN). Сочетание сетей eUTRAN и EPC, т.е.

полноценная сеть подвижной радиотелефонной связи, включающая как сеть радиодоступа, так и ядро, носит обозначение развитой пакетной системы EPS (Evolved Packet System). Архитектура SAE представлена на рисунке 3. Архитектура сети eUTRAN представлена на рисунке 4.

–  –  –

Представленная на рисунках 3 и 4 архитектура EPS использует некоторые элементы, характерные для архитектуры сетей GSM/UMTS, но также включает в себя следующие новые элементы:

UE (User Equipment) – абонентская (радио) станция;

• сеть радиодоступа eUTRAN состоит из взаимодействующих базовых станций стандарта • LTE – eNodeB (E-UTRAN NodeB, eNB) и является одноранговой сетью;

опорная сеть EPS – EPC представляет собой сеть, полностью функционирующую на базе • коммутации пакетов. При этом, как видно из рисунка П.1.3 в ней предусмотрена возможность взаимодействия с сетями GSM/UMTS, для чего используются элементы SGW и SGSN. Ядро сети EPC включает следующие новые элементы:

MME (Mobility Managemen Entity) – модуль управления мобильностью;

• S-GW (Serving GW) – обслуживающий шлюз;

• PDN GW (Packet Data Networks Gateway) – шлюз взаимодействия с сетями, • использующими технологию с коммутацией пакетов;

HSS– сервер абонентских данных. Включает в себя функциональность HLR/AUC.

• В архитектуре сети EPS развита роль платформы IMS, которая рассматривается как существенный элемент сети. Согласно стандартам, предоставление услуг в сетях LTE, включая услуги телефонной связи (на базе VoIP) и коротких сообщений SMS осуществляется средствами платформы IMS. Однако при дальнейшей разработке стандартов были приняты во внимание следующие объективные условия:

операторы связи, в большинстве своем, уже обладают инфраструктурой сетей • стандартов GSM/UMTS/CDMA, которая позволяет предоставлять услуги телефонной связи и передачи SMS с достаточным уровнем качества и без привлечения платформы IMS;

построение сетей стандартов GSM/UMTS/CDMA потребовало от операторов связи • больших объемов капитальных затрат. В условиях долгосрочной окупаемости инфраструктуры сетей подвижной радиотелефонной связи, операторы заинтересованы в эксплуатации существующей инфраструктуры и максимальной амортизации затрат на построение действующих сетей;

основной целью операторов при построении сетей LTE, в настоящий момент, является • предоставление абонентам услуг беспроводного доступа в сеть Интернет с пропускной способностью, соответствующей требованиям к 4-му поколению систем подвижной радиотелефонной связи. Это позволит операторам укрепить свою конкурентоспособность на рынке услуг доступа в сеть Интернет в целом, развивать комплекс предлагаемых услуг, повысить лояльность абонентов, стимулировать потребление ими услуг доступа и оптимизировать нагрузку на операторскую инфраструктуру.

С учетом реалий отраслевого рынка, консорциумом 3GPP были разработаны переходные модели внедрения сетей EPS с использованием существующей инфраструктуры. Согласно этим моделям, услуги радиотелефонной связи и передачи SMS, продолжают оказываться на базе существующей инфраструктуры, при этом услуги передачи данных, включая услуги доступа в сеть Интернет, оказываются с использованием возможностей сетей EPS.

Архитектура сети стандарта CDMA-2000 Актуальным и применяемым на сегодняшний день стандартом консорциума 3GPP2 является стандарт CDMA-2000 (также известен как IMT Multi-Carrier), который представляет собой прямое развитие сетей стандарта cdmaOne поколения 2G (так же известного как IS-95) и сохраняет обратную совместимость с ним. Несмотря на то, что сети стандарта CDMA-2000 являются самостоятельным решением и с технической точки зрения имеют существенное количество отличий от сетей стандартов 3GPP, архитектура сетей CDMA идеологически близка сетям GSM/UMTS. При этом комплексом стандартов CDMA-2000 определены различные радиоинтерфейсы доступа (в т.ч.

СDMA2000 1X, CDMA-2000 EV-DO Rev. 0, CDMA2000 EV-DO Rev. A, CDMA2000 EV-DO Rev. B).

Архитектура сетей стандарта CDMA-2000 приведена на рисунке П.1.5. Аналогично архитектуре сетей GSM/UMTS, архитектура CDMA-2000 включает домены коммутации каналов и коммутации пакетов.

В архитектуру CDMA-2000 входят следующие основные элементы, включая аналогичные по наименованию элементам архитектур сетей GSM/UMTS:

Mobile Station (MS) – подвижная станция, включает в себя следующие элементы:

• User Identity Module (UIM) – модуль идентификации абонента;

• Mobile Equipment (ME) – оборудование подвижной станции, в отсутствии UIM • способное обеспечивать только соединение с экстренными службами;

BS (Base Station) – базовая станция. Включает в себя следующие элементы:

• BTS (Base Transceiver Station) – базовая станция;

• BSC (Base Station Controller) – контроллер базовых станций;

• EIR (Equipment Identity Register) – регистр идентификации оборудования;

• MSC (Mobile-services Switching Centre) – центр коммутации подвижной связи;

• VLR (Visitor Location Register) – визитный регистр местонахождения;

• HLR (Home Location Register) – опорный регистр местонахождения.

–  –  –

Как можно видеть, архитектуры GMS/UMTS и CDMA-2000 построены с использованием единых принципов. В обоих случаях имело место развитие сетей с коммутацией каналов за счет добавления элементов, обеспечивающих взаимодействие с сетями с коммутацией пакетов. При этом необходимо учитывать, что используемые принципы организации взаимодействия элементов архитектуры и принципов маршрутизации передаваемых данных существенно различаются, что является причиной малой совместимости сетей стандартов GSM/UMTS и CDMA. Для сетей всех стандартов стандарт LTE выступает в качестве следующего этапа развития. Архитектура опорной сети EPC предусматривает средства взаимодействия с пользовательскими устройствами вне зависимости от используемой сети.

Тема 1.3.

Вопросы обеспечения качества услуг в сетях GSM/UMTS/LTE/CDMA Термин качество услуги QoS сегодня широко используется не только применительно к традиционным телефонным сетям, где он впервые появился, но и все больше рассматривается применительно к беспроводным, широкополосным и мультимедийным услугам, в том числе, на основе протокола IP.

Общее определение понятия качества дает словарь ИСО 8402 1994 г.:

«совокупность характеристик объекта, определяющих его способность удовлетворять заявленным требованиям». На основе общего понятия качества стандарта ИСО 8402 были определены основные термины в области качества услуг связи, впервые приведенные в Рекомендации МСЭ-Т Е.800. В Рекомендации МСЭ-Т Е.800 дано следующее определение QoS: «совокупный показатель эксплуатационных характеристик услуги, определяющий степень удовлетворенности пользователя услугой». В целом качество услуги характеризуется совокупностью следующих основных потребительских свойств: обеспеченностью, удобством использования, действенностью, безопасностью и другими свойства, специфичными для каждой услуги.

Обеспеченность – способность оператора сети связи предоставлять обслуживание (набор услуг) и помогать потребителю использовать его.

Удобство использования – свойство услуги, характеризующее, насколько успешно и легко потребитель может ее использовать.

Действенность – свойство услуги быть предоставленной тогда, когда это необходимо потребителю, и продолжаться без чрезмерного ухудшения в течение требуемого времени (в пределах определенных заданных условий).

Безопасность – свойство услуги быть защищенной от несанкционированного доступа, злонамеренного и неправильного использования, преднамеренной порчи, ошибок в использовании и стихийных бедствий.

Из четырех перечисленных выше свойств важнейшим является действенность, которая, в свою очередь, имеет три составляющие:

доступность – свойство услуги быть предоставленной тогда, когда это необходимо • пользователю;

непрерывность – свойство услуги, будучи предоставленной, продолжаться в течение • требуемого времени;

целостность – свойство услуги, будучи предоставленной, обеспечиваться без • чрезмерного ухудшения.

Часто для определения и описания QoS используют понятие качества функционирования сети NP (Network Performance). Качество функционирования сети определяется как совокупность параметров, характеризующих способность сети или ее части выполнять функции, обеспечивающие связь между пользователями. Однако очень важно понимать, что термин QoS отличается от понятия NP. QoS – это результат восприятия пользователя, в то время как NP определяется эксплуатационными характеристиками отдельных сетевых элементов или эксплуатационными характеристиками всей сети в целом. Однако NP влияет на QoS, оно является его частью.

Совокупные эксплуатационные характеристики услуги определяются совокупным показателем эксплуатационных характеристик всех сетевых элементов.

Таким образом, QoS не только задается или определяется показателями, которые могут быть выражены техническими показателями (параметрами качества функционирования сети), но также определяется субъективным показателем, который определяет ожидаемое и воспринимаемое пользователем качество.

Также QoS можно оценивать с разных позиций, а именно, с позиции абонента (пользователя) и позиции оператора связи. В первом случае речь идет об удовлетворенности абонента получаемой услугой. Во втором – об оценке использования технических ресурсов, которыми располагает оператор связи, описывающих возможности предоставления услуг связи. Таким образом, существует взаимосвязь между требованиями пользователя и его восприятием предоставляемого ему качества услуги с одной стороны и планируемым и достигнутым оператором связи качества услуги с другой стороны. Качество услуги, воспринимаемое абонентом, характеризуется потребительскими свойствами, каждое из которых, в свою очередь, определяется различными параметрами качества функционирования сети. Качество функционирования сети характеризуется способностью сети к обработке трафика, качеством передачи и надежностью. Наиболее важной составляющей качества функционирования сети является способность к обработке трафика – способность сетевого объекта при заданных внутренних условиях отвечать заданным требованиям по обработке трафика, которые определяются его величиной и другими характеристиками. Под внутренними условиями понимается, например, соотношение числа работоспособных и неработоспособных частей объекта. Способность объекта обрабатывать трафик зависит от его надежности, качества передачи, а также от ресурсов и возможностей.

Показатели качества характеризуют количественную меру одного или большего числа признаков качества каждой из услуг связи, предоставляемых на сети оператора вне зависимости от технологии на которой построена сеть. Поскольку при оценке качества предоставления каждой из услуг связи необходимо учитывать не только техническую сторону предоставления услуги, в основном определяемую качеством функционирования сети, но и сторону обслуживания, то весь набор показателей качества услуг связи можно классифицировать в две группы: группа технических показателей качества и группа показателей качества обслуживания. Показатели качества обслуживания являются общими для всех услуг и обычно определяются отдельным общим перечнем. Технические показатели качества услуги могут быть специфичными как для конкретной услуги, так и для сетевой технологии, поэтому они обычно определяются в соответствии с услугами, предоставляемыми оператором.

Факторы, влияющие на качество предоставляемых услуг связи в сетях GSM/UMTS/LTE/CDMA Факторы, влияющие на качество предоставляемых услуг в сетях подвижной связи, также как и показатели качества услуг можно условно разделить на две группы: факторы, связанные с качеством обслуживания и факторы, связанные с качеством функционирования сети.

Факторы, влияющие на качество обслуживания, относятся к организационно-хозяйственной деятельности оператора связи и связаны с такими эксплуатационными процедурами, как:

регистрация аварийных ситуаций, повреждений;

• восстановление услуги в случае повреждений и аварийных ситуаций;

• проведение плановых профилактических работ;

• взаиморасчеты за услуги и др.

• Таким образом, к основным факторам, влияющим на качество предоставляемых услуг, относятся:

время, необходимое для устранения аварий;

• время, необходимое для регистрации аварии;

• правильность регистрации заявок на устранение аварий;

• доступность службы регистрации аварий;

• время восстановления услуги;

• время выполнения заявки на подключение услуги;

• время выставления счета;

• правильность выставленных счетов;

• время, необходимое для осуществления взаиморасчетов;

• наличие достоверной статистической информации и др.

• Перейдем к факторам, которые относятся к техническим показателям качества услуг в сетях GSM/UMTS/LTE/CDMA, то есть фактически касаются качества функционирования сети. Для технологий GSM/UMTS/CDMA/LTE можно выделить следующие общие факторы, которые влияют на качество услуг, предоставляемых в сетях на их основе:

текущая загрузка соты;

• текущие условия приема сигнала пользовательским терминалом;

• количество доступных кодеков;

• расстояние от пользовательского терминала до базовой станции;

• качество планирования и реализации механизмов управления радио-ресурсами.

• Для сетей, построенных по технологиям можно выделить GSM/UMTS/CDMA, дополнительные факторы, оказывающие негативное влияние на качество услуг:

большое число сетевых элементов, необходимых для установки связи в сети доступа, в • результате чего требуется заметное количество времени для установления соединений/сессий;

отсутствие возможности непрерывной поддержки установленного соединения. Каждое • пользовательское соединение/сессия при отсутствии данных для приема/передачи, по истечении заранее определенного времени, обрывается. Для возобновления приема/передачи данных необходима повторная установка уже нового соединения/сессии, требующая времени, что негативно влияет на воспринимаемое пользователем качество услуги.

В сетях LTE устранены некоторые факторы, снижающие качество работы сетей третьего поколения, однако оставшиеся факторы, требуют более строгого учета. Предоставляемое качество услуг в сети LTE существенно зависит от того, насколько корректно настроены традиционные сетевые механизмы управления качеством (такие, как маркировка пакетов, управление очередями) и того, насколько надежна сеть и как эффективно осуществляется управление неисправностями и устранение аварий на сети.

Для сети радиодоступа и транспортной сети критическими с точки зрения качества являются следующие факторы:

работа механизмов защиты от ошибок, сбоев и оперативное устранение неисправностей;

• эксплуатация, администрирование и обслуживание сети;

• синхронизация;

• распределение трафика по типам/классам.

• В базовых станциях, использующих технологию MSR, необходимо принимать во внимание следующие факторы, которые могут являться причиной низкого качества услуг:

учет динамичности сигнала и интерференции;

• гарантированная стабильность выходной мощности передатчика и • избирательность/чувствительность приемника.

Для определения дополнительных факторов, относящихся к оборудованию, и влияющих на показатели качества услуг в сети GSM/UMTS/CDMA/LTE необходимо разделить сеть на следующие составные элементы:

базовые станции;

• узлы опорной сети (S-GW, SGSN, GGSN, HLR, VLR и др.);

• сеть радиодоступа;

• транспортная сеть.

• Перечень характеристик, относящихся к базовым станциям, от значения которых зависят показатели качества услуг, включает в себя:

скорость передачи (transaction rate);

• емкость (transaction capacity);

• размер очереди (buffer size);

• число зарезервированных каналов (reserved channel number);

• среднее время выполнения мягкого хэндовера (soft handoff rate);

• интенсивность поступления запросов на установление соединения (New call arrival rate);

• среднее время занятия канала до совершения хэндовера (handoff call holding time);

• продолжительность соединения (new call holding time);

• количество ретрансляторов в одной соте (base repeater number);

• количество каналов в ретрансляторе;

• среднее время выхода из строя базовой станции;

• среднее время выхода из строя ретранслятора;

• среднее время между восстановлениями базовой станции;

• среднее время между восстановлениями ретранслятора.

• В перечень характеристик сетевых узлов, значения которых влияют на показатели качества услуг, входят:

скорость передачи (transaction rate);

• емкость (transaction capacity);

• размер очереди (buffer size).

• В сети радиодоступа на качестве предоставляемых услуг дополнительно сказывается доступная ширина полосы пропускания и общий объем передаваемой информации. Основными факторами в опорной сети, которые влияют на показатели качества услуг, являются:

ширина полосы пропускания;

• общий объем передаваемой информации;

• общее значение нагрузки;

• среднее значение нагрузки на канал;

• общее количество каналов;

• скорость передачи по каждому каналу;

• средний размер пакета информации.

• Для каждого показателя качества предоставляемой в сети услуги существует взаимосвязь между его значением и значением указанных выше параметров. Правильное планирование и настройка параметров составляющих элементов сети является важным аспектом, имеющим положительных эффект на общее качество предоставляемых в сети GSM/UMTS/CDMA/LTE услуг.

Рассмотрим, например, взаимосвязь описанных выше факторов и показателя готовности услуги.

Показатель готовности услуги характеризует свойство услуги быть предоставленной тогда, когда это необходимо потребителю, и продолжаться без чрезмерного ухудшения в течение требуемого времени. В таблицах 4 -5 показано как изменение тех или иных факторов влияет на значение данного показателя. В таблицах 6-8 показано изменение аналогичных факторов на значение показателя времени установления соединения.

–  –  –

Среднее время между восстановлениями базовой станции – Среднее время выхода из строя ретранслятора + Среднее время между восстановлениями ретранслятора – Примечание – «+» означает, что увеличение значения характеристики приводит к увеличению значения показателя, «–» означает, что увеличение характеристики параметра приводит к уменьшению значения показателя.

–  –  –

Существует пять типов трафика, которые соответствуют типам используемых приложений, для которых оптимизированы службы радиодоступа: речевой, потоковый, интерактивный и фоновый. Основной отличительной особенностью рассмотренных классов трафика является восприимчивость к задержке. Так, например, речевой класс относится к трафику, который значительно зависит от задержки, а фоновый относится к классу, наименее чувствительному к задержке. Потоковый класс для потоковых приложений передачи аудио или видео менее чувствителен к задержке по сравнению с речевым классом вследствие используемого механизма буферизации. Интерактивный и фоновый классы трафика предназначены, в основном, для использования в приложениях типа WEB/WAP, мультимедийных сообщений MMS или электронной почты e-mail. С учетом менее жестких, по сравнению с речевым классом, требований к задержке коэффициент ошибочно принятых SDU значительно уменьшается за счет использования метода повторной передачи. Интерактивный класс трафика является двунаправленным, предъявляющий переменные требования к скорости передачи данных (пропускной способности), имеющий умеренную задержку и долю потери трафика, частично корректируемый. Фоновый класс трафика допускает большие задержки и потери трафика, а также предъявляет переменные требования к скорости передачи.

Механизмы управления QoS в радиосетях UMTS В радиосетях UMTS механизмы обеспечения QoS требований разделены на плоскость управления C-plane и плоскость пользователя U-plane (рисунок 6). Функции плоскости управления осуществляют управление новыми соединениями, выбор соответствующих способов передачи и алгоритмов защиты от ошибок, распределение существующих радиоресурсов. Кроме того, плоскость управления осуществляет поддержку согласованного профиля QoS в течение всего времени обслуживания. При этом сети радиодоступа RAN (должны быть способны реагировать на перегрузки и ухудшение качества QoS. Основной задачей управления является прогнозирование (экстраполяция) параметров QoS, позволяющее осуществить предсказуемое обслуживание некоторых типов трафика независимо от того, передается другой трафик через сеть в данное время или нет. При этом RAN распределяют ресурсы между пакетами трафика с различными требованиями к времени ожидания, джиттеру, скорости передачи данных и/или различными требованиями к потере пакетов.

Рисунок 6 – Механизмы управления QoS Функции QoS плоскости управления Управление доступом и установление соединений. Цель функции управления доступом состоит в том, чтобы разрешить или запретить доступ новых пользователей в зависимости от наличия свободного ресурса сети сотовой связи, достаточного для запрошенной услуги пользователя. В этом случае, задача управления доступом предназначена для исключения возникновения перегрузок в сети. Она выполняется на этапе доступа (назначения транспортной службы сети радиодоступа RAB (Radio Access Bearer)), хэндовере, реконфигурации службы RAB (Release 5). В этих случаях решения принимаются в зависимости от приоритета пользователя и нагрузки на сеть. В сетях с коммутацией каналов решение о доступе базируется на наличии свободных временных интервалов под каналы трафика TCH (тайм-слотов) в соте. В сетях с коммутацией пакетов при управлении доступом учитывается тип услуги. В случае оказания услуг, инвариантных к времени (например, интерактивный и фоновый классы трафика), фактическая пропускная способность снижается с увеличением числа пользователей, вплоть до блоковой ситуации.

Преобразование параметров RAB/PFC в параметры службы обмена радиоинтерфейса RB.

Различные услуги требуют использования различных служб передачи данных по радиоканалу с соответствующими параметрами QoS. Для этого функция преобразования RAB/PFC в RB осуществляет выбор необходимых условий передачи по выбранному логическому каналу: режима передачи (с подтверждением или без подтверждения); схемы модуляции и кодирования; типа защиты от ошибок (EEP, UEP) и т.д. Например, при использовании повторной передачи возникают дополнительные задержки, но одновременно повышается надежность, которая необходима во многих приложениях передачи данных. Основным фактором для выбора этих условий является класс трафика, хотя следует учитывать и другие параметры QoS (требуемая скорость передачи данных, надежность, задержка).

Диспетчер ресурсов. Оптимизация управления радиоресурсом является важным вопросом.

Главная задача диспетчера ресурсов – определение необходимых ресурсов нового соединения для выполнения требований QoS, а так же проверка наличия свободных ресурсов в ячейке. Алгоритм управления ресурсом отличается для различных типов услуг. Услуги, инвариантные к времени, не требуют гарантируемой скорости передачи данных, поэтому для них может использоваться любой доступный канал. Главным критерием, используемым при распределении каналов для этих услуг, является критерий выбора таких каналов, которые дают максимальную емкость для временного потока блоков TBF (temporary block ow) в пределах возможностей пользователя. Распределение выделенных каналов для услуг, оказываемых в реальном времени, состоит в определении готовности свободных ресурсов сети и резервирования их на основе гарантируемых требований к пропускной способности и возможностей пользователя.

Управление загрузкой и хэндовером. Хэндоверы могут быть вызваны различными причинами. Они выполняются в целях передачи обслуживания, когда АТ перемещается из одной ячейки (соты) в другую. Так же они могут выполняться в случаях, когда: текущий вызов имеет низкое качество; ячейка (сота) перегружена, а соседние ячейки – нет. Регулирование нагрузки осуществляется в случаях возникновения перегрузки, а также до возникновения перегрузки, т.е.

выполнение профилактического регулирования. Как только в сети обнаружена перегрузка в одной из сот, алгоритм управления может задействовать хэндовер в соседние соты и определить переводимые туда соединения. При таком управлении учитываются тип услуги и профиль абонента.

Наиболее вероятными кандидатами на хэндовер являются услуги и пользователи с более низким приоритетом.

Функции QoS плоскости пользователя Данные функции предназначены для обеспечения QoS, когда установлены службы передачи данных. Одной из задач плоскости пользователя в области радиоинтерфейса является задача обеспечения дифференциации услуг путем регулирования и планирования трафика. Кроме того, к задачам плоскости пользователя относится динамическая адаптация каналов связи для компенсации изменений условий ведения радиосвязи (например, регулирования выходной мощности передатчика).

Адаптация каналов связи. Качество беспроводных каналов связи определяется условиями ведения радиосвязи. Отсюда следует, что параметры оценки качества функционирования каналов радиосвязи (пропускная способность, задержка, коэффициент ошибочных блоков BER) постоянно изменяются. Такие изменения в целях обеспечения требуемого QoS компенсируются выбором соответствующих схем модуляции и кодирования MCS (Modulation and Coding Scheme). Этот механизм называется адаптацией каналов связи. В частности, функция адаптации каналов связи способна динамически выбирать кодирование в канале, режим передачи канала: полноскоростной FR (full-rate), полускоростной HR (half-rate), комбинацию глубины и вида модуляции в зависимости от требований услуг, загрузки системы, состояния канала и уровня интерференционных помех.

Алгоритм адаптации каналов взаимодействует с алгоритмом распределения ресурсов. Скорость передачи зависит от качества канала связи, определяемое отношением сигнал/шум. При использовании более помехоустойчивой модуляции и схемы кодирования обеспечивается меньшая скорость передачи данных.

Управление трафиком.

Управление трафиком осуществляется в целях согласования качества услуги QoS путем:

сравнения прибывающих пакетов данных с согласованными профилями QoS, и, в • следствие с этим, ускорение пакетов данных, пропуск и т.д.;

маркировка пакетов, прибывающих с превышением гарантируемой скорости передачи, • а именно постановка пакетов в очередь; игнорирование пакетов в соответствии с алгоритмами отказа.

Планировщик пакетов. Планировщик пакетов основная функция обеспечения QoS на радиоинтерфейсе. Так как радиоинтерфейс является наиболее узким местом во всей сети сотовой связи, то эффективная обработка радиоблоков на основании приоритетов является ключевым вопросом. Планировщик пакетов осуществляет распределение радиоресурсов на основе информации об интерференционных помехах и запрашиваемой пользователем емкости сети.

Оператор может также управлять планированием пакетов не только на основе рассмотренного алгоритма планирования, но и посредством параметра QoS – приоритета распределения/сохранения (например, «VIP» или «бюджетный» пользователи). Таким образом, производится дифференциация как пользователей, так и услуг.

Управление мощностью. Управление мощностью изменяет отношение сигнал/шум в канале связи для поддержки QoS установленного соединения. Дополнительно, управление мощностью в восходящем канале используется как мера уменьшения потребляемой мощности пользователя.

Возрастающие требования к качеству услуг со стороны пользователей и операторов сетей подвижной связи GSM/GPRS/EDGE/UMTS/HSDPA приводят к необходимости искать новые технологические решения гарантированно обеспечивающие качество услуг в сложной обстановке, характеризуемой высоким уровнем пространственной и временной неоднородности трафика, изменения спроса на услуги передачи данных, межсистемных и внутрисистемных помех.

Классификация инфокоммуникационных услуг в сетях подвижной связи следующих поколений 4G LTE Одной из ключевых особенностей сетей связи нового поколения является возможность одновременной поддержки приложений с различными требованиями QoS. В LTE классификация предоставляемых пользователям услуг по параметрам QoS осуществляется на уровне установления логического соединения EPS. EPS соединение представляет собой поток IP пакетов, который передается между сетевым шлюзом (PDN-GW) и пользовательским терминалом, UE или MS (Mobile Station) с определенными параметрами качества обслуживания. Каждому логическому соединению присваивается некоторое значение, называемое идентификатором класса QoS QCI (QoS Class Identifier). Каждый QCI позволяет определить, к какому классу QoS относится логическое соединение в зависимости от значения его приоритета обслуживания, допустимой задержки и количества потерянных пакетов. Выделяют два типа EPS соединений: соединения с гарантированной побитовой скоростью передачи GBR (Guaranteed Bit Rate) и соединения без гарантий по скорости передачи Non-GBR (Non-Guaranteed Bit Rate).

GBR соединения имеют фиксированное значение минимальной скорости передачи. Однако, при наличии свободных ресурсов в сети возможна передача данных со скоростью большей, чем минимально установленная. Такая скорость передачи называется максимальной побитовой скоростью MBR (Maximum Bit Rate) и ограничивается ресурсами сети или другими дополнительными условиями. Таким образом, MBR может быть либо равной GBR, либо принимать значение большее. При установлении соединений типа Non-GBR сеть не гарантирует даже минимальной скорости передачи данных, поэтому в случае перегрузки может происходить потеря пакетов данных. В данном случае управление ресурсами сети осуществляется при помощи введения суммарной максимальной скорости передачи данных AMBR (Aggregate MBR), позволяющей дифференцировать услуги по приоритетам в обслуживании. Также одной из важнейших характеристик логического соединения является приоритет в обслуживании ARP (Allocation and Retention Priority). Параметр ARP отвечает за принятие или блокировку запроса на установление соединения, а также управляет перегрузкой сети при помощи вытеснения соединений с наименьшим приоритетом.

Таким образом, для дифференцирования услуг, предоставляемых пользователям, сетью LTE с учетом различных приоритетов и типов логических соединений выделяют девять QCI классов (таблица 10). Все значения параметров QoS, относящиеся к каждому из девяти QCI классов, определены в стандарте, это позволяет обеспечить одинаковую обработку запросов на установление соединений оборудованием различных производителей. Для того чтобы обеспечить соблюдение требований QoS для различных услуг, предоставляемых пользователю, возникает задача расчета основных показателей качества обслуживания, таких как вероятности блокировок, коэффициент использования ресурсов сети, а также число установленных соединений.

Таблица 10 – Параметры QoS для различных услуг, предоставляемых в LTE

–  –  –

Тема 2.1.

Полнодоступная модель с потерями При проектировании сотовой сети подвижной связи (ССПС) необходимо учитывать самые разнообразные параметры – от предполагаемой нагрузки на сеть до размера соты, который, в свою очередь, зависит от ландшафта и застройки территории, а также технических характеристик оборудования базовой станции и центра коммутации мобильных услуг. Следует также учитывать требования к качеству обслуживания QoS, которые должны выполняться для услуг, поддерживаемых сетью. Одним из подходов к проектированию сетей является применение принципа декомпозиции, согласно которому сеть разбивается на блоки, после чего для отдельного блока выполняется анализ и расчет необходимых характеристик. Будем рассматривать ССПС, территория обслуживания которой покрыта сотами правильной шестиугольной формы. Допустим, что все соты сети идентичны по размеру, числу радиоканалов и требованиям к обслуживанию вызовов. Предположим также, что в любой момент времени абоненты сети, находящиеся в пределах территории обслуживания, распределены по ней равномерно. В сделанных предположениях отдельным блоком для анализа процесса функционирования сети может служить одна сота ССПС.

Остановимся более подробно на физической модели процесса обслуживания вызовов в соте ССПС, которая позволит в дальнейшем построить математические модели той или иной степени адекватности, исследовать их и получить различные вероятностные характеристики.

Особенностью систем беспроводной подвижной связи является мобильность абонента, которая влечет необходимость передачи обслуживания текущего соединения мобильного абонента из одной соты в другую без прекращения связи. Таким образом, в каждой соте ССПС возникают вызовы двух типов – так называемые новые вызовы, к возникновению которых привела инициация соединения абонентом, находящимся на территории данной соты, и хэндовер-вызовы.

Более детальное рассмотрение поступающего на базовую станцию потока вызовов позволяет выделить четыре вида вызовов, порождающих нагрузку на базовую станцию фиксированной соты (средняя сота на рисунке 7):

новый вызов, возникший внутри рассматриваемой соты и завершившийся в ней же;

1.

новый вызов, возникший внутри рассматриваемой соты и перешедший на обслуживание 2.

в соседнюю соту;

хэндовер-вызов, поступивший в рассматриваемую соту из соседней соты и 3.

завершившийся в рассматриваемой соте;

хэндовер-вызов, поступивший в рассматриваемую соту из соседней соты и перешедший 4.

на обслуживание в соседнюю соту.

Рисунок 7 – Четыре вида вызовов, поступающих на базовую станцию соты Новый или хэндовер-вызов, обслуживаемый базовой станцией фиксированной соты, может либо успешно закончиться на территории данной соты по причине окончания разговора мобильным абонентом (вызовы вида (1) или (3)), либо потребовать передачи обслуживания на базовую станцию соседней соты (вызовы вида (2) или (4)).

Зоны покрытия соседних базовых станций в системе сотовой подвижной связи перекрывают друг друга (рисунок 8), образуя так называемую зону хэндовера, в которой соединение может поддерживаться базовыми станциями смежных сот.

Рисунок 8 – Зона хэндовера для двух сот В зоне хэндовера движение мобильного абонента в направлении соседней соты сопровождается ухудшением качества связи. Мобильный абонент может провести в зоне хэндовера некоторое время, зависящее от таких параметров системы, как размер соты, скорость и направление движения абонента. За время пребывания мобильного абонента в зоне хэндовера происходит поиск свободного радиоканала на базовой станции соседней соты. Будем считать, что попавший в зону хэндовера мобильный абонент не может изменить направление движения так, чтобы вернуться на территорию соты, через базовую станцию которой поддерживается текущее соединение.

Тогда возможны три варианта:

передача обслуживания текущего соединения на один из свободных радиоканалов • базовой станции соседней соты;

успешное завершение обслуживания текущего соединения по причине окончания • разговора мобильным абонентом во время нахождения в зоне хэндовера;

вынужденный разрыв текущего соединения (forced call termination) на территории • соседней соты - блокировка хэндовера, которая произойдет, если в момент пересечения абонентом границы зоны хэндовера передача обслуживания текущего соединения базовой станции соседней соты невозможна (например, на базовой станции соседней соты нет свободных радиоканалов).

Вероятность вынужденного разрыва текущего соединения (вероятность блокировки хэндовер-вызова) является одним из основных параметров качества обслуживания (QoSпараметров), нормированных в рекомендациях МСЭ-Т. Еще один QoS-параметр - вероятность отказа в обслуживании при инициации соединения (вероятность блокировки нового вызова). Для вызова вида (4) (рисунок 7) интересно исследовать также такую вероятностную характеристику, как вероятность блокировки многократного хэндовера, т.е. вероятность вынужденного разрыва соединения при k - м хэндовере, k 1.

Будем рассматривать два варианта инициации хэндовера - простейший случай, когда инициация хэндовера происходит в соответствии с методом сравнения мощностей радиосигналов, и наиболее общий случай - комбинированный метод инициации хэндовера, охватывающий метод порогового значения и метод гистерезиса. Для комбинированного метода сделаем следующие пояснения. Этот метод предполагает наличие двух пороговых уровней мощности радиосигнала между мобильной станцией и базовой станцией. Верхний пороговый уровень Tup (handoff threshold level) определяет момент начала процедуры хэндовера: при падении мощности радиосигнала от текущей базовой станции ниже уровня Tup начинается проверка наличия свободных радиоканалов на соседней базовой станции. Однако даже если на соседней базовой станции есть свободный радиоканал, попытка хэндовера не происходит до тех пор, пока мощность радиосигнала от текущей базовой станции не опустится до нижнего порогового уровня Tlow (receiver threshold level). В этот момент текущая базовая станция в принудительном порядке начинает осуществление передачи обслуживания текущего соединения на базовую станцию соседней соты, т.е. происходит освобождение радиоканала на текущей базовой станции и попытка занятия радиоканала на соседней базовой станции, которая заканчивается либо передачей обслуживания на базовую станцию соседней соты и продолжением обслуживания текущего соединения, либо разрывом текущего соединения (блокировкой хэндовера). Заметим, что психологически абоненту ССПС легче принять отказ в обслуживании при первой попытке установления соединения, чем столкнуться с разрывом уже установленного соединения в процессе разговора, поэтому в ССПС применяются механизмы, обеспечивающие приоритет хэндовер-вызовов по отношению к новым вызовам, например, резервирование каналов для обслуживания хэндовер-вызовов.

Построение каждой модели предваряется упрощающими предположениями, позволяющими перейти от описанной ранее физической модели к математической модели. Общими для всех моделей являются следующие предположения.

Потоки новых и хэндовер-вызовов являются пуассоновскими потоками (ПП) i.

интенсивности O (original calls) и H (handover calls) соответственно. Таким образом, суммарный поток вызовов, создающих нагрузку на базовую станцию соты, является пуассоновским потоком интенсивности = O + H.

Любой обслуживающийся базовой станцией вызов (как новый, так и хэндовер) с ii.

интенсивностью завершает обслуживание внутри соты и с интенсивностью µ1 µ2 переходит в соседнюю соту. Следовательно, длительность обслуживания базовой станцией вызова, который завершит обслуживание внутри рассматриваемой соты, имеет экспоненциальное распределение с параметром µ1, а длительность обслуживания вызова,

–  –  –

Для каждой из построенных моделей получены аналитические формулы для расчета вероятностных характеристик, определенных выше. При заданных ограничениях на QoS-параметры эти формулы дают возможность рассчитать структурные параметры модели, такие, как общее число радиоканалов в соте и число радиоканалов, зарезервированных для обслуживания хэндовервызовов.

Полнодоступная модель с потерями Введем следующие предположения.

Зона хэндовера отсутствует.

iv.

Не предусмотрено резервирование радиоканалов для обслуживания хэндовер-вызовов.

v.

В сделанных предположениях математической моделью процесса обслуживания вызовов в соте сети GSM может служить C-линейная (по числу радиоканалов в соте) полнодоступная система массового обслуживания (СМО), на которую поступают два пуассоновских потока заявок. Поток 1-заявок, соответствующий потоку новых вызовов, имеет интенсивность O, а поток 2-заявок (хэндовер-вызовы) - интенсивность H. Если в момент поступления заявки любого типа в СМО имеется хотя бы один свободный прибор, заявка поступает на обслуживание и занимает один прибор на все время обслуживания. Длительности обслуживания как 1-заявок, так и 2-заявок, являются независимыми случайными величинами, имеющими экспоненциальное распределение с параметром µ. Если в момент поступления заявки любого типа в СМО нет свободных приборов, заявка теряется. Схематически модель системы показана на рисунке 9.

O µ

–  –  –

Состояние системы (число заявок в СМО) может измениться либо за счет поступления заявок, либо за счет ухода заявок с приборов вследствие окончания обслуживания. Согласно предположению (i) суммарный поток вызовов, поступающих на базовую станцию соты, является пуассоновским, т.е.

обладает свойством отсутствия последействия, следовательно, процесс поступления заявок в СМО после момента не зависит от функционирования системы до момента t. Из предположения (ii) t

–  –  –

0, когда система не пуста), не зависят от функционирования системы до момента t. Следовательно, СП X1 (t) является марковским процессом (МП). По свойству стационарности пуассоновского потока и в силу независимости и одинаковой распределенности длительностей обслуживания заявок МП X1 (t) - однородный, т.е. изменение состояния системы в течение интервала времени не зависит от момента t начала наблюдения за системой, а зависит только от длины h этого (t, t + h)

–  –  –

Из (ii) и свойств экспоненциального распределения следует, что вероятность того, что за время h не закончится обслуживание заявки, равна

–  –  –

состоянии может оказаться процесс через «малое» время h.

Во-первых, состояние системы может не измениться. При n = 1, C 1 это произойдет, если за время h в СМО не поступит ни одна заявка и ни одна заявка не закончит обслуживание, т.е.

pnn ( h ) = [1 h + o ( h )] [1 n µ h + o ( h )] =

–  –  –

состоянии, если за время h не закончит обслуживание ни одна из C заявок, находящихся в СМО, при этом поступление заявок на состояние системы не влияет. Таким образом,

–  –  –

Итак, за время h система может только перейти на одно состояние «вверх» за счет поступления заявки, на одно состояние «вниз» за счет обслуживания заявки или остаться в том же состоянии при отсутствии поступлений и окончаний обслуживания заявок. Таким образом, СП представляет собой процесс размножения и гибели со следующими переходными { X 1 (t ), t 0}

–  –  –

течением времени функционирование СМО стремится к стационарному режиму ( pn ( t ) pn при ), причем стационарное распределение вероятностей { pn, n X1 } не зависит от начального t состояния X 1 (0).

Приравнивая производные по времени в левой части уравнений (15) к нулю, получаем систему уравнений равновесия (СУР):

0 = p0 + µ p1 ;

–  –  –

–  –  –

C ! n=0 n!

BH =. (24) Тема 2.2.

Неполнодоступная модель с потерями Введем следующее предположение.

Применяется стратегия доступа с резервированием: на базовой станции соты g vi.

радиоканалов предназначены для обслуживания как новых, так хэндовер-вызовов, а остальные C g радиоканалов зарезервированы только для обслуживания хэндовервызовов.

В предположениях (i)-(iv) и (vi) математической моделью процесса обслуживания вызовов в соте сети GSM может служить C-линейная неполнодоступная СМО, на которую поступают два пуассоновских потока заявок. Поток 1-заявок, соответствующий потоку новых вызовов, имеет интенсивность O, а поток 2-заявок (хэндовер-вызовы) - интенсивность H. Если в момент поступления 1-заявки в СМО число свободных приборов больше, чем C g, 0 g C, 1-заявка поступает на обслуживание и занимает один прибор на все время обслуживания, в противном случае 1-заявка теряется. Если в момент поступления 2-заявки в СМО есть хотя бы один свободный прибор, 2-заявка поступает на обслуживание и занимает один прибор на все время обслуживания, в противном случае 2-заявка теряется. Длительности обслуживания как 1-заявок, так и 2-заявок, являются независимыми случайными величинами, имеющими экспоненциальное распределение с параметром µ. Схематически модель системы показана на рисунке 10. Интересующими нас характеристиками являются вероятность 1 потери 1-заявки, соответствующая вероятности BO блокировки нового вызова, и вероятность 2 потери 2-заявки, соответствующая вероятности B H блокировки хэндовер-вызова.

–  –  –

При решении СУР, как и в предыдущей модели, воспользуемся принципом локального баланса.

Выпишем систему уравнений локального баланса:

( O + H ) pn 1 = n pn, 1 n g;

–  –  –

Тема 2.3.

Неполнодоступная модель с бесконечной очередью и нетерпеливыми заявками Введем следующее предположение.

Предусмотрено наличие зоны хэндовера, в которой мобильный абонент может vii.

находиться не более случайного времени, имеющего экспоненциальное распределение с параметром.

В предположениях (i)-(iii), (vi) и (vii) математической моделью процесса обслуживания вызовов в соте может служить C-линейная СМО с накопителем бесконечной емкости, на которую поступают два потока заявок (рисунок 12). Поток 1-заявок, соответствующий потоку новых вызовов, является пуассоновским потоком с параметром O, а поток 2-заявок (хэндовервызовы) - пуассоновским потоком с параметром H. Если в момент поступления 1-заявки в СМО число свободных приборов больше, чем C g, 0 g C, 1-заявка поступает на обслуживание и занимает один прибор на все время обслуживания, в противном случае 1-заявка теряется. Если в момент поступления 2-заявки в СМО есть хотя бы один свободный прибор, 2-заявка поступает на обслуживание и занимает на все время обслуживания один прибор. Если в СМО нет свободных приборов, пришедшая 2-заявка занимает место в накопителе и ожидает освобождения прибора.

Дисциплина выбора заявок из накопителя на обслуживание FIFO. 2-заявка, ожидающая в очереди, может покинуть СМО с интенсивностью µ1, что соответствует окончанию разговора в зоне хэндовера, а также с интенсивностью, что соответствует блокировке хэндовер-вызова при попытке передачи обслуживания из соседней соты в рассматриваемую соту. Длительности обслуживания как 1-заявок, так и 2-заявок, являются независимыми случайными величинами, имеющими экспоненциальное распределение с параметром µ.

–  –  –

Рисунок 12 – Двухпотоковая неполнодоступная СМО с бесконечной очередью и «нетерпеливыми» заявками По прежнему, вероятность BO блокировки нового вызова соответствует вероятности 1 потери 1-заявки. Для оценки вероятности BH блокировки хэндовер-вызовов служит очередь с нетерпеливыми заявками, введение которой требует дополнительных разъяснений. В модели 3 на приборах находятся 1- и 2-заявки, которые соответствуют в физической модели текущим соединениям, поддерживаемым через базовую станцию рассматриваемой соты. В очереди модели 3 находятся 2-заявки, которые соответствуют текущим соединениям мобильных абонентов, поддерживаемым через базовые станции соседних сот. Эти 2-заявки соответствуют соединениям мобильных абонентов, которые находятся в зоне (зонах) хэндовера и движутся в направлении рассматриваемой соты. Текущее соединение для 2-заявки из очереди поддерживается через базовую станцию смежной соты, предшествующей с точки зрения хэндовера рассматриваемой соте.

Заметим, что все текущие соединения мобильных абонентов, находящихся в зонах хэндовера, можно условно разбить на три группы. Соединения из первой группы займут радиоканалы на базовой станции рассматриваемой соты. Эти соединения соответствуют в 2-заявкам рассматриваемой СМО, которые из очереди поступят на приборы. Вторая группа текущих соединений мобильных абонентов, находящихся в зоне хэндовера, успешно завершится по причине окончания разговора мобильным абонентом во время нахождения в зоне хэндовера (вариант б)).

Длительность пребывания соответствующей 2-заявки в очереди представляет собой интервал времени с момента пересечения мобильным абонентом зоны хэндовера до момента успешного завершения соединения этого мобильного абонента по причине окончания разговора на территории зоны хэндовера. Этот интервал времени соответствует остаточному времени обслуживания заявки вида (1) или (3) (рисунок 1) на приборе соседней соты, т.е. является экспоненциально распределенной СВ с параметром µ1. В третью группу входят соединения, которые будут разорваны при попытке передачи обслуживания из соседней соты в рассматриваемую соту, т.е. соединения, соответствующие заблокированным хэндоверам (вариант в)). Именно соединения третьей группы определяют один из основных QoS-параметров – вероятность BH блокировки хэндовера.

Упрощающее предположение (vii) позволяет учесть заблокированные хэндоверы в виде потока «нетерпеливых» заявок, покидающих СМО из очереди. Отметим, что суммарный поток заявок, соответствующий текущим соединениям из первой (вариант а)) и третьей (вариант в)) групп, т.е.

соединениям, которые потребуют хэндовер, представляет собой пуассоновский поток с параметром µ 2. Математической моделью процесса обслуживания заявок в СМО, изображенной на рисунке 12, служит СП { X 3 ( t ), t 0}, соответствующий числу заявок в СМО в момент времени t. Пространство состояний процесса имеет вид X3 = {0, 1,... }. Из предположений (i), (ii), (vi) и (vii) следует, что СП

–  –  –

Рассмотренная СМО имеет неограниченный накопитель для 2-заявок, поэтому потери 2-заявок в модели 3, в отличие от рассмотренных ранее моделей 1 и 2, не происходят. Как отмечалось при построении модели, поток заблокированных хэндоверов соответствует потоку 2-заявок, покидающих очередь из-за ограничения на время ожидания. Тогда вероятность BH блокировки хэндовера можно оценить как отношение вероятностного потока 2-заявок, покидающих очередь из-за ограничения на время ожидания, к общему вероятностному потоку 2-заявок, покидающих очередь.

Стационарная средняя длина q очереди 2-заявок в рассматриваемой СМО определяется формулой

–  –  –

очереди на обслуживание, поскольку при X 3 ( t ) C приборы освобождаются с интенсивностью C µ.

Тогда вероятность BH блокировки хэндовера можно оценить следующим отношением:

–  –  –

где pn имеют вид (37)-(38).

Тема 3.1.

Модель схемы повторного использования частот без выделения граничной зоны соты В настоящее время активное развитие получили сотовые сети следующих за 3G поколений, а именно сети LTE и WiMAX. С точки зрения оператора сотовой связи процесс внедрения и развертывания сетей неразрывно связан как с поддержанием требуемого качества предоставления услуг клиентам оператора, так и с увеличением числа одновременно обслуживаемых пользователей.

Решение такой комплексной задачи позволит, с одной стороны, обеспечивать лояльность клиентов оператора, а с другой, уменьшить его расходы на инфраструктуру сети, что достигается за счет оптимального ее планирования. Таким образом, актуальными являются постановка и решение следующей задачи оптимизации – максимизации числа пользователей одной соты при ограничениях на допустимые значения показателей качества обслуживания клиентов.

В сетях LTE и WiMAX, в отличие от сотовых сетей предыдущих поколений – GSM, UMTS на физическом уровне сети радиодоступа используется более прогрессивная технология множественного доступа – OFDMA, предполагающая повторное использование частот FRP (Frequency Reuse Partitioning) в соседних сотах. Частоты между сотами распределяются таким образом, чтобы минимизировать внутрисотовую и межсотовую интерференцию, которая может приводить к ощущаемому пользователями ухудшению качества, повторным передачам пакетов и т.д. Чем ближе пользователь находится к границе соты, тем больше взаимные помехи с пользователями соседней соты, а также сильнее затухание сигнала, на которое влияют удаленность от станции, рельеф местности, эффект экранирования, характеристики воздушной среды и пр.

Зачастую в схемах повторного использования частот соту логически разделяют на две зоны

– граничную и центральную. Критерием отнесения пользователя к той или иной зоне является значение отношения мощности сигнала к мощности шума и интерференции SINR (Signal to Interference plus Noise Ratio). В граничной зоне частотный диапазон может быть использован частично, иными словами фракционно, FFR (Fractional Frequency Reuse) или полностью SFR (Soft Frequency Reuse).

Постановка задачи выбора оптимальной схемы повторного использования частот в сетях LTE по критерию максимизации числа пользователей.

В сетях LTE на уровне радиодоступа условной единицей использования частотновременного ресурса сети является блок PRB. Разницу между тремя схемами повторного использования частот – без выделения граничной зоны, FFR и SFR – проиллюстрируем в терминах блоков PRB (см. рисунок 14).

Обозначим a{1, 2, 3} номер схемы повторного использования частот:

–  –  –

Пусть также B общее число блоков PRB, B1 {0,…, B} число блоков PRB, выделенных для одной соты, b {0,…, B} число блоков PRB, выделенных для граничной зоны одной соты. Тогда,

–  –  –

Рассматривается одна сота сети LTE с ( a,b) -схемой повторного использования частот (сота 1 на рисунке 14). Каждый пользователь соты может быть отнесен к одному из K a b классов.

–  –  –

использования частот в соте.

В следующем подразделе отчета на примере схемы без выделения граничной зоны соты ( a = 1, b = 0 ) предложен метод нахождения величин k ( nab ), а также сформулирована задача максимизации числа пользователей в соте.

Модель схемы повторного использования частот для сети LTE без выделения граничной зоны В данном подразделе изложены результаты для схемы без выделения граничной зоны ( a = 1 ), поэтому для удобства изложения метода нахождения средней скорости загрузки порции данных

–  –  –

Рисунок 15 – Схема модели соты с фиксированным числом пользователей в виде сети BCMP Очевидно, что средняя скорость k ( n) загрузки порции данных k -пользователем вычисляется только для активных пользователей, т.е. по всем m, принадлежащим множеству

–  –  –

Из определения величины k ( n) = Tk ( n) следует, что она обратно пропорциональна среднему времени Tk ( n ) загрузки порции данных k -пользователем, которое, в свою очередь,

–  –  –

Рисунок 16 – Число пользователей и средняя скорость загрузки порции данных пользователем для схемы без выделения граничной зоны Тема 3.2.

Модель схемы повторного использования частот с перекрытием частот в сотах В данном подразделе для функциональной модели, представленной на рисунке 17, построим математическую модель.

–  –  –

k -вызов получает отказ и теряется, не оказывая дополнительного влияния на интенсивность k породившего его ПП. Это означает, что эффект повторения получивших отказ вызовов мал, и его можно не учитывать и считать, что система функционирует с явными потерями.

Длительность занятия каналов k -вызовом имеет экспоненциальное распределение с интенсивностью µ k,, причем эти длительности не зависят друг от друга и от 0 µ k, k = 1, 2

–  –  –

Заметим, что межсотовая интерференция, возникающая при повторном использовании частот, приводит к ухудшению качества обслуживания пользователей. Под коллизией будем понимать ситуацию, при которой один и тот же блок PRB назначается пользователям соседних сот.

Далее выведем среднее число коллизий для данной модели. Начнем со случая, когда блоки PRB выбираются случайно.

Пусть сл – случайная величина, обозначающая число блоков PRB подверженных коллизии.

Следовательно, для того чтобы найти среднее число коллизий, нужно найти математическое ожидание (МО) для данной СВ, при условии, что система находится в состоянии n := ( n1, n2 ).

Рассуждая логически, можно отметить, что максимальное число блоков PRB, подверженных

–  –  –

Вернемся к вычислению МО от сл, которое и даст нам среднее число каналов, подверженных коллизии. Чтобы найти вероятность того, что число каналов, подверженных коллизии, равно l ( { } P сл = l ) – надо разделить число возможных способов распределения вызовов по каналам, при

–  –  –

Следовательно, среднее число частотных каналов подверженных коллизии, равное МО от сл при условии, что система находится в состоянии n имеет вид:

lmax

–  –  –

каналов, подверженных коллизии равно l, для начала надо рассчитать число возможных способов распределения вызовов по каналам, притом, что имеется l число каналов с коллизией. Обозначим

–  –  –

где M ( n1, n2 ) – число коллизий в состоянии ( n1, n2 ) при j - схеме выбора свободных блоков j ( n1 + n2 ) PRB, а p ( n1, n2 ) - вероятность нахождения системы в данном состоянии.

Численный анализ показателей качества обслуживания пользователей услуги телефонии в сети LTE с перекрытием частот Для проведения вычислений была использована система компьютерной алгебры Mathcad, а также применялась интерактивная среда построения графиков с консольным интерфейсом управления – gnuplot. Исследуем влияние способа выбора блоков PRB на среднее число коллизий.

Исследуем случай, когда:

C = 100, R1 = R 2 = 2 0 C1 = C 2 = 80 C 0 = 60 b1 = 1 b 2 = 2,,,, Далее на основании уравнения (75) построим графики зависимости среднего числа блоков PRB, подверженных коллизии, от интенсивности предложенной нагрузки (см. рисунок 20). Для удобства построим графики обоих методов выбора свободных блоков на одной числовой прямой.

Стоит заметить, что среднее число коллизий не может быть больше 60, т.к. именно это количество блоков PRB расположено в зоне коллизии. Очевидно, что модель с упорядоченным выбором свободных блоков PRB является более выгодной для абонентов, потому что ее график расположен ниже, а следовательно его уравнение принимает меньшие значения по сравнению с уравнением графика, отражающего поведение модели со случайным выбором блоков PRB.

Рисунок 20 – Среднее число коллизий, зависящее от интенсивности нагрузки Модели схем разделения компонентных несущих между пользователями сети LTE с эластичным трафиком В системе LTE (3GPP Release 8 и 9) для масштабируемости и более гибкого использования частотного спектра ширина частотных каналов не была жестко зафиксирована (до 20 МГц). В отличие от LTE система LTE-Advanced должна поддерживать более широкий диапазон частот (до 100 МГц). Принцип агрегации базовых частотных каналов, называемых компонентными несущими (CC), для формирования широкополосных каналов в системе LTE-Advanced позволяет удовлетворить требования МСЭ и 3GPP к суммарной ширине полосы канала до 100 МГц и пиковой скорости передачи данных до 1 Гбит/с, а также обеспечивает совместимость с системой LTE Release 8 и гибкое использование выделенного спектра. Отметим, что компонентные несущие необязательно должны быть смежными. Рассматриваются два метода балансировки нагрузки по компонентным несущим. Метод выделения пользователю всех СС агрегирует все компонентные несущие в единый логический канал. Такой метод оптимально распределяет нагрузку и, таким образом, достигается наилучшая производительность. Агрегирование компонентных несущих поддерживается только с 10-го релиза 3GPP, т.е. только для систем LTE-Advanced.

Основная идея балансировки нагрузки методом RR (Round Robin) с прикреплением пользователя к одной компонентной несущей состоит в том, что вновь поступивший в систему пользователь прикрепляется к той СС, которая меньше всех загружена. В случае, когда наименьшая нагрузка приходится на несколько компонентных несущих, вновь поступивший пользователь прикрепляется к одной из них равновероятно.

–  –  –

несущих с пиковой скоростью передачи данных Ci, i = 1, n. Если для балансировки нагрузки используется метод выделения пользователю всех компонентных несущих, то для вычисления стационарных вероятностей можно в полной мере воспользоваться формулами (77) и (78) и (79) n обозначив C = Ci.

i =1

–  –  –

которых вновь поступивший пользователь может быть прикреплен к i -й СС с ненулевой вероятностью, а подпространство Si - множество состояний, при которых вновь поступивший

–  –  –

обозначим множество блокировок SB = {k S : k• = v} и получим = p(k ) k S B. (83) Сравнительный анализ методов балансировки нагрузки по критериям пропускной способности сети и оборудования пользователя При сравнении рассмотренных методов балансировки нагрузки на компонентные несущие учитывались два критерия: суммарная пропускная способность сети и средняя пропускная способность на пользователя.

Суммарная пропускная способность сети вычисляется по формуле (84), а средняя пропускная способность на пользователя по формулам (85) и (86) для метода выделения пользователю всех СС и балансировки методом RR с прикреплением пользователя к одной компонентной несущей соответственно.

–  –  –

Рисунок 22 – Зависимость пропускной способности соты от предложенной нагрузки На рисунке 23 показана зависимость пропускной способности соты от предложенной нагрузки. График показывает, что пропускная способность системы практически инвариантна относительно методов балансировки нагрузки, только при сильных перегрузках ( 1 ) проявляется небольшое преимущество ( 0,2%) метода выделения всех компонентных несущих каждому пользователю. А значит, то же самое можно сказать и про вероятность блокировки системы.

Рисунок 23 – Зависимость средней пропускной способности на одного пользователя от предложенной нагрузки На рисунке 23 представлена зависимость пропускной способности на одного пользователя от предложенной нагрузки. На графике видно, что метод выделения всех CC пользователю позволяет достичь очень весомого улучшения (200 - 300%) этого параметра эффективности при низких и средних нагрузках. Однако выгода от применения этого метода уменьшается с увеличением нагрузки, и при сильных перегрузках исчезает полностью.

Тема 3.4.

Модель схемы повторного использования частот с выделением граничной зоны соты В данном разделе исследуется одна из задач статической диспетчеризации радиоресурсов, возникающая при разработке спецификации LTE-Advanced. В ходе тестовых запусков, было зафиксировано ухудшение различных показателей качества в случае возникновения взаимных помех между соседними сотами. Схема повторного использования частот SFR, предложенная компаний Huawei, была одобрена в качестве важного технического решения, позволяющего контролировать возникающие помехи. Исследуется аналитическая модель соты сети LTEAdvanced, функционирующая по схеме SFR. Целью исследований было построение математической модели соты сети LTE-Advanced, в терминах теории массового обслуживания, и получение вероятностно-временных характеристик предложенной системы, функционирующей по схеме SFR с различными вариантами разделения частотного ресурса. Для построения аналитической модели используются методы математической теории телетрафика. Для решения системы уравнений равновесия применяются методы Гаусса и последовательной верхней релаксации SOR (Successive Cover-Relaxation).

–  –  –

Важным с точки зрения оценки эффективности функционирования системы является параметр, характеризующий среднее количество занятых ресурсных блоков на соте сети LTEAdvanced.

Для предложенной модели коэффициент использования UTIL единиц канального ресурса (в рассматриваемой модели ресурсный блок LTE) рассчитывается по следующей формуле:

UTIL(g) = (, )Г( )(i + j) (i, j). (104) Учитывая сделанные предположения и введенные понятия, модель соты сети LTE-Advanced для схемы SFR в терминах теории массового обслуживания схематически представлена на рисунке 25.

В рассматриваемой модели количество ресурсных блоков RB выделенных для граничных пользователей gявляется параметром, который существенно влияет на введенные характеристики системы.

–  –  –

( 1,0) + ( + 1) ( + 1,0) + (, 1) () ( ) ( ). (106)

–  –  –

(0, 1) + ( + 1) (0, + 1) + (1, ) () ( ) ( ). (107)

–  –  –

( 1, ) + ( + 1) ( + 1, ) + () ( ). (108) + (, 1) + ( + 1) (, + 1) () ( )

–  –  –

(0, 1) + (1, ) () ( ). (109)

–  –  –

( 1,0) (). (110)

–  –  –

( 1, ) + (, 1) + () (). (111) +( + 1) ( + 1, ) ()

–  –  –

( 1, ) + ( + 1, 1) + () (). (112) + (, 1) ()

–  –  –

( 1, ) + (, 1) + () (). (113) + ( + 1, 1) ()

–  –  –

На втором шаге алгоритма итеративно решаются вышеуказанные уравнения SOR до тех пор, пока стационарное распределение вероятностей не будет удовлетворять условию сходимости или число итераций превысит 1000. Следует отметить, что предложенный метод SOR дает приближенные результаты с высокой точностью. Для проверки полученных результатов используется метод Гаусса с выбором главного элемента по столбцам. После получения искомого стационарного распределения вероятностей, на 3 шаге алгоритма, рассчитываются вероятности блокировок и коэффициент использования ЕКР для каждого значения 1.

Анализ вероятностей блокировок вызовов в соте сети LTE-Advanced Для анализа функционирования рассматриваемой модели организуется вычислительный эксперимент по расчету вероятностей блокировок вызовов и расчета коэффициента использования ЕКР для различных вариантов разделения частотного ресурса соты сети LTE-Advanced, функционирующей по схеме SFR. В качестве исходных параметров для описания соты были взяты типовые показатели производительности, представленные в таблице 12.

Таблица 12. – Характеристики соты сети LTE-Advanced

–  –  –

Полагаем, что общая ширина канала в рассматриваемой соте LTE-Advanced составляет 3 МГц. При указанных настройках и использовании модуляции 16-QAM пиковая пропускная = 13 – часть способность достигает 20,6 Мбит/с. Число доступных ресурсных блоков составляет общего количества РБ резервируется для канала управления PDSCH и индикаторного канала гибридной процедуры повторного запроса PHICH (Physical Hybrid ARQ Indicator Channel). В предложении компании Huawei говорится, что оптимальное соотношение между граничной и центральной областью для схемы SFR составляет 1/3. Таким образом, вероятность поступления = 1/3 и вероятность поступления вызова от граничного вызова от внутреннего пользователя =1 = 2/3. Число поднесущих в соте достигает 180 единиц. Нагрузочные пользователя параметры для численного эксперимента представлены в таблице 13.

Таблица 13. – Нагрузочные параметры

–  –  –

При использовании схемы SFR параметрами, которые существенно влияют на показатели качества функционирование системы, являются размер граничной области и число граничных ресурсных блоков g. Как упоминалось раннее, в предложении компании Huawei оптимальной считается граничная область, равняя 1/3 от общей зоны покрытия соты сети. При этом граничным пользователям выделятся половина доступных ресурсных блоков LTE-Advanced. При этим формального доказательства оптимальности указанной настройки соты сети не было представлено.

Предложенная модель позволяет проанализировать показатели качества изолированной соты сети LTE-Advanced для различных вариантов параметра gи размера граничной области.

В результате работы алгоритма 1 для предложенной модели соты сети LTE-Advanced с указанными исходными данными были рассчитаны искомые ВВХ.

На рисунке 26 представлен график зависимости вероятности блокировок граничных ( ) от изменения доступных ресурсных блоков = пользователей и предложенной нагрузки /. Как видно из графика с увеличением нагрузки вероятность блокировки граничных вызовов увеличивается быстрее для небольших значений. При минимальной нагрузке с увеличением происходит резкое уменьшение вероятности блокировки, т.е. когда система не перегружена при выделении граничным пользователем большего количества ресурсных блоков, вероятность блокировки таких вызовов будет минимальной. Такой эффект достигается из-за большего приоритета граничных пользователей на доступные Р При больших нагрузках вероятность блокировки практически не изменятся относительно.

–  –  –

g Рисунок 28 – График изменения коэффициента использования ЕКР Таким образом, предложенная модель позволяет проанализировать показатели качества изолированной соты сети LTE-Advanced для различных вариантов параметра и размера граничной области. Минимальные значения всех типов блокировок достигаются, когда большая часть ресурсов отводится граничным пользователям. Следует отметить, что данное утверждение справедливо только для модели изолированной соты сети, где не учитывается влияние соседних сот.

Тема 3.5.

Модель гетерогенной сети с двумя типами узлов: базовая станция и ретрансляционная станция В этом подразделе проводится анализ модели функционирования гетерогенной сети LTE для нисходящего канала с двумя типами узлов: базовой станцией и ретрансляционными станциями (РС); и построение её модели в виде многолинейной системы массового обслуживания (СМО) сложной структуры в дискретном времени, анализ различных алгоритмов предоставления частотновременных ресурсов (ЧВР) РС. В работе применен комплексный подход, заключающийся в использовании методов теории массового обслуживания, математической теории телетрафика, имитационного моделирования. Разработанная модель гетерогенной сети позволяет анализировать различные схемы распределения ресурсов внутри соты сети LTE и оптимизировать распределение ограниченного числа радио ресурсов между пользователями.

Модель функционирования гетерогенной сети LTE для нисходящего канала Данный раздел посвящен разработке аналитической модели функционирования гетерогенной сети LTE для нисходящего канала. Рассмотрим функционирование соты гетерогенной сети связи, построенной на базе технологии LTE. В качестве основы для дальнейшего исследования будем рассматривать полу-распределенную схему использования ресурсов, при одной БС и РС,. Кадр нисходящего канала, в течение которого происходят возможные передачи пакетов в рассматриваемой соте, разбиты на ЧВР. Все ЧВР каждого кадра распределяются между БС и РС для передачи пакетов в направлении МС. В предлагаемой далее в качестве модели СМО будем в качестве заявки рассматривать пакет, а в качестве прибора – один ЧВР. Таким образом, один кадр нисходящего канала соответствует приборам в СМО, которые могут обслуживать заявки в течение периода времени, равного одному кадру.

Будем считать, что в соту поступают заявки + 1 типов. Заявка -го типа ( -заявка) должна быть передана на одну из МС, находящихся в зоне обслуживания БС при = 0, или – в зоне обслуживания -й РС (далее – РСk) при = 1,. Поступающие на БС новые заявки и на РС со стороны БС буферизуются в буферном накопителе БС или РС, соответственно. Будем полагать емкость БН БС (далее – БН0) равной r0,, и емкость БН РСk (далее – БНk) равной rk,, = 1,. При этом будем считать, что поступившие заявки, которым не хватило мест для буферизации, теряются, не возобновляются и не оказывают влияния на дальнейшее функционирование системы. Наконец, заметим, что обслуживаемая заявка занимает одно место в БН.

Будем рассматривать функционирование системы в дискретном времени с тактом постоянной длины, равным длительности одного кадра в сети LTE. Разделим ось времени на такты и примем, что все изменения в системе происходят лишь в моменты = 1,2,.... Для, определенности будем считать, что n-й такт есть полуинтервал [nh, (n+1)h).

В СМО будем предполагать следующую последовательность событий, происходящих за -й такт (в момент ):

окончание обслуживания заявок на приборах РСk и освобождение мест, занимаемых • этими заявками, в БНk ;

окончание обслуживания заявок на приборах БС;

• поступление заявок, ориентированных на РС, с приборов БС в БН РС, и освобождение • мест в БН БС, занимавшихся обслуженными заявками;

поступление новых заявок в БН БС;

• перераспределение S приборов между БС и РС;

• фиксация состояния.

• Временная диаграмма, соответствующая последовательности событий изображена на рисунке 29.

Пусть 0,1, число поступлений групп заявок за n-й такт, причем все 0, –,, независимые одинаково распределенные случайные величины с производящей функцией (ПФ) A z = Mz = 1-a + az, z 1, a = P = 1, 0 a 1, n 0. (115) Число заявок в поступившей группе является независящей от СВ с ПФ G z = Mz = g z, z 1, G 1 = 1, g = P{ = i}, n 0. (116) Таким образом, поступающий поток является геометрическим групповым GeomG, поскольку период времени между поступлениями групп имеет геометрическое распределение со средним 1/, и характеризуется ПФ A(G(z)) = 1-a + aG(z) = a z, z 1, a = a = 1-a, a = ag, i 1. (117) nh (n-1)h (n+1)h

–  –  –

индекса означает полную сумму переменной по этому индексу. C физической точки зрения будем считать, что 0-заявка соответствует пакету, предназначенному для передачи МС данной БС, а заявка – для передачи в направлении РСl, = 1,. Таким образом, поступающий на СМО поток является ( + 1)-мерным групповым геометрическим.

Функционирование соты предполагает, что поступающие пакеты могут быть различной длины и требовать для передачи нескольких ЧВР. Соответственно, в СМО в общем случае обслуживание заявки должно быть описано случайным законом распределения, например, геометрическим законом распределения длительностей обслуживания заявок. Однако, на начальном этапе в целях упрощения моделирования будем рассматривать детерминированный закон с длительностью обслуживания заявки, равной одному такту. В дальнейшем, планируется провести исследование предложенной СМО с геометрическим распределением длительностей обслуживания заявок.

Исходя из сделанного предположения о функционировании системы, каждая заявка обслуживается в течение одного такта, после чего освобождает прибор и занимаемое во время обслуживания место в БН. Для введенной СМО можно использовать, таким образом, мнемоническое обозначение, модифицированное с учетом более сложной структуры: =. Обозначение указывает на то, что число приборов для обслуживания 1 dif = = • • заявок в БНk, = 0,, меняется в каждом такте, в совокупности составляя число S, что позволяет учесть и исследовать различные алгоритмы распределения ресурсов ЧВР в физической системе.

Структура предлагаемой СМО приведена на рисунке 30. Для упрощения описания, подсистему рассматриваемой СМО, образованную из приборов и буферного накопителя БН0, относящихся к БС, будем обозначать СМО0. При этом, группу приборов в СМО0, выделенную для обслуживания заявок будем обозначать Пk, = 0,. Аналогично, приборы и БНk, относящиеся к РСk, обозначим СМОk, а приборы в СМОk будем обозначать ПK+k, = 1,.

–  –  –

соответственно), и K+1 типами поступающих заявок Система уравнений равновесия для однородной цепи Маркова, моделирующей функционирование соты LTE

–  –  –

min min r0 ' = x0 s• s0 (Оставшееся число заявок в БН0 с учетом числа обслуженных 0-заявок и суммарного числа 4 обслуженных заявок приборами П1,... Пk в СМО0, с учетом того, что заявки, обслуженные приборами ПК+1,...,ПК+k в СМО1,,СМОK восполнятся в том же объеме в БН1,.., БНk, поступив из СМО0)

–  –  –

k =1 7 (Оставшееся число заявок в БН0 с учетом числа обслуженных 0-заявок и суммарного числа обслуженных заявок приборами П1,... Пk в СМО0 при изменении x k числа заявок в БНk на q k единиц)

–  –  –

(Число заявок, поступивших на Пk, которым не хватило мест для буферизации в БНk с учетом изменения x k числа заявок в БНk на q k единиц. Данные заявки не входят в число k -заявок, восполняющих БНk до x k после обслуживания приборами ПК+k в СМОk, и рассматриваются

–  –  –

(Пространство состояний, состоящее из состояний, при которых число приборов Пk в СМО0 превышает число обслуженных заявок в СМОk за такт с учетом изменения x k числа заявок в БНk на q k единиц. Данное условие гарантирует получение x k числа заявок в БНk в СМОk после фиксации состояния в конце такта)

–  –  –

(Вероятность поступления числа заявок для сохранения статус-кво за такт, когда система не пуста. Следует отметить случай, когда x 0 в БН0 совпадает с r0, при котором в СМО0 поступают заявки, которые теряются, не оказывая действия на функционирование системы)

–  –  –

(Вероятность поступления числа заявок, восполняющих покинувшие СМО заявки для всех qk до состояния x. Аналогично, рассматривается случай, когда x 0 в БН0 совпадает с r0, при котором в СМО0 поступают заявки, которые теряются, не оказывая действия на функционирование системы) Теорема 1. Стационарное распределение вероятностей x, x X, находится из системы уравнений равновесия (СУР):

Похожие работы:

«НРАВСТВЕННО ЛИ НЕ ПЛАТИТЬ НАЛОГИ Роберт У. МакГи, Университет Барри, Флорида, США РЕЗЮМЕ Не так давно Римская католическая Церковь выпустила пересмотренный катехизис, который причисляет уклонение от налогов к числу грехов. В первой части статьи рассматриваются аргументы в пользу того,...»

«ИнструкцИя по применению дезинфицирующего средства "ИнцИДИн ЭкстрА н" ИНСТРУКЦИЯ № ИЭН-09/11 по применению дезинфицирующего средства "Инцидин Экстра Н" Москва, 2011г. ИНСТРУКЦИЯ № ИЭН-09/11 По применению дезинфицирующего средства "Инцидин Экстра...»

«Материалы для организации информационно-разъяснительной работы по подготовке к государственной итоговой аттестации по образовательной программе среднего общего образования в общеобразовательных организациях Краснодарского края на 2014-15 учебный год СОДЕРЖАНИЕ Проведение информационно...»

«ООО "АГ ИНЖИНИРИНГ" ТМ УСТРОЙСТВО ОХРАНЫ ПЕРИМЕТРОВ "БАГУЛЬНИК М" ДАТЧИК РЕГИСТРАЦИИ ПРЕОДОЛЕНИЯ ЗАГРАЖДЕНИЙ ТМ "БАГУЛЬНИК М" Индекс: 2ДИ(ТГП) РУКОВОДСТВО ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ АНВЯ.426444.004 РЭ г. Москва 2012 г. СОДЕРЖАНИЕ 1. Введение 3 2. Назначение изделия 3 3. Принцип работы 4 4. Основные возможности...»

«Глава 4. Напряжения и деформации НАПРЯЖЕНИЯ Горные породы в естественном залегании находятся под воздействием сил различной природы. По месту своего приложения эти силы могут быть поверхностными и объемными. Поверхностные силы возникают за пределами р...»

«Вопросы и ответы 1 Версия 141222 Содержание Подключение Способ устранения 3 Как установить устройства Music Flow? 21 Маршрутизатор был заменен, однако устройство Music Flow не 3 В каких случаях при установке следует пользоваться кабелем? отображается. 4 Как следует подкл...»

«ПРЕДПРИЯТИЕ ГОСКОРПОРАЦИИ "РОСАТОМ" Открытое акционерное общество "Российский концерн по производству электрической и тепловой энергии на атомных станциях" (ОАО "Концерн Росэнергоатом") УТВЕРЖДАЮ Первый заместитель Генерального директора В.Г. Асмолов "_" 2012 Стандарт организации СТО 1.1.1....»

«6 Скрэтч анализ формирования подповерхностных слоев при трении термообработанной стали Шевеля В.В.,*, ** Олександренко В.П.,** СКРЭТЧ АНАЛИЗ ФОРМИРОВАНИЯ Трытек А.С.,* ПОДПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ Coкoлaн Ю.C.** ПРИ ТРЕНИИ ТЕРМООБРАБОТАННОЙ * Жешувская политехник...»

«DDD & TDD Прочитать статью на сайте Disclaimer Все ниже написанное специально упрощено и показывает, как с этим начать работать, всем давно практикующим специалистам просьба не быть строгим к словам. Магические аббревиатуры DDD – Domain Driven Design, если совсем вкратце, то это...»

«Министерство образования Республики Беларусь Учебно-методическое объединение по гуманитарному образованию УТВЕРЖДАЮ / ' Первьій заместитель Министра образования Ресг^лшси Беларусь • А. и. Жук ' ЛА...»

«Анализ функционирования системы менеджмента качества ФГБУ "Авиаметтелеком Росгидромета" за 2015 год Москва 2016 г. Анализ функционирования системы менеджмента качества ФГБУ "Авиаметтелеком Росгидромета" В Федеральном государственном бюджетном учреждении "Главный центр информационных технологий и мет...»

«Договор № _ от"_" _ 20_год Договор № г. Омск "_" _ 20_год Общество с ограниченной ответственностью Международная группа компаний "Континент Лоджистикс СФД", именуемое в дальнейшем "Исполнитель", в лице Директора Коршунова Алексея Владимировича, действующего на основании Устава, с одной стороны, и...»

«Авторский коллектив Кудрявцев Б.П., Слепушкин В.Д., Шабанов В.Е., Мирошниченко А.Г. ТРАВМАТИЧЕСКИЙ ШОК Введение С французского слово "choc" переводится как удар. Это понятие характеризует экстремальное состояние, возникающее в результате чрезвычайного по силе или продолжительности действия в связи с че...»

«ШшшШЖШШЖ: Ш-. т УШХЗЧ Л V-W* ''•••• €'-л \lov^ l o — /SO пторой } Y ' i ' i i W!.'!!::\i;i!Ci-'l;:! С;ллД Cni:-'i'OiC;r'., \irui i4'!io,'i( •.)•(;; и !)::Д'лс.'ю:'0!; !\;!.'.;iXi.i;i;i;. !.Л Л. ' /1..i /.• Л. /.'..!i( (.:•:. -И.:..!. •(' Л IIMI MI: ПОДХОДЫ К ДН.Л1 'IIOCIIIKI: U дочиним гшжлчг.с.тш.икич онумип и 11Г1МГ11ГШ1Г КРЛТКОВРГ.Л11 IIIID...»

«ООО "УРАЛСОФТ" ПРОМЫШЛЕННАЯ АВТОМАТИЗАЦИЯ Россия, 620042, Екатеринбург, ул. Уральских рабочих, 44, офис 2 Официальный партнер департамента "Automation & Drives" фирмы "SIEMENS" ИНН 6660134820, код по ОКПО 52306748, код по ОКОНХ 14333, 14965, 66000, 95300....»

«Правила Программы лояльности "МТБанк-Корона" утверждены протоколом Правления ЗАО МТБанк" 20.07.2016 №39 новая редакция утверждена протоколом Правления ЗАО МТБанк" 01.03.2017 №23 Настоящие правила Программы лояльности "МТБанк-Корона" (далее – Правила) определяют порядок предоставления клиентам в рамка...»

«ДМИТРИЙ СКЛЯРОВ ИСКУССТВО ЗАЩИТЫ И ВЗЛОМА ИНФОРМАЦИИ САНКТ-ПЕТЕРБУРГ БХВ-ПЕТЕРБУРГ Содержание Посвящается 1 Введение 3 ЧАСТЬ I. КОМУ НУЖНА ЗАЩИТА? 5 Глава ]. Общие сведения о защите информации 7 1.1. Что и от чего защищать 7 1.1.1. Характеристики информации 7 1.1.2. Угрозы безопасности 10 1.1.3. Потенциальный противник 11 1...»

«-IS ­ 15. Ма.ма.1а тата тухатнтн (тухатмш тунтн) дакан ре итрмр; унта епир '^аранса тмармр. Унта тухатмшсене, пу-авракансене, ынна псакансене, вёрсе суракансене, асамсене ыйтса айплаё. Ку ылхсемшн айпдакан шуйттансем хшё.тен пек, хш калта пек, хшё шапа пек, пит хруш, уса.т, и.темсёр. Тур ырлхпе всем ман ум...»

«expect: Скрипты для управления интерактивными процессами Don Libes Национальный институт стандартов и технологий libes@cme.nist.gov РЕЗЮМЕ: Современные оболочки обеспечивают минимальное управление (запуск, остановку и пр.) для программ,...»

«ПРАВИЛА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ИДЕНТИФИКАЦИОННОЙ КАРТЫ 1. ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ Банк – ОАО АКБ "РОСБАНК", его обособленные структурные подразделения (дополнительные / операционные офисы и фи...»

«ИНТЕГРАЦИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ В ЕВРОПЕЙСКОЕ ПРОСТРАНСТВО ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ: ПЕРВЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ПРИОРИТЕТЫ1 INTEGRATION OF THE REPUBLIC OF BELARUSINTO THE EUROPEAN HIGHER EDUCATION AREA: FIRST OUTCOMES AND PRIORITIES Валентина Симхович Valentina Simkhovich Аннотация В ста...»

«По вопросам продаж и поддержки обращайтесь: Астана +7(77172)727-132 Волгоград (844)278-03-48 Воронеж (473)204-51-73 Екатеринбург (343)384-55-89 Казань (843)206-01-48 Краснодар (861)203-40-90 Красноярск (391)204-63-61...»

«Российский государственный университет ПАО "Газпром" нефти и газа имени И. М. Губкина (Национальный исследовательский университет) Презентационные материалы онлайн-курса "Подземное хранение газа" ПАО "Газпром", РГУ нефти и газа имени И.М. Губки...»










 
2017 www.lib.knigi-x.ru - «Бесплатная электронная библиотека - электронные материалы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.