Управление частотно-территориальным планированием систем сотовой связи стандарта GSM

В свете усиленного развития систем радиосвязи общего пользования в мире, наиболее популярным и удобным с точки зрения его совершенствования является стандарт GSM. Перспективы развития этого стандарта рассматриваются с учетом того, что современный этап развития характеризуется глубокой конвергенцией телекоммуникационных и информационных сетей. Подвижная сотовая радиосвязь относится к наиболее динамичному и востребованному сектору рынка телекоммуникаций, уступая по темпам развития лишь Интернету[31]. Число пользователей стандарта GSM во всём мире сегодня насчитывает более 3,5 миллиардов человек, и продолжает стремительно увеличиваться с примерными темпами около 40 миллионов ежемесячно.

В настоящее время системы сотовой подвижной радиосвязи находятся на переломном этапе своего развития — этапе перехода от систем связи второго поколения к системам связи третьего поколения 3G (3rd Generation) или UMTS (Universal Mobile Telecommunications System — система мобильной связи третьего поколения).

Основным элементом стратегии плавного и безболезненного перехода к сетям 3G, является максимальное использование возможностей стандарта GSM (Global System for Mobile Communications — глобальная система мобильной связи) и его развитой инфраструктуры. Сети связи второго поколения GSM интенсивно модернизируются, технические возможности расширяются. Сети GSM, максимально приближенные по своим параметрам и функциям к сетям связи третьего поколения получили название сетей 2,5G и 2,75G. Однако, системные связи и закономерности функционирования ССС остались прежними — для систем второго поколения. Многие заявленные технические совершенствования стандарта GSM, ввиду ограниченности радиочастотного ресурса, фактически остаются только заявленными и на практике не подтверждаются. эффекторную каспазу-3. Взаимодействие каспазы-8 и прокаспазы-3 осуществляется через домены CARD (Caspase Recruitment Domain). Активация каспазы-3 ведет к клеточной гибели [10].

CD95L.

Каслаза-8.

Зффскгторные кяспазы +.

Апоптоз.

Рисунок) .1 — Схема апоитотической сигнализации через «рецепторы смерти» на примере системы Fas-FasL (из [10]).

Внутренняя индукция апоптоза осуществляется под действием различных внутрии внеклеточных стрессов, таких, как отсутствие ростовых факторов, гипоксия, повреждение ДНК, индукция онкогенов и др. В ряде случаев в ответ на повреждение ДНК, гипоксию, уменьшение содержания рибонуклеотидов в клетке, повреждение веретена деления, присутствие N0 и активацию онкогенов происходит накопление и активация в клетке белка р53, который может останавливать деление клеток и/или индуцировать апоптоз. р53 является фактором транскрипции и активирует экспрессию генов множества проапоптотических белков, включая гены белков семейства Bcl-2: bax, puma, поха и bid, что, в конечном счете, приводит к формированию пор во внешней митохондриальной мембране, вследствие чего резко снижается мембранный потенциал митохондрий и.

Методики построения топологии и частотного планирования, разработанные для сетей связи 2-го поколения, не позволяют полно раскрыть возможности стандарта GSM. Точность проведения расчётов для оценки эффективности функционирования системы связи недостаточна для того, чтобы эффективно проводить предварительное планирование таких систем.

Решение научных и технических проблем ССС невозможно без разработки новых и совершенствования существующих методов частотно-территориального планирования (ЧТП) и построения топологии сети. При принятии управленческих решений по развитию ССС необходимо применять новые алгоритмы поддержки принятия управленческих решений в сложных технических системах такого рода.

Таким образом, совершенствование, разработка новых методик построения элементов ССС и использования радиочастотного ресурса, совершенствование существующих методик частотного планирования, обработки информации и совершенствование системы поддержки принятия управляющих решений должны стать шагом в эволюционном развитии систем GSM к системам UMTS.

Вопросы повышения эффективности функционирования сетей сотовой связи, эффективности использования радиочастотного ресурса сейчас являются особенно актуальными, так как для дальнейшего развития сети и предоставления передовых услуг необходимо рассматривать иные организационные и технические подходы при реализации новых коммерческих проек-тов[17].

Научная новизна.

Научная новизна и теоретическая ценность работы в целом заключается в разработке вопросов управления радиочастотным ресурсом и повышении точности радиопланирования систем сотовой связи, необходимых для повышения эффективности функционирования системы. В том числе:

— методика частотно-территориального планирования (ЧТП) пространственным отделением частотных диапазонов (ПОЧД), отличающаяся от существующих методик применением межстандартного кластера без использования иерархии;

— методика расчёта затухания радиосигнала (РЗР), отличающаяся от существующих методик учётом его затухания в необозначенных на цифровых картах древесных насаждениях (ДН), впервые использующая сезонные различия в распространении радиоволн сотовой связи;

— алгоритм поддержки принятия решений руководящего персонала по расширению строящихся сетей сотовой подвижной радиосвязи или повышению эффективности работы построенных сетей, являющийся элементом системы поддержки принятия решений при проектировании и совершенствовании систем мобильной радиосвязи;

— алгоритм действий руководящего персонала по предотвращению отказов участков ССС при воздействии на сеть аварийных ситуаций или форс-мажорных обстоятельств, изменяющий архитектуру стационарной системы введением в её топологию подвижных базовых станций.

Объект исследования.

Объектом исследования является система сотовой связи со стационарной топологией и возможности по повышению эффективности её работы за счёт эффективного использования радиочастотного ресурса.

Цель и задачи работы;

Цель работы заключается в повышении эффективности функционирования современных ССС стандарта GSM за счёт новых подходов к планированию, использованию радиочастотного ресурса, а также системы поддержки принятия решений (СППР).

Основные задачи исследования:

— разработка методики эффективного использования выделенного радиочастотного ресурса на основе свойств совмещённой работы двух стандартов сотовой связи, позволяющей повысить эффективность эксплуатации существующих сетей сотовой связи;

— выявление причин появления ошибок в проектировании архитектуры ССС и разработка методики повышающей точность расчётов предварительного планирования ССС и алгоритма её использования средствами современной обработки информации;

— разработка алгоритма действий руководящего персонала по управлению устойчивостью ССС при воздействии форс-мажорных обстоятельств с помощью введения в стационарную топологию системы сотовой связи подвижных базовых станций (или объектов радиоэлектронных средств (РЭС)) и способа выделения радиочастотного ресурса для средств РЭС в этой ситуации.

Достоверность научных положений.

Для проводимых исследований в качестве основных первоисточников использовались материалы экспериментов, трудов опубликованных в период г интенсивного развития теории сотовой связи таких учёных как: В. И. Попов, В. Ю. Бабков, М. А. Быховский, В. А. Бесекерский, К. Весоловский, Е. П. Голубков, В. Е. Гмурман, Ю. А. Громаков, О. Н. Маслов, А. А. Марков, А. И. Плис, А. Феер, Y. Okumura. Основанием для формирования выводов явились материалы, рекомендованные для пользования в качестве учебных пособий, либо являющиеся нормативно-технической базой Российской Федерации.

Научные положения, выносимые на защиту.

— методика частотно-территориального планирования (ЧТП) пространственным отделением частотных диапазонов (ПОЧД), отличающаяся от существующих методик изменённой архитектурой размещения станций для двухстандартной сети GSM без использования иерархии;

— методика расчёта затухания радиосигнала (РЗР), отличающаяся от существующих методик учётом его затухания в необозначенных на цифровых картах древесных насаждениях (ДН), впервые использующая сезонные различия в распространении радиоволн сотовой связи;

— алгоритм поддержки принятия решений руководящего персонала по расширению строящихся сетей сотовой подвижной радиосвязи или повышению эффективности работы построенных сетей, являющийся элементом системы поддержки принятия решений при проектировании и совершенствовании систем мобильной радиосвязи;

— алгоритм действий руководящего персонала по предотвращению отказов участков ССС при воздействии на сеть аварийных ситуаций или форс-мажорных обстоятельств, изменяющий архитектуру стационарной системы введением в её топологию подвижных базовых станций.

Область применения результатов.

Областью применения результатов является структура сотовой подвижной радиосвязи стандарта GSM/DCS.

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

1. Пищин О. Н. Принципы организации частотного планирования в сетях мобильной связи на основе подвижных базовых станций./Дмитриев В.Н., Пищин О. Н., Сорокин A.JI. Принципы организации частотного планирования в сетях мобильной связи на основе подвижных базовых станций / Вестник Астраханского государственного технического университета. № 4(39). 2007.-С. 207−211.

2. Пищин О. Н. Принципы организации сетей мобильной связи па основе подвижных базовых станций./ Пищин О. Н., Дмитриев В. Н., Сорокин А. А. Принципы организации сетей мобильной связи на основе подвижных базовых станций. / Вестник Астраханского государственного технического университета. № 6(41).-Астрахань: Изд-во АГТУ. 2007.-С. 194−196.

3. Пищин О. Н. Способы организации высокоскоростных динамических сетей передачи информации с ограниченным временем задерж-ки./Дмитриев В.Н., Пищин О. Н., Сорокин А. А. Способы организации высокоскоростных динамических сетей передачи информации с ограниченным временем задержки / Научно-технические ведомости СПбГПУ. № 4−1(52). Санкт Петербург: Изд-во СПбГПУ, 2007.-С.131−135.

4. Пищин О. Н. Построение систем связи с динамической непериодической топологией./Дмитриев В.Н., Пищин О. Н., Сорокин А. А. Построение систем связи с динамической непериодической топологией / Инфоком-муникационные технологии (ИКТ). 2008, том 6, № 1- С. 34−39.

5. Пищин О. Н. Повышение эффективности использования радиочастотного ресурса в сетях сотовой подвижной радиосвязи./ Пищин О. Н., Дмитриев В. Н. Повышение эффективности использования радиочастотного ресурса в сетях сотовой подвижной радиосвязи / Научно-технические ведомости СПбГПУ. № 2−1(55). Санкт Петербург: Изд-во СПбТГУ. 2008. — С.35−39.

6. Пищин О. Н. Методика повышения точности расчётов радиопланирования сотовой подвижной радиосвязи / Журнал научных публикаций аспирантов и докторантов № 6 Июнь 2008. ISSN 1991;3087- С. 151−154.

7. Пищин О. Н. Управление устойчивостью системы подвижной радиосвязи общего пользования / Журнал научных публикаций аспирантов и докторантов. № 7 Июль 2008. ISSN 1991;3087- С184−185.

Публикации в других изданиях.

8. Пищин О. Н. Системы связи с динамической топологией сети./ Дмитриев В. Н., Пищин О. Н., Сорокин А. А. Системы связи с динамической топологией сети. (Монография) Инфокоммуникационные системы и технологии: проблемы и перспективы / СПб.: Изд-во Политехи., ун-та. 2007. 592 с. — (С. 59−118). ISSBN 5−7422−1664−5.

9. Пищин О. Н. Способы организации систем связи с подвижными базовыми станциями./ Сорокин А. А., Пищин О. Н., Дмитриев В. Н. Способы организации систем связи с подвижными базовыми станциями / Современные проблемы радиоэлектроники: Сб. научн. ст.- Красноярск: Сибирский федеральный ун-тПолитехнический институт, 2007.-690 с. — (С.292−294). ISSBN 978−57 638−0718−9.

10. Пищин О. Н. Способы организации высокоскоростных сетей передачи информации при помощи подвижных базовых станций./Дмитриев В.Н., Пищин О. Н., Сорокин А. А. Способы организации высокоскоростных сетей передачи информации при помощи подвижных базовых станций / Телекоммуникационные и информационные системы / Труды международной конф. СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2007.-512 с. — (С.139−143). ISSBN 5−7422−15 835.

11. Пищин О. Н., Дмитриев В. Н. Особенности моделирования сети подвижной радиосвязи с помощью «ONEPLAN RPLS» / Пищин О. Н., Дмит- - риев В.Н., Особенности моделирования сети подвижной радиосвязи с помощью «ONEPLAN RPLS» / Международная научная конференция «Математи- -ческие методы в технике и технологиях» ММТТ-21 сб. трудов XXI Между-нар. Науч. конф.: в 10 т. Т.7Секции 9,14/под общ. ред. В. С. Балакирева. Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2008.278 с. — (С240−242). ISBN 978−5-7433−19 282.

12. Пищин О. Н. Дмитриев В.Н. Оптимизация расчета сезонных потерь радиолиний сотовой подвижной радиосвязи./ Пищин О. Н., Дмитриев В. Н., Оптимизация расчета сезонных потерь радиолиний сотовой подвижной радиосвязи / X Всероссийская научно-техническая конференция с международным участием «Современные проблемы радиоэлектроники»: сб. науч. тр. /ред: А. И. Громыко, А. В. Сарафанов. — Красноярск: ИПК СФУ, 2008. — 498 с. — (С. 155−157). ISBN 978−5-7638−0777−6.

Апробация и внедрение результатов.

Основные результаты диссертации доложены и обсуждены на ежегодных научно-технических конференциях профессорско — преподавательского состава Астраханского государственного технического университета в период с 2006 года по 2008 год, на Всероссийских научных конференциях «Современные проблемы радиоэлектроники» (КГТУ, Красноярск 2007, 2008), на межд. научной конференции: «Проблемы развития естественных, технических и социальных систем» (ТРТУ, Таганрог 2007) — «Информационные и телекоммуникационные системы и технологии» (СПбГТУ, Санкт-Петербург 2007) — «ТЕЛЕКОМ-2007» (Ростовский филиал МТУ СИ, Ростов-на-Дону 2007) — «Математические методы в технике и технологиях ММТТ-21» (СГТУ, Саратов 2008).

Теоретические исследования диссертационной работы доведены до практически полезных результатов, к числу которых относятся:

1. Внедрение методики частотно-территориального планирования отделением частотных диапазонов в ЗАО «Астрахань GSM», которое рационализировало его использование в ССС, позволило при увеличении пропускной способности сети снизить уровень паразитной интерференции и добиться увеличения скорости передачи данных по каналам GSM.

2. Внедрение алгоритма принятия управляющих решений при решении задач ЧТП при временном локальном возрастании абонентской нагрузки при введении в её структуру подвижных объектов РЭС в ЗАО «Астрахань GSM» позволило изменять статичность сети в целях предоставления повсеместно доступа абонентов в ССС вне зависимости от форс-мажорных обстоятельств.

3. Внедрение методики корректировки расчётов, компенсирующей отсутствие полноты исходных данных, используемых при радиопланировании в ССС цифровых карт, позволило повысить обоснованность принятия управленческих решений при планировании сетей сотовой связи. Методика доступна более 70 пользователям программного продукта ООО «ИНФОТЕЛ» операторам сотовой связи Российской Федерации и компании Те1е2 (Швеция)).

Акты о применении результатов диссертационной работы приведены в Приложении № 6.

Структура и объём диссертации.

Работа состоит из введения, 5-ти глав и заключения. Содержит 178 страниц, в том числе 167 страниц текста, 64 рисунка, 38 таблиц, список литературы из 65 наименований и 38 страниц приложения.

Выводы по главе:

Система поддержки принятия решений, целью которой является помощь руководящему персоналу, принимающему решение в сложных для полного и объективного анализа областях деятельности, помогает определить оптимальное решение по совершенствованию функционирования системы и удержания её в состоянии равновесия при воздействии аварийных ситуаций или форс-мажорных обстоятельств.

1. Внедрение алгоритма применения методики РЗР в расчёт КПК «ONEGA», отвечающей за точность оценки выходных характеристик системы позволяет получить конечный набор правил, который определяет последовательность операций для решения конкретного множества задач обратной связи системы.

2. Алгоритм поддержки принятия управляющих решений руководящего персонала ССС по совершенствованию и развитию ССС позволяет обоснованно принять решения на этапе проектирования о возможности перестройки сети сотовой связи на основании расчета выходных характеристик системы, пользуясь современными методами обработки информации.

3. Алгоритм ввода подвижной базовой станции в стационарную топологию ССС предоставляет руководящему персоналу заблаговременную последовательность действий, направленных на получение определённого результата по удержанию ССС в состоянии равновесия за конечное число шагов в целях предотвращения сбоев в сети в связи с авариями или возможными форс-мажорными обстоятельствами. Критерий устойчивости ССС: Т г — 1 ор, а ус — стремиться к единице и не оказывает воздействия на снижение, А эффективности ССС. Задача минимизации Тор решается за счёт ввода подвижной базовой станции в стационарную топологию ССС.

4. Способ управления радиочастотным ресурсом стационарной ССС при введении в её топологию подвижной базовой станции позволяет без запроса дополнительного радиочастотного ресурса обеспечит подвижный объект РЭС необходимым временным ресурсом частотных назначений.

Заключение

.

Системный анализ существующих методик частотно-территориального планирования и общих особенностей (закономерностей) наращивания пропускной способности ССС показал, что для проведения её совершенствования недостаточно одного технического развития отдельных элементов системы, необходим комплексный подход.

Составными частями комплексного подхода являются изменение методик взаимосвязей, топологии построения и формирование алгоритмов новых внутренних связей совершенствуемой ССС.

1. Разработана методика ЧТП ПОЧД, позволяющая улучшить эффективность работы ССС посредством увеличения её канальной ёмкости до 200% и скорости ПД до 400%. Пропускная способность экспериментальной системы по сравнению с лучшим вариантом существующих систем показала такое преимущество новой методики как увеличение пропускной способности системы с точки зрения передачи данных до 4 раз.

2. Разработана методика, повышающая эффективность обратной связи системы за счёт увеличения точности проведения расчётов с использованием средств современной обработки информации и обоснованности принятия управленческих решений при планировании ССС в среднем от 15 до 25%, алгоритм её использования средствами современной обработки информации (рис. 6.1).

3. Разработан алгоритм поддержки принятия управляющих решений руководящего персонала при принятии решения на совершенствование ССС, использующий корректировку точности обратной связи системы.

4. Разработан алгоритм ввода подвижной базовой станции в стационарную топологию ССС, который предоставляет руководящему персоналу заблаговременную последовательность действий, направленных на получение определённого результата по удержанию ССС в состоянии равновесия за конечное число шагов в целях предотвращения сбоев в сети в связи с форс-мажорными обстоятельствами.

160 140 1″ 100 SO 60 40 20 использование стандартных моделей Точность расчётов DCS -¦- Точность расчётов G5M —it—Степень риска при план-ии совм. ССС.

Применениеновой модели.

Рис. 6.1 Показатели увеличения точности расчётов и снижения технического и финансового рисков при реализации различных проектов.

5. Разработан способ управления ЧР позволяющий снимать высокую нагрузку в местах проведения массовых мероприятий, где сеть со статической топологией не выдерживает внезапной нагрузки или временно нарушена по форс-мажорным обстоятельствам.

Выполненные исследования способствуют повышению эффективности ССС и качества обслуживания абонентов системы.