Моделирование качества обслуживания вызовов радиоинтерфейсом базовой станции

Современный период развития сетей мобильной связи в РК близок к периоду насыщения — количество абонентов мобильной связи превышает число пользователей фиксированной связи. Значительный дополнительный доход должны приносить новые мультимедийные услуги, для реализации которых требуется повышенная скорость передачи информации [1–2,6]. Подавляющее большинство абонентов в сетях сотовой связи в РК включены в системы стандартов GSM/GPRS (Global System for Mobile communications/General Packet Radio Service) диапазонов 900 МГц и 1800 МГц поколений 2G/2,5G, плавно переходящие на 3G и 4G. Задача определения показателей качества обслуживания в современных сетях мобильной связи является актуальной. В качестве объектов исследования в цифровых СПС-ОП могут рассматриваться радиоинтерфейсы отдельных базовых станций и различные сетевые элементы, пропускная способность которых оказывает существенное влияние на качество обслуживания вызовов в целом. Информационный поток в радиоинтерфейсе базовой станции передается с высокой скоростью и формируется в соответствии с техническими особенностями и возможностями конкретного цифрового стандарта подвижной связи.

Ресурс каналов радиоинтерфейса остается ограниченным, хотя общим свойством цифровых систем мобильной связи является рост числа каналов в радиоинтерфейсах базовых станций. Применительно к оценке показателей качества связи в радиоинтерфейсе стандартов технологий GSM можно сослаться на исследования Невдяева Л. М., Быховского М. А., Фомина А. Ф., Степановой И.В [5–7], но, к сожалению, при анализе цифровых систем мобильной связи не в полной мере учтено влияние мобильности пользователей в условиях роста мультимедийного трафика.

В основу проводимых исследований положены методы теории телетрафика и программирования [3–4]. На основании классификации Кендалла-Башарина [4] в качестве математической модели функционирования радиоинтерфейса базовой станции СПС с учетом группового характера обслуживания в мультимедийных сетях связи выбрана СМО вида MI/M/V/L, которая представлена на рисунке 1. Основной характеристикой качества установления соединения является вероятность потери вызова, поступающего от мобильных абонентов.

Используя методы теории телетрафика, составим следующую систему уравнений:

;    (1)

;

;

где P_i — вероятность занятости iканалов радиоинтерфеса базовой станции;

α_гр– интенсивность нагрузки, поступающей на пучок каналов;

V — общее число каналов в радиоинтерфейсе базовой станции;

P_V — вероятность потери вызовов;

ВстандартеGSM 900 скорость передачи цифрового речевого сигнала в канале TCH/FS равна 13 кбит/с. Для передачи данных используемых в оказании мультимедийных услуг или для обеспечения высокого качества передачи данных могут быть объединены несколько таких каналов: 13х4=52 кбит/с.

Обозначим величиной P_отк1 и P_отк4 вероятности того, что получит отказ вызов телефонии, поступающий на обслуживание и требующий для своего обслуживания один свободный канал и получит отказ в обслуживании мультимедийная услуга, требующая четыре канала для своего обслуживания соответственно. Величина P_отк1 будет равна вероятности того, что будут заняты все V каналов, когда величина P_отк4 будет равна вероятности того, что будут заняты более (V-4) каналов.

Рис. 1. Математическая модель функционирования радиоинтерфейса базовой станции СПС с учетом группового характера обслуживания в мультимедийных сетях связи

Программа, разработанная для решения системы уравнений для полнодоступного пучка каналов емкостью V=48 каналов, вероятности поступления одиночного и группового вызовов ф1+ф4=1 в радиоинтерфейсе базовой станции, блок-схема которой представлена на рисунке 2, выполнена с помощью программного обеспечения Borland Pascal 7.0. На рисунке 3 представлен фрагмент данной программы.

Рис. 2. Блок-схема программы расчета качества обслуживания радиоинтерфейсом базовой станции

Рис. 3. Фрагмент программы расчета качества обслуживания радиоинтерфейсом базовой станции

Таблица 1

Результаты решениясистемы уравнений для полнодоступного пучка каналов емкостью V=48 каналов, вероятности поступления одиночного и группового вызовов ф1+ф4=1 в программе BorlandPascal 7.0

Рис. 4. Результаты решения системы уравнений для полнодоступного пучка каналов емкостью V=48 каналов, вероятности поступления одиночного и группового вызовов ф1+ф4=1.

По оси х — интенсивность нагрузки, поступающей на пучок каналов;

по оси у — вероятность отказа в обслуживании.

Выводы

Из рисунка 4 видно, что объединение нескольких каналов в единый цифровой поток, выполняемое с целью снижения общего времени передачи информации, существенно повышает вероятность отказов в обслуживании групповой заявки.Результаты использования объединенных каналов трафика в системе стандарта GSM 900 уровня 2G, показало, что вероятность потерь по вызовам, требующим занятия группы из четырех каналов Р_отк4, и вероятность потерь по вызовам, требующим занятия одного канала Р_отк1, уменьшаются при увеличении интенсивности общего потока вызовов α_гр.

Литература:

1.      А. Б. Гольдштейн, Б. С. Гольдштейн. SOFTSWITCH//СПб.: BHV-2006.

2.      Б. С. Гольдштейн, H. A. Соколов, Г. Г. Яновский. Сети связи. Учебник для ВУЗов // СПб.: БХВ-Петербург, 2011.

3.      Афанасьев В. В., ДемчишинВ. И. Основные тенденции и игроки на.рынке NGN- инфраструктуры. Обзор NGN-концепций и продуктовой линейки NGN для сетей СПС от ведущих производителей телекоммуникационного оборудования //Технология и средства связи.- 2006. — № 6.-С.54–59.

4.      Ионин Г. Л., Седол Я. Я. Статистическое моделирование систем телетрафика: — М.: Радио и связь, 1982.

5.      Кудин А. В., Максименко В. Н. Оценка качества услуг пакетной-передачи данных в сетях сотовой подвижной связи // Мобильные системы. — 2003/- № 7.

6.      Невдяев Л. М. Мобильная связь 3-его поколения (под редакцией Горностаева Ю. М.), МЦНТИ ООО «Мобильные коммуникации», 2000.

7.      Степанова И:В. Проектирование сетей мобильной связи // Труды, МТУСИ: Сборник статей:-М.:-2004.