Методы оценки структурно-функционального построения концепции виртуального домашнего окружения в сетях подвижной связи 3G тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.12.13, кандидат технических наук Витченко, Алексей Александрович

• Витченко, Алексей Александрович
• кандидат технических наук
• 2003

Оглавление диссертации кандидат технических наук Витченко, Алексей Александрович

Основные обозначения и сокращения:.

ВВЕДЕНИЕ.

РАЗДЕЛ 1 Анализ принципов построения и функционирования сетей подвижной связи.

1.1 Этапы развития систем подвижной связи.

1.2 Услуги сетей подвижной связи. Концепция виртуального домашнего окружения. Сценарии реализации концепции VHE.

1.3 Задачи исследования и системный подход к их решению. д Выводы:.

РАЗДЕЛ 2 Разработка методов оценки вариантов структурно-функционального построения концепции виртуального домашнего окружения в сетях подвижной связи 3G.

2.1 Структурно-функциональное построение систем подвижной связи третьего поколения.

2.2 Разработка модели структурно-функционального построения концепции VHE.

2.3 Определение критерия оценки сценариев реализации концепции виртуального домашнего окружения.

2.4 Разработка метода расчета параметров нагрузки компонент подвижных сетей связи 3G, участвующих в реализации концепции VHE

Выводы:.

РАЗДЕЛ 3 Разработка методов оценки вероятностно-временных характеристик вариантов структурно-функционального построения концепции виртуального домашнего окружения.

3.1 Математическая модель реализации услуги в рамках концепции виртуального домашнего окружения.

3.2 Вероятностно-временные характеристики сценариев реализации концепции VHE.

3.3 Оценка времени затрачиваемого на доставку заявок между компонентами подвижных сетей связи третьего поколения, участвующих в реализации концепции VHE.

Выводы:.

РАЗДЕЛ 4 Имитационное моделирование реализации услуг в рамках концепции виртуального домашнего окружения.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Методы оценки структурно-функционального построения концепции виртуального домашнего окружения в сетях подвижной связи 3G»

Актуальность проблемы и состояние вопроса. Настоящий этап развития телекоммуникаций характеризуется интенсивной разработкой и внедрением в эксплуатацию систем подвижной связи третьего поколения (3G - Third Generation), которые смогут обеспечить своих пользователей более широким спектром дополнительных услуг по сравнению с сетями предыдущих поколений [4]. Начало разработки спецификаций на системы подвижной связи 3G было положено еще в 80-х годах, когда в рамках Международного союза электросвязи (ITU -International Telecommunication Union) был сформулирован проект "Перспективной сухопутной мобильной телекоммуникационной системы общего пользования" (FPLMTS - Future Public Land Mobile Telephone System). Спустя десять лет в результате сотрудничества ITU с ведущими мировыми институтами по стандартизации были одобрены технические спецификации для систем подвижной связи 3G как IMT-2000 (International Mobile Telecommunications 2000). Принятые ITU решения определили ряд фундаментальных подходов к реализации проекта IMT-2000. Первая в мире сеть подвижной связи 3G, соответствующая спецификациям IMT-2000, была запущена в коммерческую эксплуатацию в Южной Корее в октябре 2000 года. Дальнейшее развертывание сетей подвижной связи третьего поколения продолжилось в США, Японии и других странах мира. На начало марта 2003 во всем мире в коммерческой эксплуатации находилось уже более 40 сетей подвижной связи 3G, число абонентов которых, превысило 45 миллионов [79,80,81].

Основной задачей подвижных сетей связи третьего поколения, как и любых других телекоммуникационных сетей, является обслуживание абонентов с заданными критериями качества. В соответствии с рекомендациями сектора стандартизации в области телекоммуникаций Международного союза электросвязи (ITU-T - International Telecommunication Union Telecommunication Standardization Sector), Европейского института телекоммуникационных стандартов (ETSI -European Telecommunication Standars Institute) и партнерского объединения 3GPP (Third Generation Partnership Project) в сетях подвижной связи 3G, для обеспечения возможности своим абонентам пользоваться услугами "домашней" сети находясь за ее пределами - в "визитной" сети, вводится концепция виртуального домашнего окружения (VHE - Virtual Home Environment) [11,49]. Вышеуказанные рекомендации предусматривают множество вариантов структурно-функционального построения концепции VHE.

Поскольку существуют различные варианты структурно-функционального построения концепции VHE, то на этапе ее проектирования и развития возникает задача выбора того или иного варианта - сценария реализации концепции виртуального домашнего окружения. Для решения поставленной задачи необходимо обладать инструментом, позволяющим оценивать варианты структурно-функционального построения концепции VHE.

О важности этой задачи говорит и внимание, уделяемое ей разработчиками оборудования, проектировщиками и операторами подвижной связи, на страницах как отечественных, так и зарубежных печатных и электронных изданий. Но в большинстве публикаций, посвященных данной тематике, чаще приводятся только сами сценарии реализации концепции виртуального домашнего окружения и не делается их анализ [11,13,14,49,50]. В некоторых работах, варианты структурно-функционального построения концепции VHE оцениваются по объему передаваемой сигнальной информации [45]. При этом не уделяется внимание оценке влияния выбора того или иного сценария на качество реализации услуг, а значит и на степень удовлетворения этими услугами конечным пользователем.

Большое число возможных сценариев реализации концепции VHE, их сложность и сложность их аналитического описания, а также необходимость формализации вычислительных процедур требуют разработки методов оценки вариантов структурно-функционального построения концепции VHE.

Цель работы и задачи исследования. Целью работы является разработка методов оценки сценариев реализации концепции виртуального домашнего окружения в подвижных сетях связи третьего поколения, которые позволяют определить рациональный вариант структурного и функционального построения концепции VHE по критерию качества реализации услуг и заданных исходных данных. Основными задачами при этом являются: разработка модели структурно-функционального построения концепции VHE; разработка методов оценки сценариев реализации концепции виртуального домашнего окружения; расчет параметров нагрузки подвижных сетей связи третьего поколения, участвующих в реализации концепции VHE.

Научная новизна работы заключается в постановке задачи и новизне предмета исследования. При этом новыми результатами являются: модель структурно-функционального построения концепции VHE, отражающая взаимосвязь компонент подвижных сетей связи третьего поколения, участвующих в реализации этой концепции, и различные варианты распределения функций процесса реализации услуг; критерий оценки сценариев реализации концепции виртуального домашнего окружения; метод расчета параметров нагрузки подвижных сетей связи третьего поколения, участвующих в реализации концепции VHE, который позволяет определить интенсивность потока заявок на каждую компоненту; математическая модель реализации услуг в рамках концепции VHE; метод оценки времени, затрачиваемого на передачу заявок между компонентами подвижных сетей связи третьего поколения, которые участвуют в реализации концепции VHE; метод оценки сценариев реализации концепции виртуального домашнего окружения подвижных сетей связи третьего поколения.

Методы исследования. В основу проводимых исследований положены методы теории массового обслуживания, теории телетрафика, теории графов, а также работы В.И. Данилова, Н.С. Чагаева и некоторых других авторов, посвященные исследованию вопросов оценки качества обслуживания вызовов в стационарной телефонной сети. Экспериментальные исследования производились на основе метода имитационного моделирования на ЭВМ. Практическая ценность работы заключается в следующем: разработанные аналитические методы оценки сценариев реализации концепции VHE доведены до форм, пригодных для практического использования; полученные вероятностно-временные характеристики сценариев реализации концепции VHE могут быть использованы при реальном проектировании сетей подвижной связи 3G; разработанные имитационные модели дают возможность, наряду с аналитическими методами, производить оценку сценариев реализации концепции VHE.

Вклад автора в решение проблемы. Основные научные положения, теоретические и практические исследования, выводы и рекомендации получены автором самостоятельно. К ним относятся: метод оценки сценариев реализации концепции VHE; модель структурного и функционального построения концепции VHE; критерий оценки сценариев реализации концепции виртуального домашнего окружения; метод расчета параметров нагрузки подвижных сетей связи третьего поколения, участвующих в реализации концепции VHE; математическая модель реализации услуг в рамках концепции VHE; метод оценки времени, затрачиваемого на передачу заявок между компонентами подвижных сетей связи третьего поколения, участвующих в реализации концепции VHE; имитационные модели исследования вариантов структурного и функционального построения концепции VHE в сетях подвижной связи 3G.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы обсуждались и были одобрены на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава научных сотрудников и аспирантов Санкт-Петербургского государственного университета телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича (2002, 2003 гг.), международных телекоммуникационных симпозиумах "Белые ночи в Санкт-Петербурге" (2002, 2003 гг.). Имеются акты использования результатов диссертационной работы.

Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в материалах научно-технических конференций, международных симпозиумов, форумов и журналов - всего 12 работ.

К защите представлены следующие тезисы: задержка времени реализации услуги зависит от выбранного варианта структурно-функционального построения концепции виртуального домашнего окружения; при оценке качества реализации услуг необходимо учитывать структуру сетей, участвующих в реализации концепции VHE, распределение функций процесса реализации услуг между компонентами этих сетей, интенсивность потока заявок на каждую услугу, интенсивность потока заявок на каждую компоненту, дисциплину обслуживания заявок; реализация разработанных методов, для которых получены аналитические выражения и составлены имитационные модели, позволяет выбирать сценарий реализации концепции VHE по заданному критерию; при оценке конкретного варианта структурно-функционального построения концепции VHE возможно использование аналитических методов, метода имитационного моделирования, а также их сочетания.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения и одного приложения. Работа содержит 164 страницы текста, включая 37 рисунков, 10 таблиц и библиографический список из 92 наименований.

Заключение диссертации по теме «Системы, сети и устройства телекоммуникаций», Витченко, Алексей Александрович

Выводы

1. На основании проведенного анализа функционирования сетей подвижной связи 3G разработана имитационная модель оценки времени реализации услуг в рамках концепции VHE.

2. Разработанная имитационная модель позволяет оценивать различные варианты структурно-функционального построения концепции VHE по критерию качества реализации услуг.

3. Сопоставление расчетных и экспериментальных результатов показывает, что при оценке вариантов структурно-функционального построения концепции VHE возможно использование аналитических методов, метода имитационного моделирования, а также их сочетания.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании теоретических и экспериментальных исследований в работе:

1. Произведен анализ структурно-функционального построения сетей подвижной связи 3G.

2. Разработана модель структурно-функционального построения концепции VHE в виде древовидного графа, которая позволяет исследовать концепцию VHE с учетом подчиненности и взаимосвязи подсистем и компонент подвижных сетей 3G, участвующих в ее реализации.

3. Определен критерий оценки вариантов структурно-функционального построения концепции виртуального домашнего окружения - качество реализациии услуг.

4. Разработан метод расчета параметров нагрузки подвижных сетей связи третьего поколения, участвующих в реализации концепции VHE, позволяющий определить интенсивность потока заявок на каждую компоненту.

5. Разработана математическая модель реализации услуг в рамках концепции VHE.

6. Получены выражения для функции распределения времени реализации услуги и его среднего значения, что позволяет производить выбор варианта структурно-функционального построения концепции VHE, обеспечивающего заданное качество реализации услуг.

7. Получены выражения для оценки среднего времени, затрачиваемого на доставку заявок между компонентами подвижных сетей связи 3G, участвующих в реализации концепции VHE.

8. На основании полученных результатов может быть сделан выбор в пользу того сценария реализации концепции VHE, который бы при прочих равных условиях удовлетворял нормам ITU-T и обеспечивал наименьшую задержку времени реализации услуг. В случае, если необходимо привести какой-либо из исследуемых сценариев реализации концепции VHE в соответствие с этими нормами, полученные результаты также позволят выработать рекомендации по изменению соответствующих характеристик компонент таким образом, чтобы заданное качество реализации услуг было достигнуто. 9. Разработаны и реализованы на ЭВМ имитационные модели реализации услуг в рамках концепции виртуального домашнего окружения, позволяющие наряду с аналитическими методами выбирать сценарий реализации концепции VHE по критерию качества реализации услуг.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Витченко, Алексей Александрович, 2003 год

1. Данилов В.И. Сотовые телефонные сети стандарта GSM // СПб ГУТ-СПб, 1996.

2. Громаков Ю.А. Стандарты и системы подвижной радиосвязи // М.: Эко-Трендз, 2000.

3. Афанасьев В.В., Горностаев Ю.М. Эволюция мобильных сетей // М.: Мобильные коммуникации, 2001.

4. Невдяев JI.M. Мобильная связь 3-го поколения // М.: МЦНТИ, 2000.

5. Гольдштейн Б.С. Сигнализация в сетях связи // М.: Радио и связь, 2001.

6. Гольдштейн Б.С., Ихриель И.М., Рерле Р.Д. Интеллектуальные сети // М.: Радио и связь, 2000.

7. Гольдштейн Б.С., Пинчук А.В., Суховицкий A.JI. IP-Телефония // М.: Радио и связь, 2001.

8. Кох Р., Яновский Г.Г. Эволюция и конвергенция в электросвязи // М.: Радио и связь, 2001.

9. Соколов Н.А. Эволюция местных телефонных сетей // Пермь: ТОО "Книга", 1994.

10. Ю.Олифер В.Г.,Олифер Н.А. Компьютерные сети // Санкт-Петербург: Питер, 1999.

11. Framework for IMT-2000 networks // ITU-T Recommendation Q.1701, 1999.

12. Long-term vision of network aspects for systems beyond IMT-2000 // ITU-T Recommendation Q.1702, 2002.

13. Network functional model for IMT-2000 // ITU-T Recommendation Q.1711, 1998.

14. Information flows for IMT-2000 capability set 1 // ITU-T Recommendation Q.1721, 2000.

15. Radio-technology independent requirements for IMT-2000 layer 2 radio interface // ITU-T Recommendation Q.1731, 2000.

16. IMT-2000 references to release 1999 of GSM evolved UMTS core network with UTRAN access network // ITU-T Recommendation Q. 1741.1, 2002.

17. International Mobile Telecommunications-2000 (IMT-2000) // ITU-R Recommendation M.687, 1997.

18. Framework for services supported on International Mobile Telecommunications-2000 (IMT-2000) // ITU-R Recommendation M.816, 1997.

19. International Mobile Telecommunications-2000 (IMT-2000). Network architectures // ITU-R Recommendation M.817, 1992.

20. Satellite operation within International Mobile Telecommunications-2000 (IMT-2000) // ITU-R Recommendation M.818, 1994.

21. Framework for the radio interface(s) and radio sub-system functionality for International Mobile Telecommunications-2000 (IMT-2000) // ITU-R Recommendation M. 1035, 1994.

22. Performance and quality of service requirements for International Mobile Telecommunications-2000 (IMT-2000) // ITU-R Recommendation M.l 079, 2000.

23. Framework for the satellite component of International Mobile Telecommunications-2000 (IMT-2000) // ITU-R Recommendation M.l 167, 1995.

24. Frame work of International Mobile Telecommunications-2000 (IMT-2000) // ITU-R Recommendation M.l 168, 1995.

25. Evaluation of security mechanisms for IMT-2000 // ITU-R Recommendation M.l223, 1997.

26. Vocabulary of terms for International Mobile Telecommunications-2000 (IMT-2000) // ITU-R Recommendation M.1224, 1997.

27. Guidelines for evaluation of radio transmission technologies for IMT-2000 // ITU-R Recommendation M.l225, 1997.

28. Framework for modularity and radio commonality within IMT-2000 // ITU-R Recommendation M. 1311, 1997.

29. Methodology for the calculation of IMT-2000 terrestrial spectrum requirements // ITU-R Recommendation M.l390, 1999.

30. Methodology for the calculation of IMT-2000 satellite spectrum requirements // ITU-R Recommendation M.1391, 1999.

31. Introduction to CCITT Signalling System No. 7 // ITU-T Recommendation Q.700, 1993.

32. Functional description of the message transfer part (MTP) of Signalling System No. 7 // ITU-T Recommendation Q.701, 1993.

33. Signalling data link // ITU-T Recommendation Q.702, 1993.

34. Signalling link // ITU-T Recommendation Q.703, 1996.

35. Signalling network functions and messages // ITU-T Recommendation1. Q.704, 1996.

36. Signalling network structure // ITU-T Recommendation Q.705, 1996.

37. Message transfer part signalling performance // ITU-T Recommendation Q.706, 1996.

38. Mohammad Torabi, Rolfe E.Buhrke Third-Generation mobile telecommunications and virtual home environment: A prioritization analysis // Bell Labs Vol.3 Number 3, 1998.

39. MacDonald D. Archambault S. Using customer expectation in planning the Intelligent Network // ITC-14, 1994

40. MacDonald D. Yan J. Teletraffic performance in Intelligent Network services//ITC-14, 1994

41. GOS objectives for IN services // ITU-T Recommendation E.724, 1996

42. Universal Mobile Telecommunications System (UMTS); Service aspects; Virtual Home Environment (VHE) // ETSI TR 122970, 2000.

43. Universal Mobile Telecommunications System (UMTS); Virtual Home Environment (VHE) in the ISDN; Evolved UMTS core network // ETSI EG 201717, 2000.

44. Клейнрок JI. Теория массового обслуживания // М.: Машиностроение, 1979.

45. Клейнрок JI. Вычислительные системы с очередями // М.: Мир, 1979.

46. Лившиц B.C., Фидлин Я.В., Харкевич А.Д. Теория телефонных и телеграфных сообщений // М.:Связь, 1971.

47. Шнепс М.А., Системы распределения информации. Числовые методы; справочник//М.:Связь, 1979.

48. Данилов В.И. Методы оценки структурного и функционального построения многопроцессорных систем управления узлов коммутации // диссертация на соискание ученой степени к.т.н., Ленинград, 1986.

49. Володин С.В., Колин К.К. Системы распределения информации / Об апроксимации распределения длительности ожидания в одноканальных системах массового обслуживания // М.: Наука, с.36-41,1972.

50. Саркисян А.Р. Методы оценки ВВХ сотовых сетей связи // диссертация на соискание ученой степени к.т.н., Санкт-Петербург, 1998.

51. Деч Г. Руководство к практическому применению преобразования Лапласа и Z-преобразования // М.:Наука, 1971.

52. Чагаев Н.С. Моделирование процессов управления в узлах коммутации // М.: Москва Радио и связь, 1984.

53. Гинзбург В.М., Берлин А.Н. Автоматическая радиотелефонная связь. Система "Волемот" // СПбГУТ.-СПб, 1996.

54. Витченко А.А. Формализованное описание концепции виртуального домашнего окружения (VHE) IMT-2000 // 54-я НТК: Тез. докл./ СПб ГУТ.-СПб, 2002, с. 13.

55. Витченко А.А. Вероятностно-временные характеристики (ВВХ) функционирования вариантов построения концепции виртуального домашенего окружения (VHE) // 55-я НТК: Тез. докл./ СПбГУТ.-СПб, 2003, с.4.

56. Витченко А.А. Сценарий реализации роуминга услуг в IMT-2000 // 3-я НТК "Техника и технология связи": Тез. докл./ ОНАС.-Одесса, 2001

57. Гольдштейн Б.С., Витченко А.А. Предоставление дополнительных услуг в современных и перспективных сетях мобильной связи 2,5G и 3G // 7-й бизнес форум "Мобильные системы": Тез. докл./ Москва, 2002

58. Гольдштейн Б.С., Фрейнкман В.А., Витченко А.А. Перспективные услуги сотовых сетей поколений 2,5 и 3G // Мобильные системы, 2002.-N5, с. 8-12.

59. Витченко А.А. Услуги обмена сообщениями: на пути к мультимедийности и конвергенции // 3-й Международный телекоммуникационный симпозиум "Белые ночи": Тез. докл./ СПб, 2002, с.12-13.

60. Витченко А.А., Романов A. MMS новый шаг в услугах передачи сообщений // Mobile Communication International (RE), 2002,- N4, c.22-25.

61. Витченко A.A., Романов A. SIM-меню инструмент предоставления дополнительных услуг // Mobile Communication International (RE), 2002.-N9, c.45-47.

62. Фрейнкман B.A., Овчинников A.B., Витченко А.А. Как расширить возможности SMS-центра// Мобильные системы, 2003.- N4, с.64-65.

63. Витченко А.А. Перспективные решения в области "Messaging" и "Customer Care" // 4-й Международный телекоммуникационный симпозиум "Белые ночи": Тез. докл./ СПб, 2003, с. 15-19.

64. Данилов В.И., Витченко А.А. Методы оценки сценариев реализации концепции VHE в сетях подвижной связи 3G // Электросвязь, 2003.- N4, с.41-44.

65. Аваков Р.А. В.О.Игнатьев, А.Г.Попова, Н.С.Чагаев Управляющие системы электросвязи и их программное обеспечение // М.: Радио и связь, 1991.

66. Лившиц Б.С., Пшеничников П., Харкевич А.Д. Теория телетрафика // М.: Связь, 1979.

67. Берж К. Теория графов и ее применение // М.: ИЛ, 1962.

68. Ope О. Графы и их применение // М.: Мир, 1965.

69. Фрейнкман В. А., Овчинников А.В., Витченко А.А. Как расширить возможности SMS-центра? // Mobile Communications International (RE), 2003.- N3, c.61-63

70. Материалы электронного журнала "Сотовик" // www.sotovik.ru

71. Материалы электронного журнала "3GNEWS" // www.3gnews.ru 81 .Материалы сервера "Mobile VHE" // www.mobilevhe.com

72. Материалы Ассоциации 3G // www.a3g.ru

73. Материалы Партнерского объединения 3GPP // www.3gpp.org

74. Материалы Партнерского объединения 3GPP2 // www.3gpp2.org

75. Гольдштейн Б.С., Ихриель И.М., Рерле Р.Д., Конвергенция интеллектуальных и мобильных сетей // Вестник связи, 2000.- N4.

76. Подопрыгалов М. Подводя итоги 2001 года: 3G переход от теории к практике // Мобильные системы, 2002,- N2.

77. Alvin Yew, Christos Bohoris, Antonio Liotta, George Pavlou Quality of Service Management for the Virtual Home Environment // Centre for Communication Systems Research, School of Electronics, Computing & Mathematics University of Surrey, UK, 2001.

78. Ратынский M.B. Основы сотовой связи // M.: Радио и связь, 2000.

79. Материалы сервера // www.protei.ru

80. Материалы сервера // www.loniis.ru91 .Материалы сервера // www.e-commerce.ru

81. Кузякин М., Лихтциндер Б., Росляков А., Фомичев С. Интеллектуальные сети связи // М.: Эко-Трендз, 2002.