2.3.Классификация методов управления потоками трафика на цифровой телефонной сети связи общего пользования

Управление цифровой телефонной сетью связи общего пользования предусматривает ведение контроля за качеством обслуживания в ре­альном времени. Наблюдение за процессами управления сетью позволяет обслуживающему персоналу получать информацию о текущем распределении трафика в сети, которое соответствует поставленным в данный период целям управления. На этих данных основывается активизация или отмена методов управления, позволяющих:

минимизировать ухудшение качества, если количество попыток осуществления вызова растет, превышая пропускную способность системы коммутации;

обеспечить целостность сети в экстремальные периоды, которые могут быть результатом перегрузки или условий неисправности.

Опыт активизации специальных методов управления трафиком показывает, что при отсутствии управления пропускаемая сетью нагрузка гораздо ниже той, которую сеть в состоянии пропустить при применении методов управления (рис.2.2). При управляющем воздействии на ресурсы сети в режимах автоматического или ручного управления можно снизить долю непроизводительных занятий, добиваясь стабильной работы сети при перегрузках. Автоматическое управление трафиком обеспечивает быструю защиту сети путем ограничения трафика с низкой вероятностью завершения. При запуске автоматического управления инженеры наблюдают ситуацию на сети и настраивают параметры управления в соответствии с особенностями данной телефонной сети общего пользования ТфОП.

Пропу-

щенная

нагрузка

П оступающая нагрузка

Рис.2.2 - Предполагаемое влияние методов управления

на пропускаемую сетью нагрузку

Предусматриваются следующие виды автоматического управления: избирательное динамическое управление перегрузкой Selective dynamic overload control, SDOC; избирательное резервирование пучков линий с использованием транспортных магистралей Selective trunk reservation, STR; резервирование пучков линий с использованием транспортных магистралей Trunk reservation, TR; избирательное управление входящей перегрузкой Selective incoming load control, SILC.

2.3. Анализ требований к качеству связи при обслуживании различных приложений в сетях подвижной связи

При синтезе сети подвижной радиотелефонной связи общего пользования, должно учитываться неравномерное распределение абонентов на территории сети, влияние мультимедийных услуг и возможности эстафетной передачи мобильных абонентов между базовыми станциями. Наиболее проблемным всегда был и до сих пор остается участок соединительного тракта, который приходится на радиоинтерфейс базовой станции.

Параметры, характеризующие обслуживание вызовов на сетях подвижной связи, можно разбить на три группы:

параметры, связанные с особенностями распространения радиоволн;

параметры, отображающие особенности поступления вызовов;

параметры, отражающие случайные процессы при обслуживании вызовов.

В таблице 2.3 собрана информация по развитию сетей подвижной связи от поколения 2G до 4G, а также по основным предоставляемым сервисам.

Будущее мо­бильной связи за развитием широкого спектра услуг, основанных на высокоскоростной передаче данных. В общем случае качество предоставления сетью связи мультимедийной услуги определяют следующие характеристики: доступность услуги; задержка передачи; флуктуация задержки; потери информации при передаче (вероятность ошиб­ки при приеме отдельных битов или целых кадров); скорость передачи.

Понятие «требуемый уровень качества» подразумевает возможность установки для каждого пользователя некоторого уровня качества, соответствующего оплате услуг. В таблице 2.4 перечислены минимально необходимые требования к приложениям для сетей поколений 3G и 4G.

Таблица 2.3- Техническая информация по развитию сетей от 2G до 4G

Поколение	2G	2,5G	3G	3,5G	4G
Начало разработок	1980	1985	1990	<2000	2000
Реализация	1991	1999	2002	2006-2007	2008-2016
Сервисы	Цифровой стандарт, поддержка коротких сообщений (SMS)	Большая ёмкость, пакетная передача данных, увеличение скорости сетей второго поколения	Большая ёмкость, скорости до 2 Мбит/с	Увеличение скорости сетей третьего поколения	Большая ёмкость, IP-ориентированная сеть, поддержка мультимедиа, скорости до сотен мегабит в секунду
Скорость передачи	9,6-14,4 кбит/с	115 кбит/с (1 фаза), 384 кбит/с (2 фаза)	до 3,6 Мбит/с	до 42 Мбит/с	100 Мбит/с - 1 Гбит/с
Стандарты	TDMA, CDMA, GSM, PDC	GPRS, EDGE (2.75G), 1xRTT	WCDMA, CDMA2000, UMTS	HSDPA, HSUPA, HSPA, HSPA+	LTE-Advanced, WiMax Release 2 (IEEE 802.16m), WirelessMAN-Advanced
Сеть	Телефонная сеть общего пользования	Телефонная сеть общего пользования, сеть пакетной передачи данных	Сеть пакетной передачи данных	Сеть пакетной передачи данных	Сеть пакетной передачи данных

Табл. 2.4 - Основные приложения и требования к качеству обслуживания

Приложение	Скорость передачи		Максимальная вероятность ошибок на приеме (BER)	Максимальная задержка передачи, с	Зависимость от вариации задержки передачи
	Требование к равномерности	Минимально «комфортная» скорость, кбит/с
Голосовая телефония	Постоянная	8-16	1 10-3	1-2	Большая
Видеотелефония	Постоянная	56-64	1 10-3	1-2	Большая
Видео по запросу	Скорость может меняться в течение сеанса	56 (для информационных роликов хорошего качества), 100-120 (для роликов телевизионного качества)	1 10-3	Незначительно влияет на качество услуги	Средняя (определяется размером буфера приемного устройства)
Web-browzing		30-40	1 10-6	10-15	Слабая
Передача фалов		От 9.6 (чем выше, тем лучше)	1 10-6	10-15	Слабая
Электронная почта		10-20	1 10-6	10-15	Слабая
Телеметрия		0,1-9.6	1 10-6	10-15	Слабая

Качество цифрового канала оценивается по коэффициенту ошибок BER (Bit Error Rate) как BER = n/N, где п — количество неправильно принятых битов информа­ции; N — общее количество принятых битов.

Технические характеристики технологий широкополосного беспроводного абонентского доступа представлены в табл.2.5. При пакетной передаче данных эффективна оценка качест­ва канала по коэффициенту ошибок. Однако для цифрового канала этого недостаточно, поскольку требуется обеспечить абоненту ряд характеристик аналогового речевого сигнала (динамический диапазон, разборчивость, узнаваемость), ко­торые нельзя оценить по коэффициенту ошибок.

Существующие методы оценки качества речи в сстемах мобильной связи можно разделить на две группы — методы экспертной оценки и аналитические. Для аналоговых радиоканалов используются в основном методы экспертной оценки. Аналитические методы применя­ются исключительно для цифровых сигналов. На россий­ском рынке средств связи представлен ряд испытательных комплексов, в которых реализованы аналитические методы оценки качества речи.

Таблица 2.5– Технические характеристики технологий

широкополосного беспроводного абонентского доступа

Показатели для технологий	CDMA-2000	UMTS	WIMAX	LTE
1.	2.	3.	4.	5.
Скорость передачи данных	1XEV-DORevA передача данных со скоростью до 3,1 Мбит/с по направлению к абоненту и до 1,8 Мбит/с — от абонента	2Мбит/сек. Благодаря технологии HSDPA максимальная скорость возросла до 14 Мбит/сек	Для соединения базовой станции с абонентской скорость может достигать 70 Мбит/с, а между базовыми станциями может достигать 140 Мбит/c	К абоненту до150 Мбит/с, От абонента до 75 Мбит/с
Ограничение по скорости движения абонента	Со скоростями передачи данных: 384 Кбит/с — для неподвижных абонентов и пешеходов, передвигающихся со скоростью до 3 км/час; 144 Кбит/с — при движении в автомобиле со скоростью не более 120 км/час; до 2 Мбит/с —для специальных стационарных терминалов	Скорость доступа 15-20Мбит/с при скорости движения абонента не менее 100 км/ч.	Обеспечивается поддержка соединений для абонентов, движущихся со скоростью до 350 км/ч.
Вероятность срыва связи		Высокая скорость передачи данных в UMTS требует малой подвижности мобильного терминала	Не срывается	Не срывается
Продолжение таблицы 2.5
Показатели для технологий	CDMA-2000	UMTS	WIMAX	LTE
Спектральная эффективность	1,9 и 0,12бит/с/Гц для прямого и обратного каналов	0.5 бит/с/Гц/Сота	до 5 бит/сек/Гц	в нисходящем канале до 2,6 бит/с/Гц и в восходящем 1,3бит/с/Гц

Абонентская емкость	Если количество абонентов возрастет значительно - шансов получить качественную связь будет меньше		Одна базовая станция может обслуживать тысячи абонентов в радиусе до 30 км в условиях прямой видимости	Около 50 одновременно обслуживаемых абонентов в соте. Соты с 6 секторами имеют емкость на 40-50% выше, чем 3-секторные соты
Совмести-мость с ранними технологиями	Да	Да	Нет	Является дальнейшим развитием сетей UMTS, CDMA2000
Проблемы с частотным регулирова-нием	800 и 1900 МГц	Частоты: Uplink 1920 – 1980 МГц и Downlink 2110 – 2170 МГц.	ГГц	2600МГц
Зона охвата базовой станции	До 10км	До 15км	Ожидаемое значение зоны покрытия – до 50 км (реально 4-6 км)	Зона покрытия одной БС – до 30 км в штатном режиме, но возможна работа с ячейками радиусом более 100 км. Поддерживаются системы MIMO
Совмести-мость с современными телефонами	IPHONE5: не поддерживает одновременную передачу голоса и данных в сетях CDMA2000. Samsung4: не поддерживает	IPHONE 5, Samsung4: не поддерживает	Iphone5: поддерживает Samsung4: не поддерживает	IPHONE5: поддержка спектра диапазонов LTE. Samsung4: поддерживает

Институт сотовой связи разработал РД 45.254-2002 «Нормы на показатели качества услуг связи и методики контроль­ных испытаний при проведении добровольной сертифика­ции услуг и внутреннем аудите (проверке)». Предусмотрен обязательный внутренний ау­дит показателей качества на протяжении не менее четырех месяцев. Сопоставляя данные испытаний со статис­тикой, накопленной в ходе проверок, можно де­лать выводы об уровне качества услуг. Такой подход принят во всем мире.

Важнейшей характе­ристикой радиосигнала является его мощность в момент получения. Именно она определяет размеры сот, выбор абонентским устройством одной из сот при эстафетной передаче. Шум и интерференция сильно отражаются на качестве приема радиосигнала. Многие перспективные системы мобильной связи довольно устойчивы по отношению к интерференции, но не устойчивы к шуму. Например, в сетях технологии CDMA система пытается автоматически под­держивать приемлемый уровень ошибок при передаче (пу­тем изменения мощности приемопередающих устройств), поэтому на практике для оценки качест­ва коммутируемых услуг потери инфор­мации обычно игнорируются.

Восприятие шума зависит также от того, где находится мобильный абонент: внутри здания или снаружи. Большинство из перечисленных явлений может быть учтено при помощи эм­пирических формул, а также выбором варианта предоставления услуг.

Основными в оценке качества ком­мутируемых услуг остаются характеристи­ки доступности. Главные из них:

доля вы­зовов, которым было отказано в обслужи­вании (блокировки входящих вызовов);

доля установленных соединений, пре­рванных не пользователями, а сетью (так называемая величина dropped call rate – вероятность «обрыва» связи).

Для голосовых услуг существуют методы контроля качества, которые были хорошо отработаны еще на про­водных телефонных сетях. Однако для услуг пере­дачи данных они не подходят. Тестированием и анализом качества услуг ПД обычно за­нимаются независимые организации (тестовые лаборато­рии, периодические издания, специализирующиеся на мо­бильной связи). Методика таких исследований вклю­чает в себя, как правило, измерение:

времени отклика тестового сервера сети Интернет для определения доступности Интернет - узла и измерения времени задержки отклика;

средней скорости передачи тестового файла.

Однако пользоваться результатами таких тестов следует ос­торожно.

Во-первых, время отклика тестового сервера не говорит о качестве связи в сети 3G или 4G. Известно, что вре­мя отклика складывается из задержки передачи в мобильной сети, задержки передачи во внешней сети Интернет и време­ни, необходимого серверу на генерацию отклика. Последние два параметра могут меняться в широких пределах в зависи­мости от загрузки сети и тестового сервера и, как правило, не зависят от процессов в сети оператора мобильной связи.

Во-вторых, средняя скорость ПД измеряется только для передачи больших файлов. Однако, как показали результаты тестирования опытных сетей 3G и 4G, скорость передачи неболь­ших объемов данных (web-серфинг, электронная почта, об­мен «мгновенными» сообщениями) может заметно отли­чаться от скорости, полученной при тестировании сети с ис­пользованием файлов большого объема.

Таким образом, технологии 2,5G - 4G в режиме коммутации пакетов на уровне радиоинтерфейса не предо­ставляют пользователю гарантий качест­ва обслуживания. Скорость переда­чи, выделяемая пользователю, постоян­но меняется и зависит от текущей нагрузки в соте, от уровня помех и наличия интерференции. Соответственно изменяются задержки передачи и характеристики доступности услуги. Единственным инст­рументом оператора в регулировании качества услуг остает­ся максимальная скорость передачи абонента.

В июне 2015 года МСЭ разработал план развития технологии и определил её название — «IMT-2020», а внедрение стандарта планируется к 2020 году. Данная технология положит начало сетям пятого поколения мобильной связи (5G). В опытных сетях скорость передачи данных доходит до 7 Гбит/с. Первые тесты технологии 5G проведены в России в июне 2016 оператором связи МегаФон совместно с Huawei. 22 сентября 2016 года Российский оператор сотовой связи «Мегафон», на бизнес-саммите в Нижнем Новгороде, запустили самый быстрый в мире мобильный 5G-Интернет. В ходе испытаний была достигнута скорость передачи данных 4,94 Гбит/с - через построенную сеть передавался панорамный ролик в разрешении 8К Ultra HD (7680×4320 точек). Основой архитектуры сети следующего поколения станет технология SDN (программно-определяемая сеть). В сетях пятого поколения будут применяться умные антенны, способные менять диаграмму направленности в зависимости от потребностей абонентов в конкретных условиях. Перечислим основные требования, предъявляемые к сетям 5G:

пропускная способность сети свыше 10 Гбит/сек;

поддержка одновременного подключения до 100 млн. устройств / км²;

задержка передачи данных на радиоинтерфейсе не более 1 мс.

Предполагается, что в стандарте 5G технология MIMO найдет широкое применение и в сетях 5G, возрастет количество антенн на приемопередатчиках. Планируется переход в диапазон сантиметровый и миллиметровый волн. Должна обеспечиваться поддержка существующих стандартов, таких как GSM, LTE, Wi-Fi.

Технология D2D (device-to-device) позволяет устройствам, находящимся неподалеку друг от друга, обмениваться данными напрямую, без участия сети 5G, через ядро которой пройдет сигнальный трафик.