3g - UMST / 3. Актанбаев Д.М. ИМС-52 (2 версия, 16.11.2017)

Рисунок 3.8 - График зависимости занятых ресурсов от интенсивности поступающей

нагрузки для 2 профиля

42

Рисунок 3.9 – График зависимости занятых ресурсов от интенсивности поступающей нагрузки для 3 профиля

Рисунок 3.10 – Ресурсы линии, занятые обслуживанием 2-5 классов заявок

На полученных графиках отчетливо виден максимум для каждого класса трафика. Это означает, что при достижении определенных нагрузок, происходит вытеснение ресурсоемких заявок менее требовательными, в связи с нехваткой канального ресурса для обслуживания. Для поддержания, требуемого QoS для определенных вызовов, на основании данных расчетов и прогнозов нагрузки,

оператор получает возможность в определенные моменты времени изменять методы доступа, тем самым обеспечивать оптимальное QoS и максимальную емкость Iub-

интерфейса и сети в целом.

3.4Расчет переданного объема информации

Показатель ресурса линии БС-МС, позволяет оценить объем обслуженного трафика за определенный период времени, на протяжении которого интенсивность

43

поступающего трафика примерно одинакова. Таким интервалом времени может считаться час наибольшей нагрузки (ЧНН) в связи с тем, что в это время суток характеризуется максимальной загрузкой сети. Также при проектировании сети рассчитывается емкость сети при нагрузках, соответствующих ЧНН. Для телефонной сети ЧНН – это промежуток между 18 и 19 часами. В работе произведен расчет объема информации, обслуживаемый Iub-интерфейсом с конфигурацией и входными параметрами, описанные в главе 3.1, для трех профилей нагрузки:

Определение максимально допустимой нагрузки на канальную единицу, при которой обеспечивается необходимое QoS. Ее можно определить из расчетов вероятности блокировки вызовов (при 5%);

Определение средней значение ресурса линии, занятого обслуживанием заявок 2-5 класса, для различных профилей нагрузки из выражения (2.10) при максимально допустимой удельной нагрузки на канальную единицу:

Данный показатель можно интерпретировать как пропускную способность линии в определенный момент времени. Чтобы выразить данное значение в кбит/с,

необходимо умножить результат на bBBU = 16 кбит/с.

Далее определяем длину промежутка времени t, в течение которого интенсивность поступающей нагрузки не изменяется во времени (в данном случае 1

час) и рассчитаем объем информации:

Результаты расчета пропускной способности в мобильных сетях 3G

представлены в таблице 3.3.

44

Таблица 3.3 - Результаты вычисления объема информации, переданного по Iub-

интерфейсу в ЧНН

Полученные результаты могут быть использованы для прогнозирования поступающей нагрузки, позволяет оценить ее состав и динамику изменений для каждого класса заявок.

Рассмотренные распределения канального ресурса требуют более детального исследования, но достаточны для принятия решения о принимаемых мерах оптимизации определенных участков сети оператора мобильной связи.

45

4 МОДЕЛИРОВАНИЕ И АНАЛИЗ ВЕРОЯТНОСТНО-ВРЕМЕННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СЕТИ 3G

4.1Постановка задачи

В данном разделе магистерской диссертации планируется построить математическую модель канального уровня телекоммуникационной сети 3G с

приоритетным обслуживанием для передачи трафика по логическому каналу DTCH

под управлением протокола HDLC v3. Сеть предоставляет два уровня приоритета.

Модель мобильной широкополосной сети 3G описывается системой массового обслуживания типа M/G/1 по символике Кендалла-Башарина. Это означает, что на входе пуассоновский поток требований с показательным распределением промежутков времени между поступлениями пакетов, время обслуживания

(передачи) распределено показательно и система имеет один общий канал передачи данных.

Далее при работе над магистерской диссертацией планируется получить и проанализировать вероятностно-временные характеристики сотовой сети 3G.

Для анализа вероятностно-временных характеристик по Iub-интерфейсу,

планируется промоделировать реальные действия по обмену трафиком между смартфоном и базовой станцией 3G и определить параметры трафика при следующих исходных данных и основных положениях:

1)Функция распределения Fζlinf(x) случайной величины ζlinf выбирается равномерно на интервале [1000; 2000] бит.

2)Функция распределения Fζtprop(x) случайной величины ζtprop выбирается равномерно на интервале (Lchan/0,9×C; Lchan/0,6×C) сек., в предположении, что скорость Vsign

равномерно распределена на интервале (0,6×С; 0,9×C).

3)Определение параметра max максимальную интенсивность потока входящих

(первично передаваемых) кадров (кадр/сек.).

4)Далее планируется построить зависимости:

а) Максимальной интенсивности max от вероятности per.

46

б) Количества Krepeat повторных передач кадров от вероятности per.

в) Времени Tdeliv доставки кадров от интенсивности prim для per = 10-3, 10-4, 10-9.

г) Времени Tdeliv доставки кадров от вероятности per при фиксированном значении

cadr.

д) Среднего числа ncadr кадров в буфере передающей станции от интенсивности prim

для per = 10-3, 10-4, 10-9.

е) Среднего числа ncadr кадров в буфере передающей станции от вероятности per при фиксированном значении prim.

ж) Среднего числа nrepeat кадров в буфере передающей станции от интенсивности

prim для per = 10-3, 10-4, 10-9.

з) Среднего числа nrepeat кадров в буфере передающей станции от вероятности per

при фиксированном значении prim.

и) Средней длительности wprim от интенсивности prim для per = 10-3, 10-4, 10-9.

к) Средней длительности wprim от вероятности per при фиксированном значении

prim.

л) Средней длительности wrepeat от интенсивности prim для per = 10-3, 10-4, 10-9.

м)Средней длительности wrepeat от вероятности per при фиксированном значении

prim.

5)В завершении моделирования планируется интерпретировать полученные зависимости и сделать выводы.

4.2Описание системы массового обслуживания в сетях 3G

Рассматривается дуплексный канал передачи данных, который работает под управлением протокола физической среды UTRAN с использованием процедуры управления каналом LAPB. Предполагается при этом, что используется режим выборочного неприёма, с единичным размером окна.

Моделирование данной системы осуществляется системой массового обслуживания M/G/1 c приоритетным обслуживанием. Тип приоритета –

47

относительный (без прерывания обслуживания). Число уровней приоритета – 2,

причём повторно передаваемые пакеты обладают более высоким приоритетом равным единице, а входящие пакеты – более низким приоритетом равным двум.

В данной системе массового обслуживания определяется несколько случайных процессов, значениями которых являются:

1)Скорость распространения сигнала в канале передачи данных Vsign, км/сек.

2)Случайная величина ζtprop - время распространения сигнала по каналу передачи данных (сек.) с функцией распределения Fζtprop(x):

3)Случайная величина ζlinf - размер передаваемого кадра (бит) с функцией распределения Fζlinf(x).

4)Случайная величина ζtack - длительность интервала времени между моментом начала передачи кадра по каналу передачи данных и моментом получения передающей станцией положительной либо отрицательной квитанции на него

(сек.):

Предполагается стационарный режим рассматриваемой системы массового обслуживания. Это означает, что существуют предельные значения всех характеристик СМО (формула 3) и все поступающие заявки (пакеты) будут обслужены.

48

где Tdeliv - среднее время доставки пакета;

Tdeliv(t) - время доставки пакета на интервале (0, t), усреднённое по всем пакетам;

wcadr – среднее время ожидания пакетом обслуживания;

wcadr(t) – время ожидания пакета на интервале (0, t), усреднённое по всем пакетам;

ncadr(t) - среднее число пакетов в буфере передающей станции;

ncadr(t) - число пакетов в буфере передающей станции на интервале (0, t),

усреднённое по всем пакетам.

Данные требования выполняются при выполнении следующего условия:

где ρ - коэффициент загрузки СМО (доля времени, в течение которого канал занят обслуживанием пакета);

- интенсивность поступления пакетов, поток которых складывается из входящего потока prim и повторно передаваемых пакетов repeat;

1

= [ ] - интенсивность обслуживания пакета;

E[ζtack] - средняя длительность подтверждения передачи пакета (эквивалент среднего времени обслуживания).

Так как моделируется мобильная широкополосная сеть3G, то для расчетов выбраны следующие значения:

Cchan = 2, Мбит/сек - пропускная способность канала передачи данных;

Lchan = 1, км - протяжённость канала передачи данных БС – МС;

49

C = 3×108 м/сек - скорость распространения электромагнитной волны в вакууме.

Для построения математической модели описанной выше системы необходимо определить следующие параметры:

средняя скорость распространения сигнала E(Vsign), км/сек;

математическое ожидание E(ζtprop) cлучайной величины ζtprop – времени распространения сигнала в канале:

дисперсия D(ζtprop) случайной величины ζtprop;

минимальная длительность паузы между двумя последовательными передачами кадров передающей станцией tcadr, сек.;

размер управляющих полей передаваемого кадра lcontr, бит, который определяется форматом кадра HDLC;

размер квитанции lack, бит также определяется форматом кадра протокола

HDLC;

математическое ожидание E(ζlinf) случайной величины ζlinf - длины информационного поля кадра;

дисперсия D(ζlinf) случайной величины ζlinf.

Входные параметры программы моделирования определяются:

интенсивность потока кадров, поступающих для передачи по каналу передачи данных prim, 1/сек.;

вероятность ошибочного приёма одного бита принимающей станцией per

(BER).

4.3Расчётные характеристики программы моделирования

Вероятность неправильного приёма кадра принимающей станцией pcadr:

50

Среднее количество повторных передач кадра для достижения его правильного приёма Krepeat:

(4.8)

Математическое ожидание E(ζtack) случайной величины ζtack:

(4.9)

Дисперсия D(ζtack) случайной величины ζtack:

(4.10)

Интенсивность повторных передач неправильно принятых кадров repeat,

1/сек.:

Коэффициент загрузки канала первичными передачами кадров ρprim:

51