Введение к работе
Актуальность. На сегодняшний день наибольшее число пользователей мобильной связи - это пользователи стандарта 2-го поколения GSM, и такая тенденция сохранится еще ближайшие несколько лет, хотя постепенно внедряются сотовые сети промежуточного (2,5G) и третьего (3G) поколений.
Переход к сетям следующего поколения может быть революционным или эволюционным. Революционный переход подразумевает полную замену существующих сетей 2G на 3G и сопряжен с большими капитальными затратами и высоким коммерческим риском. Эволюционный переход означает «мягкое» приближение сетей 2-го поколения к сетям 3G за счет постепенного внедрения возможностей и услуг сетей сотовой связи следующего поколения на эксплуатируемых сетях, Одной из таких возможностей является управление качеством услуг, на чем основана разрабатываемая в диссертационной работе технология дифференциации и управления качеством услуг. Предлагаемая технология позволяет продолжить эксплуатацию сетей GSM и в то же время приблизить их возможности к сетям следующих поколений.
Таким образом, актуальность темы диссертации обусловлена социальной значимостью и теми тенденциями, что наблюдаются в области мобильной связи. Также, актуальность подчеркивается существующей достаточно узкой направленностью компаний-операторов сотовой связи на клиентов с определенным уровнем доходов, на экстенсивный захват новых рынков, территорий лишь путем дифференциации тарифных планов без учета предлагаемого качества услуг и обслуживания.
Следует отметить, что всестороннее исследование вопросов дифференциации качества услуг и дальнейшее их практическое применение приведет к существенному расширению рынка мобильной связи путем вовлечения максимального количества пользователей разных социальных слоев населения, а также повышению технологического уровня развития телекоммуникационной инфраструктуры общества.
Цели диссертационной работы. Развитие технологий улучшения качества обслуживания; расширения абонентской базы; повышения эффективности использования канальных ресурсов сетей мобильной связи, а также приближение мобильных сетей 2-го поколения к мультисервисным сетям мобильной связи 3-го поколения по качеству, управляемости и гарантированности предлагаемых голосовых услуг путем осуществления в мобильных сетях 2-го поколения дифференциации и динамического управления качеством услуг (QoS).
Задачи диссертационной работы. Для достижения поставленной цели требуется решить следующие основные задачи:
Анализ текущего состояния проблемы качества услуг мобильной связи.
Обоснование и разработка показателей качества и дифференциации услуг мобильной связи для сетей 2-го поколения.
Исследование и разработка алгоритмов управления качеством услуг, основанных на приоритетном обслуживании пользователей сети мобильной связи.
Разработка математической модели сети мобильной связи с дифференциацией и управлением качеством услуг.
Экспериментальная проверка разработанных алгоритмов управления качеством услуг на имитационной модели соты сети мобильной связи.
6. Исследование вопросов внедрения и апробации технологии дифференциации и управления качеством услуг на реальной сети мобильной связи 2-го поколения стандарта GSM.
Методы исследования. В диссертации приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований, полученных с использованием элементов теории вероятностей, теории массового обслуживания, цепей Маркова, приоритетного обслуживания, планирования эксперимента, имитационного моделирования, методов математической статистики.
Достоверность результатов диссертационной работы подтверждается обоснованностью и корректностью применения аппарата Марковских процессов, массового обслуживания; построения имитационной модели; удовлетворительным совпадением полученных при аналитическом моделировании результатов с результатами имитационного моделирования.
Научная новизна результатов:
Предложены и обоснованы показатели дифференциации и управления качеством услуг мобильной связи для сетей 2-го поколения стандарта GSM.
Предложены и разработаны алгоритмы управления качеством услуг, основанные на приоритетном обслуживании пользователей сети мобильной связи:
«Обслуживание с прерыванием», отличающийся введением дифференцированного остаточного времени до прерывания обслуживания;
«Обслуживание с адаптацией», отличающийся введением дифференцированной динамической доли доступных каналов трафика в соте.
Предложена математическая модель сети мобильной связи с дифференциацией и управлением качеством услуг на основе цепей Маркова с вытеснением и дифференцированным остаточным временем до прерывания обслуживания.
Предложена и разработана имитационная модель соты сети мобильной связи с дифференциацией и управлением качеством услуг, позволившая экспериментально оценить эффективность разработанных алгоритмов управления качеством услуг сети мобильной связи.
Показано, что внедрение алгоритмов дифференциации и управления качеством услуг на основе приоритетного обслуживания позволяет повысить среднесуточную нагрузку, создаваемую абонентами мобильной связи, а, следовательно, повысить уровень использования канальных ресурсов и доходы компаний-операторов.
Рассмотрены общие принципы построения и требования к сети мобильной связи GSM 2-го поколения при внедрении технологии дифференциации и управления качеством услуг.
Практическая ценность.
Разработаны алгоритмы дифференциации и управления качеством услуг.
Установлена и оценена техническая и экономическая эффективность внедрения технологии дифференциации и управления качеством услуг и тарифами на сети мобильной связи.
Результаты диссертационной работы могут быть использованы для дальнейшего развития и внедрения технологии дифференциации и управления качеством услуг на сетях мобильной связи 2-го поколения стандарта GSM.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались, представлялись и обсуждались на:
Российской научно-технической конференции «Информатика и проблемы телекоммуникаций» (г. Новосибирск, 2000,2001,2002 гг.);
IEEE Siberian Conference on Control and Communications (SIBCON'2003, г.Томск).
Реализация результатов работы. Основные положения диссертационной работы внедрены в учебный процесс Сибирского государственного университета телекоммуникаций и информатики на Кафедре телекоммуникационных сетей и вычислительных средств.
Основные положения, выносимые на защиту:
Комплекс показателей качества и дифференциации услуг мобильной связи для сетей 2-го поколения.
Алгоритмы дифференциации и управления качеством услуг, основанные на приоритетном обслуживании пользователей сети мобильной связи.
Марковская модель сети мобильной связи с вытеснением и дифференцированным остаточным временем до прерывания обслуживания.
Инвариантное соотношение для регулирования и распределения ресурсов каналов трафика, обеспечивающее высокую эффективность полезного использования ресурсов канала и одновременно - гарантированные значения показателей качества.
Результаты исследования эффективности разработанных алгоритмов управления качеством услуг сети мобильной связи посредством имитационной модели.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ, в том числе 5 тезисов докладов на научно-практических конференциях. Полный список публикаций приведен в конце автореферата.
Структура и объем диссертации.
