Компактная система радиотелефонной связи ЧАСТЬ 1

 

1.1 Анализ поставленной задачи и исходных данных, выявление особенностей работы системы. В контексте решаемой задачи: определение источников и получателей информационных сообщений, оценка характера трафика и формулирование требований к способу доставки сообщений.

 

Должны быть спроектирована система, обеспечивающая устойчивой связью 40 абонентов на территории городской застройки радиусом 300 м. Мощность излучения подвижной станции не должна превышать 0,4 Вт. При этом должна обеспечиваться вероятность ошибки  на бит P=10-5.

В качестве примера использования компактной радиотелефонной системы будем рассматривать связь сотрудников завода между собой. Отсюда можно сделать вывод о услугах, которые должны быть предоставлены пользователю: прием/передача голосового трафика между мобильными абонентами ,  передача и прием  коротких (sms) сообщений, определитель номера вызывающего абонента(основные услуги), а так же: новостная информация, в виде sms – рассылки (дополнительная услуга). 

При решении проблемы выбора конфигурации сети, обратимся к назначению проектируемой системы. Основная функция компактной радиотелефонной системы – передача и приём голосового трафика (голосовых сообщений сразу от нескольких абонентов. Каждому абоненту, который передает речевое сообщение нужно выделять физический канал с заданной пропускной способностью( не менее, чем задано речевым кодеком) Это накладывает существенные ограничения на вид топологии. Таким образом, для выполнения услуги радиосистема должна гарантировать пользователям получение им в распоряжение постоянно выделенный канал с постоянной пропускной способностью. Это не может быть реализовано сетью с конфигурацией Ad HOC, так как она псевдослучайна, динамически меняющаяся. Поэтому, для радиотелефонной системы выбираем структурированную сеть, которая будет предоставлять пользователям ФК по требованию.

Особенностью сети является то, что каждый выделенный узел – это фактически, офисная АТС малой ёмкости для коммутации 40 сотрудников. В сущности, роль АТС может выполнять программное обеспечение. ПК, на котором находится данное обеспечение должно быть оснащено радиооборудованием, которое будет формировать из речевых сообщений сообщения физического уровня.

Сотовую структуру подвижной связи можно рассматривать как систему массового обслуживания (СМО) типа М/М/n/0, где М – входной и выходной пуассоновский потоки, – число каналов, 0 – число мест в очереди. Пусть СМО состоит из двух сот, каждая из которых использует nc физических каналов. Пусть каждый абонент делает в среднем один вызов в 30 минут, то есть λ=0,033 вызов/мин, а среднее время разговора Т=13 мин. Тогда интенсивность трафика будет равна

 ρ1 = λ*Т = 0,033*13 = 0,429 (Эрл) .

 

При заданной вероятности отказа(7%) и количеству физических каналов nc=22 значение трафика на одну соту по таблицам Эрланга будет равно

ρс = 13,105 (Эрл).

 

Тогда число абонентов, которые могут быть обслужены в пределах одной соты, определяется как

Lсот  =  ρс/ ρ1 = 13.105/0,429 = 30,547 (абонентов).              

Исходя из расчета необходимо, чтобы сеть имела 2 БС, каждая из которых могла реализовывать по 22 физических канала. Тогда необходимая вероятность отказа обслуживания будет обеспечена.


Рис.1 Сотовая структура сети


1.2. Проработка сценария взаимодействия сетевых объектов.

1.2.1. Обоснованный выбор способа организации физических каналов (ФК). Краткое описание процедуры множественного доступа служб L2-уровня к ФК, пояснение способа организации двустороннего обмена сообщениями. Расчет требуемого количества ФК, выбор и описание параметров речевого кодека.

В концепции проектируемой системы очевидно, что каждому пользователю при запросе на проведение услуг связи будет предоставляться свой физический канал с определённой пропускной способностью. Но, возможны ситуации, когда сразу несколько пользователей посылают запрос на БС, то есть на физический канал могут одновременно претендовать несколько «желающих», следовательно, необходима реализация алгоритма множественного доступа – предоставление физических каналов по требованию.  

Проанализируем поведение «участников» данной ситуации. Рассматривается случай, когда несколько терминалов одновременно узнали номер канала RACH и пытаются сделать по нему заявку к БС. Передаваемые блоки данных от разных терминалов в данном случае «смешиваются», накладываются друг на друга и возникают коллизии. Чтобы их избежать, применим в системе алгоритм множественного доступа к каналу RACH. В условиях нашей системы, когда по каналу RACH передаются очень короткие прерывистые заявки на предоставление индивидуальных каналов, целесообразнее всего использовать метод  ALOHA, основанный на следующем сценарии. Пусть два терминала одновременно решили сделать заявку к БС и одновременно захватывают канал RACH , отправляя по нему заявку. После отправки заявок оба терминала следят за каналом AGCH и ждут подтверждения от БС принятия заявки. При этом, базовая станция не смогла правильно принять ни одну заявку из-за возникших коллизий и ничего не отвечает терминалам по каналу AGCH. Не получив положительного ответа, терминалы выжидают в течение случайного времени и снова пытаются сделать заявку. Если время ожидания терминалов оказывается разным, то коллизий в канале RACH не возникает, а следовательно БС  реагирует на запросы каждого терминала положительным ответом и выделяет каждому терминалу запрашиваемый канал связи.

 

1.2.2. Краткий анализ развития событий, связанных с терминалом,начиная с момента его включения/активизации до момента его выключения.

Разберем функциональную схему системы. При включении абонентского терминала производится попытка обнаружения БС. Затем терминал выбирает БС с наилучшим показателем SNR  и производит попытку регистрации в сети. После успешной регистрации терминал готов к пользованию услугами данной сети. Для связи с другим терминалом пользователь выбирает номер абонента, с которым хочет осуществить соединение.  При наличии  свободных физических каналов БС проверяет свободен ли вызываемый абонент, в противном случае БС отказывает в обслуживании терминала. Если вызываемый абонент уже осуществляет соединение с другим терминалом, то вызывающему терминалу будет передан сигнал «Занято». Если же вызываемый абонент свободен, то соединение между ними состоится. Во время активного соединения БС проводит мониторинг: посылает терминалу уведомление увеличить/уменьшить уровень мощности. Реакция на данное уведомление: изменение уровня мощности.

 

 

 

1.2.3. Определение и краткая характеристика возможных режимов работы сетевых терминалов на основании описании п.1.2.2. Построение и описание графической диаграммы, отражающей взаимодействие режимов работы терминалов и поясняющей условия перехода терминалов из одного режима в другой.

Необходимо определиться, в каких режимах будет функционировать абонентский терминал. Один из режимов работы терминала  – активный. Это режим, в котором происходит непосредственный обмен пакетами сообщений между БС и мобильным терминалом. Рассмотрим подробнее функционирование абонентского терминала в свободном режиме (IDLE). 

В свободный режим абонентский терминал переходит  после включения,  и начинается процедура выбора сети. Выбор может осуществляться в автоматическом и ручном режимах.  При автоматическом поиске  терминал старается найти несущую BCCH той сети, в которой он была зарегистрирован до момента выключения. Если сеть не найдена, то осуществляется поиск сети из списка, сохраненного в прошивке. Если после проведенных процедур сеть так и не найдена, то терминал сканирует все доступные частотные каналы с целью поиска несущих BCCH. После выбора  сети МС из двух доступных сот определяет наиболее подходящую, исходя из определения уровня принимаемого сигнала.  После выбора соты следует операция перевыбора соты или выполнение процедуры обновления местоположения. Перевыбор соты осуществляется постоянно по завершению процедуры выбора соты с целью отслеживания МС сетью. МС постоянно сканирует уровень BCCH обеих. Обновление местоположения осуществляется с целью уведомления сети об изменении статуса терминала (включен/выключен) и с целью обновления местоположения. По окончании процедуры выбора соты МС должна заявить о себе, то есть осуществить нормальную процедуру обновления местоположения. Она заключается в следующем:  МС передает запрос на регистрацию в сети, то есть на предоставление ему индивидуального физического канала для передачи информации по каналу случайного доступа  RACH. БС, приняв по каналу RACH заявку от терминала, в случае ее одобрения резервирует для сеанса связи с текущим терминалом индивидуальный физический канал и по каналу разрешенного доступа AGCH передает терминалу номер выделенного индивидуального канала. После этого текущий терминал перестраивается на выделенный канал и освобождает канал RACH для других терминалов. Далее, по каналу SDCCH МС передает БС свой идентификатор. БС ищет полученный идентификатор в списке идентификаторов абонентов, находящимся в информационной подсистеме БС. Если такой идентификатор есть, то БС должна отправить терминалу сигнал подтверждения регистрации. Если терминал такого сигнала не получает, то он вновь осуществляет поиск сети.  После окончания процедуры регистрации МС переходит в режим IDLE

Очевидно, что большую часть времени терминал, как правило, находится именно в свободном режиме, тем самым обеспечивая энергосбережение.

1.2.5 Обоснование необходимости контроля качества канала связи.

Услуга  радиотелефонной связи включает различные виды соединений: для приема/передачи голосовой информации при установлении вызова:

 ▪ в сети подвижной радиотелефонной связи;

 ▪ с сетью связи общего пользования;

-для приема/передачи коротких текстовых сообщений;  

-для приема и передачи не голосовой информации.

Цель и задачи контроля:

Цель контроля:

-оценка соответствия показателей качества услуг подвижной радиотелефонной связи установленным требованиям.

Основные задачи контроля:

-проверка выполнения требований оператором связи по обеспечению качества услуг, включая проверку соблюдения установленных норм на показатели качества услуг связи;

-проведение процедур по сбору статистики, измерениям параметров и расчетам показателей качества услуг связи в рамках плановой и внеплановой проверок.

Условия и порядок проведения контроля

1. Особенностью измерения параметров качества услуг подвижной связи является то, что местонахождение конкретного абонента в общем случае неизвестно. Кроме того, абоненты находятся в некоторой зоне покрытия сети, в различных точках которой уровень полезных и помеховых сигналов на входе приемника абонентского терминала различен и постоянно изменяется, что влияет на качество предоставления услуг. Поэтому для оценки качества предоставления услуг подвижной связи следует использовать статистические методы оценки параметров качества, полученных от многих абонентов. Для получения статистического набора параметров в зависимости от местоположения абонента используют мобильные измерительные аппаратно-программные комплексы, которые в процессе своей работы имитируют нахождение абонента, пользующегося услугой подвижной связи, в различных точках зоны обслуживания.

2. Все требуемые параметры качества услуг подвижной связи должны быть измерены путем драйв-теста специализированным мобильным измерительным аппаратно- программным комплексом.

3. Маршрут драйв-теста должен проходить в заявленной оператором зоне обслуживания.

4. Маршрут должен, по возможности, захватывать границу зоны обслуживания, заявленную оператором.

5. Объезд маршрута должен проводиться в дневное время, в часы, близкие к часам наибольшей нагрузки на сеть.

6. Контроль параметров качества услуг подвижной связи должен осуществляться в соответствии со схемой, изображенной на рисунке 



7. В состав подсистемы радиодоступа сети связи оператора связи входит следующее оборудование:

-базовые станции;

-контроллеры базовых станций.

8. В состав опорной сети связи оператора связи входит следующее оборудование:

-центр коммутации связи;

-домашний регистр местоположения (HLR);

-гостевой регистр местоположения (VLR);

-регистр идентификации оборудования (EIR);

- центр аутентификации (AuC). 



Список литературы:

http://omoled.ru/publications/view/312

http://omoled.ru/publications/view/290

http://rkn.gov.ru/docs/Programma_i_metodiki_kontrolja_kachestva_sotovoj_svjazi1.pdf

http://www.itu.int/itudoc/itu-d/dept/psp/ssb/planitu/plandoc/erlangt.pdf-таблица эрланга