Подходы к планированию 3G и 4G сетей подвижной связи с учетом требований к качеству услуг доктор технических наук профессор Бабков Валерий Юрьевич

показатели и критерии качества услуг качество обслуживания абонентов мобильной связи (QoS - Quality оf Service) критерии качества - требование потребителя к услуге показатели качества – численные характеристики услуги: технические организационные удовлетво- ренность абонентов обслужива- ниемудовлетво- ренность абонентов обслужива- нием правиль- ность тарификацииправиль- ность тарификации скорость ремонтаскорость ремонта доступность связидоступность связи непрерывнос ть связинепрерывнос ть связи качество передачи информациикачество передачи информации скорость установления соединенияскорость установления соединения

Концепция управления QoS основа основа Концепции QoS - служба обмена данными на сети архитектура архитектура службы обмена многоуровневая, основные службы: обмена данными сети радиодоступа обмена данными базовой сети класс, параметры класс, параметры обмена данными, их величину определяют классы трафика: речевой потоковый интерактивный фоновый Алгоритмы управления качеством Алгоритмы управления качеством: в плоскости управления в плоскости пользователя

Управления качеством услуг при передаче мультимедийного трафика Управления качеством услуг при передаче мультимедийного трафика должны осуществляться на основе : 1. Стандартных процессов управления качеством обслуживания мультимедийным трафиком по принципам функционирования и характеру воздействия ключевым фактором гарантированного предоставления требуемого качества пользователям различных видов услуг с мультимедийным трафиком является планирование и оптимизация сетей 2. Алгоритмов управления качеством в рамках концепции QoS совершенствование алгоритмов, позволяющих эффективно распределять ресурсы радиосети между услугами, обеспечивает повышение качества предоставления мультимедийных услуг передачи данных 3. Методики мониторинга сети необходимость в эффективном анализе функционирования и своевременного обнаружения неисправностей, высокий уровень обслуживания, ожидаемый абонентами, требует круглосуточного контроля состояния сетей с использованием современных средств наблюдения

Процессы управления Процессы управления мультимедийным трафиком различаются по принципам функционирования и характеру воздействия: стратегические - планомерное развитие инфраструктуры сети с учетом распределения нагрузки и типов предоставляемых услуг оперативные - выполняемые службой управления сети (коррекционное воздействие для поддержания качества функционирования сети) автономные автоматизированные - обслуживающие каждое соединение Внешние факторы Пользователи Услуги Уровни QoS Сеть Измерения Диагностик а Управление Адаптация Мониторинг Управление Уровень внешних воздействий Сетевой уровень Уровень сетевого мониторинга Канальный уровень Уровень управления Система управления сетью - циклическая многоуровневая структура, обеспечивающая: заданный уровень обслуживания требуемую пропускную способность запланированный уровень покрытия

Содержание процесса управления качеством услуг планирование нормативного уровня качества услуг (определение показателей, норм и методик измерений); предоставление услуг (выполнение работ по эксплуатации программно-аппаратных средств и обслуживанию абонентов); контроль качества услуг (проведение внутренних проверок качества услуг и сравнение достигнутых значений качества с нормативными значениями); улучшение качества услуг (анализ состояния процесса оказания услуг, планирование более высоких показателей качества услуг).

ключевые принципы системы менеджмента качества: ориентация на потребителя вовлечение работников предприятия в деятельность по управлению качеством эффективность управления определяется существующей организационной структурой процессный подход в управлении качеством услуг - переход с функционального управления на управление результатами принятие решений, основанных на фактических данных и событиях управление качеством и организационная структура основные типы организационной структуры: линейная функциональная линейно-функциональная линейно-штабная для оператора сотовой связи для оператора сотовой связи целесообразно внедрение линейно-штабной структуры, как наиболее ориентированной на работу с пользователем

Методы оценки передачи голоса и данных Методы оценки голоса: объективной и субъективной субъективно-статистической измерение качества восприятия речи (PSQM) «Е-модель» принцип «Е-модели». уравнение: R - рейтинг качества передачи речи R - рейтинг качества передачи речи (transmission ratings) R = Ro - Is - Id - Iе + А, Ro – отношение сигнал/шум Is – степень ухудшения тракта (перегрузки, шумом квантования и др.) Id - ухудшение тракта (задержка распространения радиосигнала) Ie – снижение качества передачи (включенные в тракт устройствами обработки речи) А – коэффициент ожидания, подсознательнол определяемый эмоциональным настроем пользователя Методы оценки для сетей с коммутацией каналов: доступность услуги время установления соединения относительное число выполненных вызовов методы оценки для сетей с коммутацией пакетов: определяются требованиями к классам трафика режимы предоставления - гарантированный (AM - assured mode) - негарантированный (NAM - non- assured mode) основные уровни/типы QoS для IP сетей : «лучшее из возможного» (best effort) - передача данных без каких либо гарантий с предпочтениями /приоритетами (non- guarantee) в зависимости от типа трафика гарантированный сервис (guarantee)

Мониторинг как средство управления качеством услуг Под мониторингом понимается процесс сбора информации о состоянии контролируемых объектов, а также анализа и обработки получаемой информации в интересах различных управляющих систем и персонала, обслуживающего сеть и принимающего решения. Система мониторинга – это информационная система, ориентированная на реализацию процесса сбора, аналитическую обработку и представление информации в удобном для восприятия виде.

Концептуальная модель системы мониторинга

Методика мониторинга I. контроль за состоянием элементов II. контроль за состоянием сети III. контроль и управление обслуживанием IV.административное управление и оптимизация система мониторинга система мониторинга – информационная система для сбора, аналитической обработки и представление информации в удобном для восприятия виде архитектура архитектура: центральный сервер удаленные модули тестирования основные функции основные функции: автоматический контроль состояния сети в реальном режиме времени анализ протоколов трассировка вызовов статистика выявление мошенничества роуминг-статистика; анализ ключевых показателей производительности сетей

Функции мониторинга по содействию оператору поиск неисправностей в сети; контроль функционирования сети; оптимизация сети; ввод в действие новых компонентов сети, новых продуктов и услуг; гарантия качества предоставляемых услуг; сокращение времени выхода на рынок новых услуг; сокращение оттока абонентов; наблюдение за абонентской базой; работа по устранению жалоб абонентов; обнаружение мошенничества; оценка качества межоператорского взаимодействия.

Мониторинг качества сети мониторинг основных технических показателей: нагрузка общая и первичная (голос и ПД) количество соединений: всего и успешных (голос и ПД) неуспешные соединения: по вине р/интерфейса или системных сбоев объемы трафика и средние скорости ПД «вверх» и «вниз» и т.д. исходные данные для контроля качества сети: мониторинг и анализ основных параметров качества сети; драйв – тесты анализ жалоб абонентов исследование работы абонентского оборудования Анализ качества работы сети осуществляется в реальном времени на основе исходных данных и включает в себя статистическую обработку и генерацию отчетов На примере сети «Скай Линк» CDMA2000 1X EV-DO П роблемы развития: 1.становление в условиях серьезной конкуренции 2.необходимость быстрого развития сети, опережающего темпы роста абонентской базы

14 При построении сети делаем следующие допущения: 1. Плотность абонентского трафика по территории обслуживания постоянна 2. Соты одинаковых размеров 3. Активность абонентов постоянна от одной соты к другой 4. Обеспечивается быстрое управление мощностью передатчиков, как в обратном, так и в прямом направлениях связи 5.Морфоструктура местности однотипна 6. Параметры приемопередающих станций одинаковы Алгоритм частотно-территориального планирования

15 Построение начального приближения сети Этап 1. Определение числа каналов трафика на сектор из эмпирической зависимости числа обратных каналов трафика от вероятности битовой ошибки различных вариантах загрузки сети. 1-окружающие соты пусты 2-система загружена на система загружена на система загружена полностью По данной зависимости оценивается допустимое число каналов трафика на сектор. Этап 2. Определение пространственных параметров сети. число абонентов, обслуживаемых одной базовой станцией в час наибольшей нагрузки число базовых станций в сети – радиус соты, исходя из площади требуемой зоны обслуживания сети и необходимого числа BS Таким образом, на этом этапе планирования находится число базовых станций и максимальный радиус сот, исходя из абонентской плотности (нагрузки).

16 Этап 3. Определение параметров базовых станций Решение задачи сводится к определению мощности передатчика BS при заданных параметрах радиооборудования. Необходимо оценить соотношение сигнал/помеха на входе приемника сети, опираясь на модель сети: Изображен наиболее неблагоприятный с точки зрения приема случай, когда мобильный абонент находится на границе трех сот.При найденном значении соотношения с/п на вх. Приемника MS, можно найти мощность передатчика BS. Методика определения максимальной мощности передатчика BS. 1.По требуемой вероятности связи с достоверностью не хуже заданной определяются допустимые значения параметра по формуле: 2. Рассеяния превышение уровня сигнала над уровнем помех 3. Требуемое среднее превышение уровня сигнала над уровнем помех на входе приемника MS по формуле: 4.Средний уровень сигнала на входе приемника для обеспечения заданной вероятности связи: 5.Находим выходную мощность приемника BS, в нашем случае она равна мощности пилотного сигнала BS 6.Суммарная мощность передатчика BS находится по формуле: 2R2R R R

Адаптивные схемы модуляции и кодирования в высокоскоростном нисходящем канале HSDPA

Высокоскоростной сегмент WCDMA HSDPA базируется на высокоскоростном общем нисходящем канале (High-Speed Downlink Shared Channel - HS-DSCH), способном поддерживать высокие скорости передачи данных. Технология позволяет обслуживать разных пользователей, осуществляя мультиплексирование с временным и кодовым разделением, то есть идеально подходит для обработки прерывистого пакетного трафика в многопользовательской среде. HSDPA можно передавать в три раза больше данных и поддерживать вдвое больше мобильных пользователей на одну соту. HSDPA значительно улучшает качество предоставляемых абоненту мультимедийных услуг ( за счет высокой скорости передачи задержка становится неощутимой, а объем передаваемой информации увеличивается).

Распределение ресурсов WCDMA Кодовый ресурсРесурс по мощности

Количество абонентов при различной загрузки сети WCDMA R99

Распределение скоростей передачи данных в обратном канале в зоне обслуживания базовой станции при работе в режиме мобильного Интернета

Характеристики прямого канала при работе в режиме мобильного Интернета Адаптивные схемы модуляции и кодирования Требуемое отношение сигнал/помеха в прямом канале

Распределение скоростей передачи данных в прямом канале в зоне обслуживания базовой станции при работе в режиме мобильного Интернета

Распределение скоростей передачи данных в зоне обслуживания Канал «вниз» Канал «вверх»

Пропускная способность сектора

LTE 3 МГц LTE 5 МГц LTE 10 МГц LTE 1.4 МГц GSM 10 МГц Реформирование спектра GSM под спектр LTE

Полоса частот, занимаемая системой LTE Разнесение по частоте 10 МГц (50 ресурсных блоков) 5 МГц 5 МГц (25 ресурсных блоков) 2.5 МГц 3 МГц (15 ресурсных блоков) 1.6 МГц 1.4 МГц (6 ресурсных блоков) 0.8 МГц Требуемое разнесение по частоте стандартов LTE и GSM, работающих в общей полосе частот. Ресурсная сетка LTE при стандартном шаге поднесущих

Тип зоны Городская Пригородная СтандартGSM 900LTE 900GSM 1800LTE 1800LTE 900LTE 1800 Радиус зоны покрытия, км Зоны покрытия базовых станций на линии «вверх» в сети GSM/LTE Тип зоны Городская Пригородная СтандартGSM 900LTE 900GSM 1800 LTE1800LTE 900LTE 1800 Радиус зоны покрытия, км Зоны покрытия базовых станций на линии «вниз» в сети GSM/LTE

Модуляция, тип кодирования Полоса частот, МГц Число ресурсных блоков QPSK, 1/ QAM, 1/ QAM, 3/ QAM, 3/ QAM, 3/ QAM, 1/ QAM, 1/ QAM, 1/ Модуляция, тип кодирования Полоса частот, МГц Число ресурсных блоков QPSK, 1/ QAM, 1/ QAM, 3/ QAM, 1/ QAM, 3/ QAM,1/ Скорость передачи данных в канале «вниз» (Мбит/с) Скорость передачи данных в канале «вверх» (Мбит/с)

Ширина канала, МГц1, Число ресурсных блоков Число поднесущих Число номинальных несущих для БПФ Тактовая частота для БПФ, МГц1,923,847,6815,3623,0430,72 Параметры канала передачи между БС и АУ Максимальная скорость передачи в канале «вверх» (Мбит/с) Ресурсные блоки Модуляция и кодирование Бит/символ1.4 МГц3 МГц5 МГц10 МГц15 МГц20 МГц QPSK 1/ QAM 1/ QAM 3/ QAM 1/ QAM 3/ QAM 1/

Ресурсные блоки Модуляция и кодирова ние Бит/символИспользование MIMO 1.4 М Г ц 3 МГц5 МГц10 М Г ц 15 М Г ц 20 М Г ц QPSK 1/ QAM 1/ QAM 3/ QAM 3/ QAM 3/ QAM 1/19.02x2 MIMO QAM 1/112.02x2 MIMO QAM 1/124.04x4 MIMO Максимальная скорость передачи в канале «вниз» (Мбит/с)

Распределение скоростей передачи данных в канале «вверх» в зоне обслуживания БС Модель распространения, радиус зоны покрытия, км Скорости передачи данных в канале «вверх», Мбит/с 2,51025 Большой город, радиус1,310,7 Пригород, радиус1,51,10,85

Распределение скоростей передачи данных в канале «вниз» в зоне обслуживания БС Модель распространения, радиус зоны покрытия, кмСкорости передачи данных в канале «вниз», Мбит/с 520,150,4 Большой город, радиус2,51,71,2 Пригород, радиус3,72,51,8

Классификация услуг и требуемая скорость передачи Класс услугиТип услугиСкорость передачи, кбит/с РазговорныйVoIP4 – 64 Видео конференции32 – 384 ПотоковыйМузыка/речь5 – 128 Видео клипы20 – 384 Фильмы в режиме реального времени> 2000 ИнтерактивныйПросмотр вэб страниц> 500 Интерактивные игры50 – 85 ФоновыйЗагрузка фильмов> 1000 FTP> 500 Электронная почта> 500

Максимальное число абонентов единовременно работающих в сети УслугаМаксимальное число абонентов Большой городПригород Интерактивные игры Видео конференция Музыка/речь Видео клипы Фильмы в режиме реального времени7363 Просмотр вэб страниц и Загрузка фильмов FTP295254

Количество пользователей мобильного Интернета в ЧНН