На правах рукописи

Кокорева Елена Викторовна

МЕТОДИКИ И АЛГОРИТМЫ ЭФФЕКТИВНОЙ ПЕРЕДАЧИ

ИНФОРМАЦИИ В ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СЕТЯХ

С ТЕХНОЛОГИЕЙ GPRS/EDGE

Специальность 05.12.13 – Системы, сети и устройства

телекоммуникаций

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва — 2007

Работа выполнена на кафедре Информатики и программного обеспечения вычислительных систем в Московском государственном институте электронной техники (техническом университете).

Научный руководитель Доктор технических наук, профессор Гагарина Лариса Геннадьевна

Официальные оппоненты Доктор технических наук, профессор Баринов Виктор Владимирович Кандидат технических наук, доцент Нагин Дмитрий Александрович

Ведущая организация ГУП НПЦ «Элвис»

Защита состоится «»2007 года в _: на заседании диссертационного совета _ при Московском государственном институте электронной техники (техническом университете) по адресу:

124498, Москва, Зеленоград, проезд 4806, МИЭТ

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИЭТ.

Автореферат разослан «» 2007 г.

Ученый секретарь Н.В. Воробьев диссертационного совета кандидат технических наук, профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Современные темпы развития информационных и телекоммуникационных технологий приводят к тому, что существующие программные средства для анализа, моделирования и оптимизации телекоммуникационных сетей, построенные на моделях Эрланга для однородного трафика в двухточечных каналах, перестают соответствовать современным требованиям.

В системах связи происходит повсеместный переход от моносервисных систем голосовой связи, действующих на принципах коммутации каналов, к мультисервисным системам коммутации пакетов для интегральной передачи голоса, данных, видео и др. с дифференциацией и управлением качеством услуг (QoS – Quality-ofServices). Наиболее востребованными на сегодняшний день являются услуги на основе технологии мобильной связи с пакетной коммутацией GPRS/EDGE – доступ в Интернет, WAP - доступ, e-mail, доступ в корпоративные сети, телематика. В связи с этим возникает необходимость в программных средствах моделирования вероятностновременных характеристик (ВВХ) систем связи для оценки качества услуг, основанных на теории многомерных распределенных очередей с приоритетным обслуживанием для интегрального трафика в многоточечных радиоканалах множественного доступа.

Наиболее распространенным методом расчета ВВХ телекоммуникационных систем является имитационное моделирование, а также аналитические методы, которые носят обычно вероятностный характер и строятся на основе понятий аппарата теории телетрафика, вероятностей и марковских процессов.

Исследованию проблем моделирования ВВХ телекоммуникационных сетей (ТКС) передачи данных посвящены работы Мархасина А.Б., Назарова А.А., Кузнецова Д.Ю., Фалина Г.И., Петрова М.Н. и др.

Существующие методы моделирования подобных систем имеют ряд недостатков, к числу которых следует отнести:

- представление входных потоков заявок как простейших, без учета их неоднородности, входных потерь и распределенных в пространстве очередей;

- во внимание не принимаются ошибки в канале, повторные потоки нагрузки по переспросам, реальные системные параметры протоколов и дисциплины приоритетного обслуживания.

Современные зарубежные программные средства, такие как COMNET III (CACI Products), BONes Designer (Alta Group of Cadence Design Systems) OPNET Modeler (MIL3), NETSYS (Cisco), Netmaker XA (Make Systems) и др. направлены в основном на построение имитационных моделей. Их основной недостаток – отсутствие информации о том, какие предположения и упрощения заложены в модели, поэтому ошибки моделирования выявляются только на последних стадиях проектирования сети.

Из отечественных средств аналитического моделирования вычислительных сетей следует отметить Комплекс программ аналитического моделирования систем и сетей массового обслуживания на основе методов диффузионной аппроксимации “ДИФАР” (МТУСИ).

Однако в составе данного комплекса нет систем с распределенной в пространстве очередью, которые служат для описания сетей пакетной передачи данных GPRS/EDGE.

Таким образом, задача моделирования вероятностно-временных характеристик телекоммуникационных сетей на современном этапе развития информационных технологий является актуальной и востребованной, как и задача улучшения вероятностно-временных характеристик путем адаптивного распределения сетевых ресурсов.

Целью диссертации является исследование и разработка средств моделирования вероятностно-временных характеристик канального уровня сетей GPRS/EDGE, с целью повышения эффективности обслуживания пакетных сообщений.

Согласно цели были выделены следующие задачи диссертационного исследования:

1. исследование методов аналитического и имитационного моделирования вероятностно-временных характеристик телекоммуникационных сетей;

';

2. создание формализованного представления задачи моделирования вероятностно-временных характеристик канального уровня сети GPRS/EDGE;

3. разработка методики аналитического моделирования вероятностно-временных характеристик канального уровня 4. разработка имитационной модели процессов обслуживания пакетных сообщений в сети GPRS/EDGE;

функционирования телекоммуникационных сетей с 6. программная реализация аналитической и имитационной моделей канального уровня сети GPRS/EDGE;

7. постановка и решение задачи улучшения вероятностновременных характеристик путем адаптивного регулирования параметра распределения ресурса канала.

Методы исследования. В диссертационном исследовании использованы методы теории вероятностей и математической статистики, теории случайных процессов, теории телетрафика, теории множественного доступа, теории графов. Основу разработки составили средства математического и имитационного моделирования и технология объектно-ориентированного программирования.

Научная новизна. В диссертационной работе осуществлено решение проблемы создания моделей и алгоритмов анализа телекоммуникационных сетей для протокола смешанного доступа канального уровня GPRS/EDGE и получены вероятностно-временные характеристики данных систем. Научная новизна проведенного исследования заключается в создании совокупности научнотехнических разработок, обеспечивших создание моделей и алгоритмов для решения задачи оценки качества функционирования сети с целью повышения ее производительности и уменьшения среднего времени задержки передачи пакетных сообщений.

В ходе диссертационных исследований получены следующие новые научные результаты:

1. Разработано формализованное представление задачи моделирования вероятностно-временных характеристик телекоммуникационных сетей с технологией GPRS/EDGE.

2. Предложена методика аналитического моделирования вероятностно-временных характеристик канального уровня GPRS/EDGE.

3. Разработан модифицированный алгоритм решения уравнения баланса интенсивностей нагрузок.

4. Разработана имитационная модель функционирования телекоммуникационной сети под управлением протокола канального уровня GPRS/EDGE.

5. Разработан алгоритм имитации процессов приоритетного обслуживания пакетных сообщений в сети GPRS/EDGE.

6. Предложена методика решения задачи повышения производительности и уменьшения среднего времени доставки сообщений в телекоммуникационных сетях GPRS/EDGE за счет адаптивного распределения ресурса полосы частот.

7. Разработан алгоритм решения задачи улучшения вероятностно-временных характеристик сети GPRS/EDGE за счет адаптивного распределения полосы частот.

8. Осуществлена программная реализация аналитической и имитационной моделей телекоммуникационной сети под управлением протокола канального уровня GPRS/EDGE для оценки показателей качества сети, а также задачи повышения эффективности использования канала.

Достоверность научных результатов соответствием результатов теоретического анализа реальному функционированию системы.

Успешное внедрение и функционирование разработанных методик и алгоритмов в системах мобильной связи показали, что адаптивное распределение ресурса полосы частот позволяет улучшить фактическую пропускную способность сети GPRS/EDGE в 1,8 раза.

Практическая значимость заключается в том, что основные положения, выводы и рекомендации диссертации ориентированы на телекоммуникационных сетей. Проведенные исследования и полученные результаты составляют теоретическую основу моделирования и построения программ моделирования вероятностновременных характеристик телекоммуникационных сетей.

Результаты исследования доведены до конкретных алгоритмов, методик и программных средств.

Самостоятельное практическое значение имеют:

телекоммуникационных сетей.

2. Алгоритм имитационной модели функционирования сети GPRS/EDGE путем адаптации параметра распределения 4. Использование разработанных методик и алгоритмов в университета информатики и телекоммуникаций в - Кокорева Е.В., Беленький В.Г., Зайцев А.Г. и др.

Методические указания к лабораторным работам. – - Кокорева Е.В., Ярославцев А.Ф., Основы теории массового обслуживания: Методические указания к лабораторным работам. – Новосибирск: СибГУТИ.

- Кокорева Е.В., Ярославцев А.Ф., Моренкова О.И.

Компьютерное моделирование: Методические указания к лабораторным работам. – Новосибирск: СибГУТИ.

5. Акты внедрения результатов диссертационной работы на автоматизированных системах связи ОАО «ОТИК-групп», Работа проводилась в рамках инновационной образовательной программы «Современное профессиональное образование для российской инновационной системы в области электроники». В результате выполнения работы получен сертификат: «Sun certified programmer for the JAVA 2 platform 1.4 (SAI)».

Личный вклад автора.

1. На основе аналитического обзора существующих методов и средств показана актуальность постановки и решения задачи создания моделей и алгоритмов моделирования вероятностно-временных характеристик телекоммуникационных сетей.

2. Разработана и верифицирована методика аналитического моделирования вероятностно-временных характеристик канального уровня сети GPRS/EDGE на основе решения уравнения баланса интенсивностей нагрузок.

3. Разработан модифицированный алгоритм решения уравнения баланса интенсивностей нагрузок.

4. Разработана имитационная модель функционирования сети под управлением протокола канального уровня GPRS/EDGE.

5. Разработан алгоритм имитации процесса обслуживания пакетных сообщений в сети GPRS/EDGE.

6. Разработан алгоритм решения задачи улучшения вероятностно-временных характеристик телекоммуникационных сетей GPRS/EDGE.

7. Осуществлена программная реализация аналитической и имитационной моделей для оценки показателей качества сети GPRS/EDGE.

моделирования.

9. Осуществлена программная реализация задачи повышения производительности сети GPRS/EDGE за счет адаптивного регулирования параметра распределения полосы частот.

Реализация полученных результатов. Диссертационная работа выполнялась в соответствии с планом научно-технических исследований кафедры "Информатика и программное обеспечение вычислительных систем» Московского государственного института электронной техники (технического университета) и являлась составной частью исследовательских мероприятий в рамках НИОКР «Разработка методологии практической подготовки студентов в рамках инновационных образовательных программ» Федеральной целевой программы развития образования на 2006-2010 годы.

Все работы по программной реализации средств моделирования ВВХ проводились под руководством или при непосредственном участии автора. Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе кафедры в материалах курсов «Технология программирования», «Теория языков и методы трансляции».

В результате проведенных исследований получены и выносятся на защиту следующие основные научные результаты:

1.Формализованное представление задачи моделирования вероятностно-временных характеристик сетей множественного доступа канального уровня GPRS/EDGE.

2.Методика моделирования вероятностно-временных характеристик телекоммуникационной сети с технологией GPRS/EDGE.

3.Имитационная модель функционирования сети под управлением протокола канального уровня GPRS/EDGE.

4. Методика решения задачи повышения производительности сети GPRS/EDGE за счет адаптивного регулирования параметра распределения полосы частот.

5.Модифицированный алгоритм решения уравнения баланса интенсивностей нагрузок.

6.Алгоритм имитации процесса обслуживания пакетных сообщений в сети GPRS/EDGE.

7.Алгоритм решения задачи улучшения вероятностновременных характеристик сети GPRS/EDGE за счет адаптивного распределения полосы частот.

моделирования вероятностно-временных характеристик телекоммуникационных сетей с технологией GPRS/DGE.

Апробация работы. Основные результаты и положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих семинарах и конференциях:

«Информатика и проблемы телекоммуникаций». — 3. The IEEE Siberian Workshop “Modern Communication Technologies – SIBCOM’2001”, Tomsk, 2001;

4. VIII Международная конференция «Связь-2004», ИссыкКуль, 2004;

«Информатика и проблемы телекоммуникаций». — информационные технологии». – Крым, Судак, МГИЭМ, Публикации. По результатам проведенных исследований опубликовано 13 печатных работ, из них 3 статьи, 5 публикаций без соавторов, 1 в изданиях ВАК.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4-х глав, заключения, списка литературы и приложений, содержащих листинги программ и акты внедрения результатов работы.

Работа изложена на 157 страницах (105 страниц основного текста), содержит 5 таблиц и 31 рисунок.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дана общая характеристика проблемы.

Обоснована актуальность темы диссертации. Сформулированы цели и задачи исследования. Показана научная и практическая значимость.

Перечислены положения, выносимые на защиту. Рассматривается структура диссертации и взаимосвязь отдельных глав.

В первой главе проводится анализ современных методов и средств моделирования вероятностно-временных характеристик телекоммуникационных сетей.

Рассматривается общая характеристика сетей связи в контексте эволюционного развития. Приведены характеристические особенности моделирования ВВХ сетей GPRS/EDGE.

телекоммуникационных сетей определяется вероятностно-временными характеристиками, основными из которых являются:

производительность сети, её пропускная способность, вероятность потери сообщения. Для решения задач расчета производительности и пропускной способности сетей могут применяться экспериментальные методы исследования, аналитическое и имитационное моделирование.

Существует довольно значительное количество пакетов программ, автоматизирующих процессы разработки и исследования моделей вычислительных систем и сетей. Большинство из этих программных пакетов предназначены для имитационного моделирования работы сетевых систем.

При аналитическом моделировании исследование процессов или объектов заменяется построением их математических моделей и исследованием этих моделей. Поскольку события, происходящие в телекоммуникационных сетях множественного доступа, носят случайный характер, то для их изучения наиболее подходящими являются вероятностные математические модели теории массового обслуживания.

Объектами исследования в теории массового обслуживания являются системы массового обслуживания (СМО) и сети массового обслуживания (СеМО).

Особенности моделирования телекоммуникационной сети GPRS/EDGE заключаются в том, она представляется m-канальной многомерной (с размерностью N) системой массового обслуживания вида M / G / m / n с приоритетами и неоднородной распределенной емкостями nik локальных составляющих, которые распределены в пространстве. На входе системы неоднородные пуассоновские потоки нагрузок приоритета.

Аналитически задачи расчета систем вида M / G / m / n трудно решить, не прибегая к упрощающим допущениям, с учетом ошибок, неоднородности входных нагрузок, реальных входных потерь и повторных потоков нагрузки по переспросам, реальных системных параметров протоколов и дисциплин приоритетного обслуживания (неопустошающее обслуживание, ограничение емкости очередей и т.п.).

В связи с этим возникает необходимость разработки методики аналитического моделирования наиболее приближенной к реальным условиям функционирования телекоммуникационной сети.

Результатом проведенных в первой главе исследований стали постановка задачи диссертации, а также формулировка цели и задач, способствующих ее достижению.

Во второй главе осуществлено построение аналитической и имитационной моделей канального уровня сети GPRS/EDGE, а также поставлена задача улучшения ВВХ сетевых систем.

В системах GPRS/EDGE используется протокол смешанного доступа: для канала запросов используется механизм свободного доступа (тактированная Алоха), для канала данных – механизм контролируемого доступа (резервирования). Классы обслуживания (QoS) пакетных сообщений характеризуются пятью параметрами:

приоритет; надежность; время задержки; максимальная скорость передачи и средняя скорость передачи.

Для анализа ВВХ телекоммуникационных сетей применяется метод баланса интенсивностей нагрузок (БИН). Обосновано применение метода к анализу ВВХ сетей GPRS/EDGE.

На первом этапе метода БИН определяются и выражаются через один промежуточный параметр интенсивности нагрузок в сечениях сети.

С помощью, введенного на втором этапе метода БИН понятия цикл обслуживания, являющегося обобщением понятия время обслуживания из теории массового обслуживания, СМО с распределенной очередью на рисунке 2 сводится к предложенной автором системе распределенных очередей, каждая из которых является СМО типа M / M / 1 / n на рисунке 3.

Для анализа этой совокупности «аналитичных» систем массового обслуживания можно использовать известные из теории массового обслуживания соотношения.

Полученное в диссертационной работе решение уравнения баланса интенсивностей нагрузок на третьем этапе метода БИН относительно промежуточного параметра F – интенсивности нагрузки в канале используется для получения ВВХ:

Рисунок 2 - Модель сети множественного доступа – СМО с • среднее время доставки (задержки) – очередей;

Rik = 1 (1 rGik ) [1 (1 q PAT q PacT q AckT ) aik ] включает в себя потери в канале и потери из-за переполнения очередей ограниченной емкости (входные потери);

успешно переданных пакетов);

пропускная способность - C = как максимум на множестве значений интенсивности входной нагрузки и, возможно, при условии выполнения ограничений на допустимые значения задержек и потерь.

Рисунок 3 - Система распределенных очередей Предложенное в диссертации имитационное моделирование телекоммуникационной сети на основе протокола канального уровня сети GPRS/EDGE включает в себя следующие этапы:

1. Определение системы – установление границ, ограничений и показателей эффективности сетевой системы.

2. Формулирование модели – переход от реальной системы к логической схеме - алгоритму процесса обслуживания пакетных данных в сети GPRS/EDGE.

3. Выбор представления входных и выходных данных.

4. Программная реализация модели процесса обслуживания на входном языке программы MATLAB.

5. Оценка адекватности – повышение до приемлемого уровня степени уверенности, с которой можно судить относительно корректности выводов о реальной системе, полученных на основании обращения к модели.

6. Экспериментирование – процесс осуществления имитации с целью получения желаемых данных.

7. Интерпретация – построение выводов по данным, полученным путем имитации.

8. Статистическая оценка полученных результатов.

Главные положения при построении имитационной модели:

- отображение абонентских мобильных станций структурными элементами модели;

- отображение каналов, выделенных под пакетную передачу данных, соответствующими объектами модели;

- отображение служебных и информационных пакетов соответствующими объектами модели.

Основными объектами модели являются:

Transmitt() - программные процессы;

LocBufPrior() - локальные приоритетные очереди пакетов;

ComBufPrior() – общая приоритетная очередь;

Каждой системе обслуживания в имитационной модели соответствует ее описание на языке программирования, называемое программным процессом. Активным становится состояние процесса, когда в нем реализуется некоторая последовательность действий.

Пассивным является состояние процесса, ожидающего выполнения условий его активации, например, передачи запроса, получения разрешения и т.д.

Очереди служат для хранения ожидающих обслуживания пакетных данных в соответствии с их приоритетом. Низкоприоритетные пакеты могут вытесняться из ограниченных очередей, как локальных, так и общей, при поступлении данных более высокого приоритета.

Основной единицей (объектом) имитационной модели является пакет (служебный или информационный), обладающий следующими свойствами: время поступления ArriveTime; класс приоритета Priority;

длительность Length; время передачи запроса RequestTime; время очередной попытки передачи информационного пакета AttemptTime;

количество неудачных попыток передачи пакета Number; время окончания успешной передачи TransmittTime.

На входе модели сети пуассоновский поток однопакетных сообщений с интенсивностью G.

Время моделирования измеряется в относительных единицах времени (ОЕВ) и ограничено заданной величиной ModelTime.

Задача повышения эффективности использования канала в телекоммуникационной сети GPRS/EDGE заключается в следующем:

Рассматривается система множественного доступа из N узлов, на входы которых поступают потоки однопакетных сообщений с Необходимо найти распределение интенсивностей обслуживания, которое обеспечивает улучшенные показатели качества обслуживания:

Таким образом, разработана методика аналитического моделирования сетей GPRS/EDGE на основе решения уравнения баланса интенсивностей нагрузок, разработана имитационная модель функционирования сети, поставлена задача повышения производительности и снижения задержки передачи пакетных сообщений в сети GPRS/EDGE.

аналитического и имитационного моделирования, а также алгоритма решения задачи повышения производительности ТКС GPRS/EDGE. При этом учитываются следующие параметры: количество классов приоритета K; количество каналов, отведенных под пакетную передачу данных m; вероятность ошибки на бит - BER; средняя длительность информационного пакета T (ОЕВ); емкости буферов nik; ограничения на количество повторных передач пакетов k-х классов приоритета aik;

скважность передачи запросов i-ми абонентами si.

Схема алгоритма решения уравнения баланса интенсивностей нагрузок представлена на рисунке 4.

Рисунок 4 - Схема алгоритма решения уравнения баланса сообщений в сети GPRS/EDGE представлена на рисунке 5.

да П ереполнение Рисунок 5 - Схема алгоритма имитации процесса обслуживания В процессе моделирования идет подсчет успешно переданных пакетов, времени доставки каждого пакета и потерь (входных и канальных). По истечении времени моделирования подсчитываются средние значения и среднеквадратические отклонения характеристик для каждой расчетной точки. Оцениваются полученные показатели, определяются доверительные интервалы. Степень точности определяется величиной флуктуации случайного фактора (дисперсией):

где N – объем выборки, Di - время доставки i-го пакета, D время доставки, усредненной по всем N пакетам.

Для определения точности результатов имитации оцениваем доверительные интервалы. Если мы имеем оценку X истинного среднего совокупности, мы определяем верхнюю и нижнюю границы интервала, так, чтобы вероятность попадания истинного среднего в интервал, заключенный между этими границами, равнялась некоторой заданной величине (доверительная вероятность) следующим образом:

где X – выборочное среднее, – вероятность того, что интервал ( ± d) содержит X.

После моделирования всех расчетных точек строятся зависимости показателей качества функционирования сети – среднего времени доставки сообщения и вероятности потери сообщения от входной нагрузки.

Задача повышения эффективности использования канала в телекоммуникационных сетях состоит из двух подзадач: увеличения производительности системы и уменьшения среднего времени доставки.

Решение задачи заключается в нахождении распределения интенсивностей обслуживания, обеспечивающих улучшение заданных характеристик.

Найденное решение будет иметь вид:

сети.

Задача сводится к адаптивному регулированию параметра s (i ) скважности передачи запросов i-ми абонентами.

Схема алгоритма решения задачи повышения эффективности телекоммуникационной сети приведена на рисунке 6.

В четвертой главе приведены результаты моделирования.

На основе построенных в главе 2 методик и разработанных в главе 3 алгоритмов автором разработан пакет программ анализа, моделирования и адаптивного регулирования параметра распределения полосы частот в телекоммуникационных сетях с технологией GPRS/EDGE. Пакет содержит три программных модуля, каждый из которых служит для решения одной из вышеперечисленных задач.

Для программной реализации задач моделирования и оптимизации выбрана среда Matlab. Выбор обусловлен наличием в пакете большого количества функций линейного программирования, реализующих различные методы (симплекс, градиентный, линейного поиска и др.), которые используются в диссертационной работе для решения уравнения баланса и адаптивного регулирования, а, кроме того, наличием в пакете развитых графических средств для ввода исходных данных и вывода результатов.

Результаты моделирования приведены на рисунках 7, 8.

Вероятностно-временные характеристики получены для сети из 1024 терминалов, сгруппированных по интенсивности входной нагрузки (группы 1-4), четырех классов приоритетного обслуживания (QoS).

Вероятность ошибки на бит – 0.0001.

Рисунок 6 - Схема алгоритма решения задачи улучшения вероятностновременных характеристик сети GPRS/EDGE за счет адаптивного Рисунок 7 - ВВХ для специализированной нагрузки (Маркерами показаны результаты имитационного моделирования) Как можно видеть на рисунке 7, при интенсивности входной нагрузки 0.6 Эрл достигается обеспечение QoS. При этом, значение вероятности потерь – 10-9, 10-4 и 10-2 для пакетов первого, второго и третьего классов приоритета соответственно. Дальнейшего улучшения характеристик можно добиться за счет адаптивного распределения ресурса полосы частот.

Для имитационной модели время моделирования составило 100000 ОЕВ в связи с репрезентативностью выборки статистических данных. Были сгенерированы случайные последовательности моментов времени поступления пакетов в систему, а далее в соответствии со схемой алгоритма на рисунке 5 происходила имитация процесса обслуживания пакетных сообщений в сети GPRS/EDGE.

В таблице 1 приведено сравнение среднего времени доставки (задержки), полученного в результате имитационного и аналитического моделирования для пакетов первого класса, а также его дисперсия и доверительные интервалы 1.

Таблица 1 - Результаты аналитического и имитационного Рисунок 8 - ВВХ для неспециализированной нагрузки Доверительная вероятность 0. На рисунке 9 показаны результаты работы программы повышения эффективности использования канала за счет адаптивного распределения полосы частот. Приведены зависимости производительности системы от интенсивности входной нагрузки G.

Можно видеть, что при G = 0.5 значения производительности составляют для первого класса приоритета при заданном распределении ресурса – 0.26 Эрл, при адаптивном – 0.35 Эрл; для второго класса – 0.15 Эрл и 0.25 Эрл соответственно и для третьего – 0.01 Эрл и 0. Эрл. Таким образом, в результате применения предложенных программных средств эффективность использования канала увеличилась в 1.89 раза. Сильнее всего это отражается на нагрузке низкого класса приоритета, т.к. при заданном распределении ресурса она почти полностью вытесняется пакетами более высокого класса.

Рисунок 9 - Производительность сети: а – при заданном распределении ресурса; б – при адаптивном распределении ресурса Полученные зависимости помогают оценить качество функционирования сети GPRS/EDGE, а адаптивное распределение ресурса полосы частот распределения сетевых ресурсов улучшить фактическую пропускную способность канала в 1,89 раза.

В заключении диссертации сформулированы основные выводы и полученные результаты.

В приложениях приведены листинги программной реализации задачи анализа, моделирования и оптимизации вероятностно-временных характеристик сетей множественного доступа, а также акты внедрения результатов диссертационной работы.

В диссертационной работе решена научная проблема создания методик и алгоритмов, обеспечивающих повышение эффективности использования канала, и разработки на их основе комплекса программных средств моделирования вероятностно-временных характеристик телекоммуникационных сетей с технологией GPRS/EDGE. При этом получены следующие основные научные и практические результаты.

1. Создано формализованное представление задачи моделирования вероятностно-временных характеристик сети GPRS/EDGE и обосновано применение метода баланса интенсивностей нагрузок для получения аналитических 2. Представлена и верифицирована методика аналитического моделирования на основе решения уравнения баланса интенсивностей нагрузок.

3. Разработана имитационная модель функционирования сети под управлением протокола канального уровня GPRS/EDGE.

4. Разработан модифицированный алгоритм решения уравнения баланса интенсивностей нагрузок.

5. Разработан алгоритм имитации процесса обслуживания пакетных сообщений в сети GPRS/EDGE.

6. Предложена и верифицирована методика решения задачи повышения эффективности использования канала за счет адаптивного распределения ресурса полосы канала.

7. Разработан модифицированный алгоритм решения задачи улучшения вероятностно-временных характеристик сети GPRS/EDGE за счет адаптивного распределения полосы частот.

8. Разработаны и внедрены программные средства для оценки качества функционирования сети GPRS/EDGE методами аналитического и имитационного моделирования.

9. Получены статистические оценки моделирования. Эти оценки позволяют судить о том, что результаты аналитического и имитационного моделирования совпадают с вероятностью 0.95.

10. Разработан и внедрен программный модуль для решения задачи улучшения характеристик сети GPRS/EDGE, опытная производительность системы в 1.8 раза.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ОСНОВНЫМ РЕЗУЛЬТАТАМ

ДИССЕРТАЦИИ

1. Гагарина Л.Г., Кокорева Е.В. Пакет программ для анализа вероятностно-временных характеристик сетей GPRS // Известия вузов. Электроника. – М. 2007. № 4. С 58-64.

2. A. Markhasin, E. Kokoreva, The 3G GPRS mobile systems problem of the traffic analyse and dynamic control of QoS // The IEEE Siberian Workshop “Modern Communication Technologies – SIBCOM’2001”, Tomsk, November 28-29, 2001. – P. 111-113.

3. Кокорева Е.В. Оптимизация распределения ресурсов пропускной способности в мобильных сетях GSM/GPRS // Техника и технология. – М.: Спутник+. 2007. № 4. С. 22-23.

4. Кокорева Е.В. Анализ вероятностно-временных характеристик систем АТМ // Материалы Российской НТК «Информатика и проблемы телекоммуникаций». – Новосибирск, СибГУТИ, 5. Кокорева Е.В. Об исследовании вероятностно-временных характеристик широкополосных распределенных сетей АТМ // Материалы международной НТК «Информатика и проблемы телекоммуникаций». – Новосибирск, СибГУТИ, 1997. – С. 164Мархасин А.Б., Кокорева Е.В. Об анализе характеристик распределенных сетей АТМ // Материалы Российской НТК Новосибирск, СибГУТИ, 1996. – С. 80-81.

7. Кокорева Е.В. и др. Игровая задача динамического управления трафиком и качеством обслуживания в широкополосных распределенных сетях АТМ // Материалы Российской НТК Новосибирск, СибГУТИ, 1996. – С. 78-79.

8. Мархасин А.Б., Кокорева Е.В. Задача анализа телетрафика в мобильных сетях 3-го поколения на примере GPRS // 6-й Международный Бизнес-Форум “Мобильные системы’2001”.

Доклады, т. 1. М., МЦНТИ, 2001. – С. I-175 - I- 9. Markhasin A., Kokoreva E., Karpenok D. Analytical Comparing of the QoS-Oriented MAC Protocols for Future Global All-IP-ATM Wireless Communications Environment // 8-я Международная конференция «Связь-2004», Иссык-Куль, 22 августа - 29 августа 2004. – том 2. – С. 197-207.

10. Тюкачев И.А., Кокорева Е.В., Карпенок Д.В. Оптимизация распределения пропускной способности в мобильных сетях GSM/GPRS // Материалы Российской НТК «Информатика и проблемы телекоммуникаций». — Новосибирск, СибГУТИ, 11. Кокорева Е.В. Разработка пакета программ для анализа вероятностно-временных характеристик сетей GPRS // XV Международная школа-семинар «Новые информационные технологии». – Крым, Судак, 20-27 мая 2007. – С 137.

12. Гагарина Л.Г., Кокорева Е.В., Виснадул Б.Д., Технология разработки программного обеспечения: учебное пособие / под ред. Л.Г. Гагариной. – М.: «ФОРУМ»: ИНФРА-М, 2007. – 400 с.

13. Кокорева Е.В. Разработка аналитической модели протокола MAC/RLC канального уровня сети GPRS // Техника и технология. – М.: Спутник+. 2007. № 4. С. 19-21.

Отпечатано в типографии МИЭТ