4.2. Эффективность динамического присвоения частот сетям сотовой связи стандарта gsm с приоритетом трансиверов в зонах с эпизодическим повышением трафика (задача с2.1.2)

При проектировании сотовых сетей связи статистически устойчивые различия трафика в зонах развёртывания обеспечиваются установкой соответствующего числа базовых станций, выбором угловых размеров секторов, величины их взаимного перекрытия и числа трансиверов в каждом секторе. Все эти меры, в конечном счете, обусловливают необходимость увеличения числа выделяемых для постоянного использования частотных каналов в зонах с повышенной интенсивностью трафика. Однако в ряде случаев возрастание интенсивности трафика имеет эпизодический характер, что может быть обусловлено, к примеру, проведением массовых общественно-политических либо спортивных мероприятий. Рациональным в этих случаях было бы адаптивное (динамическое) подключение дополнительных трансиверов с приоритетным присвоением им соответствующих частотных каналов в тех секторах, в которых интенсивность трафика превысила номинальный уровень, при сохранении действующего частотного плана. При её снижении дополнительные трансиверы автоматически отключаются, а частотные каналы освобождаются и могут вновь использоваться при необходимости другими базовыми станциями. В целях исследования эффективности предложенного алгоритма необходимо провести оценку требуемого числа дополнительных частотных каналов для сотовой системы связи в зависимости от степени превышения интенсивности трафика своей номинальной величины в зонах отдельных базовых станций или их групп. Известные системы автоматизированного проектирования сетей сотовой связи [38] не включают такую задачу.

Для решения поставленной задачи была разработана специальная имитационная математическая модель, воспроизводящая процессы эпизодического изменения трафика в сети и реализующая процедуру динамического присвоения частот. Апробация этой модели производилась применительно к сети сотовой связи стандарта GSM 900 (оператор «ВымпелКом») в Москве и Московской области. Рассматриваемый вариант сети описан в п.3.4. Считалось, что для реализации динамического присвоения частот в тех секторах, в которых интенсивность трафика () эпизодически может превышать номинальный уровень (_ном), установлены резервные трансиверы. Число работающих трансиверов (а следовательно, и число присваиваемых частотных каналов) в том или ином секторе (i) в каждый момент времени определяется относительной интенсивностью трафика в зоне размещения соответствующей базовой станции . Предполагается, что величина _i в каждом секторе автоматически контролируется. Данные контроля передаются в центр коммутации, где на основе этих данных оперативно решается задача частотного планирования.

Процесс эпизодического повышения интенсивности трафика в зоне отдельных базовых станций (или группы базовых станций) воспроизводился на основе заданных распределений вероятности повышения трафика для различных базовых станций (p_i). При задании (p_i) предполагалось, что наиболее вероятным является повышение трафика в зонах базовых станций №1 (Манеж), №21 (Шереметьево), №30 (Динамо), №20 (Химки). Рассматривался также случай превышения трафика одновременно в зонах базовых станций Садового кольца (№1, 2, 3, 25, 71, 125). На рис. 4.7 представлена схема расположения базовых станций, в зоне которых моделировалось эпизодическое повышение трафика. Распределение (_i) было принято равномерным в пределах =1…10.

Задача динамического присвоения частот в рассматриваемой сети решается с использованием алгоритма, представленного в п.3.4 (исключая описанную там процедуру упорядочивания базовых станций). При динамическом присвоении частот высшим приоритетом обладают базовые станции, в зоне которых повышается трафик.

Исследовались зависимости требуемого числа частотных каналов (M_тр) для рассматриваемой сотовой сети и максимального номера используемого частотного канала (M_max) от степени превышения интенсивности номинального трафика () в зоне отдельных базовых станций (БС₁ – Манеж, БС₂₀ – Химки, БС₂₁ – Шереметьево), а так же в зоне одновременно шести базовых станций Садового кольца (БС_{1,2,3,25,71,125} – Манеж, Толмачёвский пер., Земляной вал, Сивцев вражек, Большая садовая, Сухаревская пл.).

Рис.4.7. Схема расположения базовых станций оператора «Вымпелком», в зоне которых моделировалось эпизодическое повышение трафика

На рис. 4.8, 4.9 указанные зависимости представлены для случая, когда частотные ограничения для базовых станций отсутствуют (сквозные частотные каналы), а общее количество выделенных каналов – 100 (недоступны лишь 24 канала из 124, которые используются для управления).

Рис. 4.8. Зависимости требуемого числа частотных каналов от степени превышения интенсивности номинального трафика для случая, когда выделено 100 каналов и частотные ограничения для базовых станций отсутствуют

Рис. 4.9. Зависимости максимального номера используемого частотного канала от степени превышения интенсивности номинального трафика для случая, когда выделено 100 каналов и частотные ограничения для базовых станций отсутствуют

Результаты показывают, что метод динамического присвоения частот дополнительно подключаемым (при возрастания трафика) трансиверам в зоне отдельных базовых станций, а так же в группе станций обеспечивает обслуживание трафика с интенсивностью (), в 6…10 раз превышающей номинальную, при реально выделенном для сети числе частотных каналов М_тр40…50. Однако максимально используемый номер частотного канала при этом достигает 100.

На рис. 4.10, 4.11 зависимости М_тр(), М_max() приведены для случая, когда выполняются указанные в п.3.4 частотные ограничения, установленные для рассматриваемой сети органами радиочастотной службы.

Рис. 4.10. Зависимости требуемого числа частотных каналов от степени превышения интенсивности номинального трафика для случая, когда выполняются установленные частотные ограничения

Результаты показывают, что в этих условиях метод динамического присвоения частот обеспечивает обслуживание трафика с интенсивностью, не более, чем в 2…3 раза, превышающей номинальную, при М_тр не более 20. Это определяется в значительной степени тем, что установлено ограничение на максимально используемый номер частотного канала (№74). Если это ограничение исключить, а оставить лишь ограничение на общее число используемых сетью частотных каналов и ограничения на выбор каналов для отдельных базовых станций, то, как показывают приведённые на рис.4.12, 4.13 зависимости М_тр() и М_max(), эффективность метода динамического присвоения частот существенно увеличивается, поскольку обеспечивается обслуживание трафика с интенсивностью, в 5...6 раз превышающей номинальную, при требуемом для сети числе каналов 30...40.

Рис. 4.11. Зависимости максимального номера используемого частотного канала от степени превышения интенсивности номинального трафика для случая, когда выполняются установленные частотные ограничения

Проведённые исследования позволяют рекомендовать органам радиочастотной службы выделять частотные каналы оператору сотовой связи GSM-900 не в виде подряд следующих номеров, а с перекрытием таким образом, что бы оператор, ограниченный общим числом выделенных частотных каналов, имел возможность присвоения частот в широком диапазоне изменения их номеров. Это позволит использовать в сети сотовой связи алгоритм динамического присвоения частот при эпизодическом превышении номинального трафика в зонах отдельных базовых станций или их групп.

Рис. 4.12. Зависимости требуемого числа частотных каналов от степени превышения интенсивности номинального трафика для случая, когда выделено 100 каналов и выполняются установленные частотные ограничения для отдельных базовых станций

Рис. 4.13. Зависимости максимального номера используемого частотного канала от степени превышения интенсивности номинального трафика для случая, когда выделено 100 каналов и выполняются установленные частотные ограничения для отдельных базовых станций