Apabila mereka bentuk rangkaian komunikasi mudah alih selular, operasi asas berikut mesti dilakukan: menilai kos rangkaian yang direka bentuk; penilaian kapasiti rangkaian; penilaian liputan radio dan lokasi elemen rangkaian selular; penilaian ketumpatan maksimum yang dibenarkan (darjah perkhidmatan); menganggarkan bilangan panggilan; penilaian pembangunan masa depan rangkaian selular. Menurut pakar NOKIA, peringkat utama proses perancangan rangkaian adalah seperti berikut:

1.Kumpulkan maklumat dalam bahagian berikut:

Peraturan dan undang-undang;

Maklumat penting berkenaan demografi, tahap pendapatan, ramalan pengembangan kawasan perkhidmatan, sokongan perkhidmatan, penyelidikan pasaran, dsb.;

Ketersediaan talian komunikasi yang dipajak, ketersediaan frekuensi gelombang mikro, keperluan untuk sambungan dengan sistem lain;

Nombor, alamat dan prinsip laluan;

Peta topografi;

Infrastruktur sedia ada, seperti rangkaian penghantaran dan media penghantaran.

2. Penentuan parameter rangkaian asas yang diperlukan untuk liputan dan kapasiti radio.

Masalah utama peringkat perancangan ini ialah pengoptimuman rangkaian mengikut kriteria keberkesanan kos. Untuk melaksanakan tugas ini secara praktikal, maklumat terperinci tentang rangkaian selular diperlukan (peningkatan kos peringkat pelan, perlindungan yang tersedia, infrastruktur maklumat yang diperlukan), serta perumusan objektif dan keperluan rangkaian untuk kualitinya. Hasil daripada peringkat kedua ialah reka bentuk topologi rangkaian bersepadu, yang sepatutnya menunjukkan pelbagai perkhidmatan dan peralatan yang diperlukan untuk pelaksanaannya. Di samping itu, pelan pelaksanaan rangkaian terperinci awal mesti dibentangkan. Tujuan utama fasa ini adalah untuk menggambarkan proses komprehensif perancangan rangkaian selular. Jenis perancangan lain juga perlu diberi perhatian:

FTP (Perancangan Penghantaran Tetap) - perancangan penghantaran tetap;

NAP (Perancangan Akses Rangkaian) - perancangan capaian rangkaian;

DCN (Perancangan Rangkaian Komunikasi Data) - perancangan rangkaian data;

INP (Perancangan Rangkaian Pintar) - perancangan rangkaian pintar;

Perancangan Rangkaian 3G dan IP - perancangan untuk pembangunan sistem selular generasi ketiga (3G), penggunaan protokol rangkaian IP, dsb., yang harus dimasukkan dalam proses reka bentuk rangkaian selular yang lengkap.

3. Pemilihan lokasi MSC, BSC dan stesen pangkalan.

4.Meninjau lokasi MSC, BSC dan stesen pangkalan yang diberikan, dengan kata lain, menganggar lokasi MSC, BSC dan BTS dengan mengambil kira persekitaran di sekeliling sistem ini.

5. Perancangan rangkaian selular yang terperinci. Peringkat ini termasuk operasi berikut:

Reka bentuk rangkaian bantuan komputer dan alatan untuk mencipta liputan radio yang diperlukan bagi wilayah itu;

Analisis gangguan (saluran bersama, luaran, bunyi);

Perancangan kekerapan;

Perancangan saluran gelombang mikro;

Dokumentasi, dsb.

NOKIA telah menyediakan kit TOTEM, yang merangkumi alatan yang diperlukan untuk merancang rangkaian selular. Tiga bidang dalam perancangan rangkaian selular dibincangkan di bawah:

SNP (Switching Network Planning) - perancangan pensuisan rangkaian;

CTNP (Cellular Transmission Network Planning) - perancangan rangkaian penghantaran selular;

RNP (Radio Network Planning) - perancangan rangkaian radio.

Ciri-ciri merancang sistem pensuisan rangkaian.

Semasa peringkat perancangan ini, tugas-tugas berikut mesti diselesaikan:

Dengan mengukur dan mengambil kira kapasiti rangkaian yang diperlukan (purata masa panggilan, bilangan penyerahan, penghantaran mesej ringkas, dll.), jumlah pensuisan dianggarkan;

Tahap pelaksanaan rangkaian ditetapkan mengikut kapasiti pensuisan yang ditentukan bagi rangkaian;

Pelaksanaan sistem pensuisan dan isyarat rangkaian dipertimbangkan;

Peraturan untuk penghalaan, perlindungan, penyegerakan dan kawalan pensuisan dibangunkan;

Matriks trafik suara dan isyarat ditentukan;

Peralatan yang diperlukan untuk melaksanakan tugas di atas dinilai.

Selepas rangkaian selular ditanda (Rajah 7.9, 7.10), pelan terperinci dilaksanakan dengan

Bilangan input terpilih (contohnya, rajah rangkaian, pelan penghalaan, analisis digital, butiran kawalan, pelan penomboran, pelan beban, dsb.). Selain itu, perancang sistem pensuisan rangkaian mesti, sebagai tambahan kepada tugas di atas, mempertimbangkan kemungkinan rancangan rangkaian yang diperluaskan pada masa hadapan.

Perancangan rangkaian penghantaran.

Apabila merancang rangkaian penghantaran selular, cabaran utama adalah untuk menyelesaikan penggunaan pautan gelombang mikro (atau pautan gentian optik) dalam rangkaian GSM, menyediakan, sebagai contoh, interaksi antara BTS dan BSC. Beberapa pilihan perancangan adalah mungkin:

Pemasangan talian komunikasi geganti gelombang mikro sendiri (talian komunikasi geganti radio gelombang mikro);

Menyewa talian geganti radio sedia ada yang sesuai dengan rangkaian selular yang sedang dibangunkan dari segi lokasi dan keadaan komunikasi radio yang stabil;

Meletakkan talian komunikasi gentian optik.

Apabila melaksanakan item perancangan rangkaian ini, adalah perlu untuk mengambil kira masalah menyambung dan menyelaraskan aliran besar pelbagai maklumat. Pada peringkat ini, adalah perlu untuk membangunkan gambar rajah rangkaian penghantaran utama untuk akses BTS dan nod rangkaian, yang akan memberikan gambaran yang jelas tentang sambungan rangkaian. Ini juga perlu untuk menentukan kapasiti rangkaian yang diperlukan.

Kedua-dua prinsip penyegerakan dan sambungan get laluan dan pensuisan mesti dikenal pasti. Apabila merancang saluran gelombang mikro, adalah perlu untuk memilih saluran jalur lebar yang sangat dipercayai untuk memastikan komunikasi yang boleh dipercayai antara BTS dan BSC. Di samping itu, dalam rangkaian selular, bukannya saluran gelombang mikro, saluran gentian optik boleh digunakan.

Perancangan rangkaian radio.

Jenis dan lokasi BTS bergantung pada ciri-ciri persekitaran. Di kawasan bandar, saiz sel biasanya lebih kecil daripada di kawasan luar bandar. Selain itu, volum trafik juga mempengaruhi bilangan saluran radio dalam sel biasa. Oleh kerana dalam piawaian GSM jarak teori maksimum dari BTS ke pinggir makrosel ialah 35 km, keupayaan MS untuk menghantar paket yang mesti tiba di BTS dalam slot yang betul biasanya disesuaikan dengan ini.

Faktor yang mengehadkan saiz sel:

1) dengan peningkatan dalam kekerapan operasi, iaitu, dengan penurunan dalam panjang gelombang operasi, saiz sel berkurangan (saiz sel GSM 900 lebih besar daripada saiz sel untuk GSM 1800 dan 1900);

2) keadaan luaran: untuk ruang air terbuka, pengecilan isyarat radio adalah kurang daripada di hutan atau persekitaran bandar.

Oleh itu, apabila merancang rangkaian radio dalam sistem komunikasi selular, adalah perlu untuk:

Laksanakan pilihan saluran radio dengan mencipta talian geganti radio gelombang mikro anda sendiri, atau dengan memajak yang sedia ada, atau dengan meletakkan talian komunikasi gentian optik;

Sediakan pelan rangkaian terperinci, termasuk keputusan perenggan sebelumnya, serta hasil pengukuran dan ujian liputan radio wilayah itu.

Penentuan trafik dan bilangan saluran dalam sel

Sel ialah "blok binaan" asas rangkaian GSM. Sel tunggal pada asasnya ialah kawasan geografi yang mengelilingi satu BTS, dengan saiz sel bergantung pada faktor berikut:

Dari persekitaran;

Daripada bilangan pengguna;

Daripada julat frekuensi operasi;

Dari kuasa pemancar BTS, dsb.

Sel-sel dikumpulkan di sekeliling pengawal stesen pangkalan BSC. Saiz sel purata ditentukan dengan menjawab dua soalan asas: Seberapa besar saluran trafik (TCN - Saluran Trafik) yang mesti diuruskan dalam sel? Berapa banyak trafik saluran yang diperlukan oleh sel? Untuk menjawab soalan ini, anda perlu menentukan jumlah trafik dalam sel.

di mana (k) (panggilan/jam) ialah purata bilangan panggilan setiap jam; (t) — purata masa bercakap (jam). Secara kuantitatif, trafik tidak bergantung pada tempoh pemerhatian. Sebagai contoh, jika kajian dijalankan selama 15 minit, maka dalam formula untuk lalu lintas A penyebut, bukannya 3600 s, akan bersamaan dengan 900 s.

Mari kita pertimbangkan contoh berangka. Biarkan terdapat 540 panggilan sejam dalam sel dan purata tempoh panggilan ialah 100 s (100/60 = 1.66 min), maka volum trafik ialah:

Jika anda menggunakan meja. 7.1 (model Erlang B) ketumpatan lalu lintas maksimum, kami memperoleh: bilangan saluran Nk_c = 20, dengan kebarangkalian kegagalan Рв = 5%. Oleh itu, dalam kes ini, nilai GOS = 5% (Gred Of Service), ditentukan oleh kebarangkalian kegagalan, menunjukkan bahawa dengan masa pemerhatian selama 1 jam, 5 daripada 100 panggilan ditolak kerana kekurangan sumber sel , manakala bilangan saluran ialah 20. Oleh kerana dalam standard GSM setiap saluran radio menyokong 8 saluran (suara), kita boleh membuat penilaian kasar konfigurasi peralatan BTS: jika kita menggunakan tiga transceiver dalam BTS, maka Nk-c = 3x8 = akan disediakan 24 saluran pertuturan, iaitu lebih daripada nilai pengiraan 20 saluran. Ini memberikan sedikit margin dari segi volum trafik, kerana dengan Nk_r = 24 dan Pb = 5% volum trafik akan menjadi A = 19 Erl (dari Jadual 7.1).

Penggunaan semula kekerapan.

Setiap subsistem stesen pangkalan BSS mempunyai bilangan frekuensi yang diperuntukkan terhad. Frekuensi ini mesti diperuntukkan kepada setiap sel supaya kapasiti rangkaian yang diperlukan dipenuhi oleh bahagian BSS yang berlainan.

Pertimbangkan contoh berikut. Dalam Rajah. Rajah 7.11 menunjukkan rangkaian selular.

nasi. 7.11. Gambar rajah rangkaian selular.

nasi. 7.12. Contoh liputan radio seragam bagi wilayah dengan pelan frekuensi yang dipilih.

Biarkan pereka rangkaian memilih kelompok tertib 9, iaitu bilangan frekuensi yang diperuntukkan ialah 9 (untuk BSS). Dalam Rajah. Rajah 7.12 menunjukkan taburan kelompok frekuensi menggunakan prinsip ulangan kekerapan. Langkah seterusnya ialah penilaian LA (Kawasan Tempatan) - kawasan setempat rangkaian, yang dilakukan mengikut ciri lalu lintas setiap kawasan. Fasa terakhir dalam merancang rangkaian tetap adalah untuk menilai trafik dan rangkaian radio yang diperlukan.

Pengoptimuman dan pembangunan rangkaian.

Perancangan rangkaian yang diterangkan di atas hanyalah bahagian pertama daripada proses panjang untuk menambah baik rangkaian selular yang sedang dibina. Apabila menambah baik lagi rangkaian selular yang direka bentuk, faktor berikut mesti diambil kira.

1. Peningkatan bilangan pelanggan memerlukan pengembangan rangkaian di tempat tertentu dan dalam tempoh masa tertentu.

2. Mengambil kira kos rangkaian untuk mana-mana pengendali adalah parameter pembentuk persaingan dalam pasaran perkhidmatan komunikasi mudah alih.

3. Kapasiti rangkaian, di satu pihak, mesti diminimumkan (menyediakan trafik yang diperlukan), dan di sisi lain, ia tidak sepatutnya kecil, kerana ini akan memburukkan lagi kualiti perkhidmatan pelanggan.

Iaitu, terdapat keperluan yang bercanggah:

Rangkaian mestilah berkualiti tinggi dan mempunyai liputan radio yang luas;

EDGE (Kadar Tarikh Dipertingkat untuk Evolusi Global) - penghantaran data yang lebih baik untuk evolusi global sistem komunikasi (384 kbit/s);

SDH (Hierarki Digital Segerak) - hierarki digital segerak (menggunakan talian komunikasi gentian optik antara nod dalam rangkaian selular), dsb.

Sebab utama pengenalan sistem penghantaran data berkelajuan tinggi ialah pertumbuhan dalam bilangan pengguna dan pertumbuhan trafik yang berkaitan dan volum pelbagai perkhidmatan dalam sistem komunikasi mudah alih selular.

Oleh itu, untuk mengoptimumkan dan membangunkan rangkaian selular, anda harus:

1) menjalankan ujian lapangan rangkaian yang dicipta (agak mahal), yang akan menjelaskan bukan sahaja kualiti penghantaran maklumat, tetapi juga masalah perkakasan, serta kemungkinan memampatkan (mengumpul) maklumat, meningkatkan bilangan pengguna sambil mengekalkan struktur dan perkakasan rangkaian yang sama, dsb.

2) gunakan maklumat yang diterima dalam NMS (Rajah 7.13) untuk menilai keadaan liputan radio geografi (tar stesen), tahap kuasa BTS (melayani BTS), dan tahap pelepasan stesen jiran (stesen jiran) untuk tiga mesej rangkaian.

Maklumat ini membolehkan pelaksanaan pengurusan prestasi rangkaian daripada NMS (sistem pengurusan rangkaian), mendapatkan maklumat penting tentang prestasi pelbagai bahagian rangkaian selular, yang akhirnya menentukan penyelesaian alternatif yang mungkin untuk pengendali rangkaian.

nasi. 7.13. Contoh menilai keadaan liputan radio geografi, tahap kuasa BTS dan pelepasan dari stesen jiran.

Mengoptimumkan mana-mana objek melibatkan pencarian dan menghapuskan "kehalangan"nya untuk meningkatkan kecekapan operasi. Jika kita bercakap tentang pengoptimuman rangkaian komunikasi, maka hari ini, dalam keadaan persaingan yang serius dalam pasaran telekomunikasi, ia adalah syarat yang diperlukan untuk operasi pengendali yang berjaya dan memperoleh kelebihan daya saing.

Apakah yang termasuk perkhidmatan dan mengapa ia sangat penting untuk setiap pengendali? Kami menerima jawapan kepada soalan ini daripada penyepadu sistem terkemuka di Moscow, syarikat Teknologi Komunikasi Moden. Mari lihat mereka di bawah.

Bagaimana pengoptimuman komunikasi dijalankan

Keseluruhan julat kerja boleh dibahagikan kepada dua peringkat besar: audit dan pengoptimuman itu sendiri.

Pada peringkat pertama, kerja berikut dijalankan (secara menyeluruh atau selektif):

• Kualiti penghantaran data dianalisis.
• Pelan frekuensi-wilayah sedang diperiksa.
• Ujian perbandingan operator terpilih dijalankan (penanda aras rangkaian).
• Statistik operator dianalisis.
• Audit konfigurasi dijalankan: analisis reka bentuk, ketinggian, sudut kecenderungan, azimut.

Pengoptimuman sistem komunikasi memerlukan mendapatkan sejumlah besar maklumat objektif tentang keadaan sebenar rangkaian pengendali. Semasa penyelidikan lapangan, kenderaan yang dilengkapi khas digunakan, serta peralatan teknikal mudah alih.

Maklumat yang diperolehi tertakluk kepada analisis yang teliti menggunakan perisian berketepatan tinggi.

Selepas menyusun laporan tentang keadaan rangkaian, penyepadu sistem menjana senarai cadangan untuk menghapuskan kelemahan. Pengendali pelanggan menerima penjelasan penuh tentang masalah sedia ada dan cara untuk menyelesaikannya.

Apakah faedah yang diberikan oleh pengoptimuman komunikasi selular kepada pengendali?

Kerja-kerja di atas adalah berkaitan dengan komponen teknikal rangkaian. Kami tidak mempertimbangkan pengoptimuman kewangan dalam artikel ini, yang bertujuan untuk meningkatkan prestasi kewangan dan ekonomi syarikat dan mengurangkan kos materialnya.

Mengaudit dan menghapuskan kesesakan teknikal tidak mempunyai pautan yang jelas kepada peningkatan keuntungan. Dalam jangka pendek, ini adalah, pertama sekali, kos pengendali untuk membayar perkhidmatan kontraktor. Tetapi pengoptimuman teknikal perkhidmatan komunikasi membolehkan menyelesaikan masalah pengendali yang lebih serius, selalunya tersembunyi. Ia bertujuan untuk:

• Meningkatkan kecekapan operasi sumber teknikal sedia ada syarikat pelanggan.
• Meningkatkan kualiti perkhidmatan yang diberikan kepada pengguna akhir.

Oleh itu, merancang peningkatan rangkaian dan merasionalkan penggunaan sumber membawa kepada kos penyelenggaraan sistem yang lebih rendah. Dan meningkatkan kualiti perkhidmatan pengendali membantu membezakannya daripada pesaing dan menarik pelanggan baharu. Akhirnya, kedua-dua faktor ini bersama-sama membolehkan syarikat pengendali bukan sahaja memperoleh keuntungan tambahan, tetapi juga dengan cepat mendapatkan balik kos perkhidmatan penyepadu sistem.

1.3 BLOK PENGOPTIMUMAN

Seperti yang telah dinyatakan dalam Bab. 2, kerumitan algoritma masalah mensintesis rangkaian komunikasi adalah sedemikian rupa sehingga kaedah yang tepat untuk menyelesaikannya menggunakan pengaturcaraan matematik boleh dikatakan tidak boleh digunakan. Kesukaran utama dalam mereka bentuk rangkaian komunikasi teragih adalah disebabkan oleh sebab berikut:

dimensi penting rangkaian yang direka bentuk (contohnya, masalah mengoptimumkan rangkaian komunikasi telefon berdasarkan kriteria kos boleh dikurangkan kepada masalah pengaturcaraan tak linear diskret, tetapi dimensi rangkaian reka bentuk sebenar adalah sedemikian rupa sehingga penggunaan langsung kaedah untuk menyelesaikan masalah tak linear dalam kes umum menjadi mustahil);

kerumitan huraian matematik lengkap rangkaian, yang memerlukan beberapa sekatan ketara pada masalah sintesis.

Batasan utama masalah sintesis termasuk: andaian pegun asas teknikal rangkaian dan parameternya, andaian pegun prosedur kawalan dan keseimbangan statistik proses rangkaian, andaian sifat Poisson aliran permintaan, sifat eksponen pengedaran panjang mesej diskret dan masa saluran diduduki oleh mesej telefon, andaian tiada kemungkinan untuk mengganggu penghantaran dan tiada masa yang terbuang untuk mencari laluan untuk menghantar mesej. Untuk rangkaian telefon dengan pensuisan litar, watak Poisson bagi beban yang terlepas dan lebihan diandaikan, ketiadaan sekatan dalaman dalam nod pensuisan dan ketiadaan permintaan berulang untuk perkhidmatan; untuk rangkaian dengan penukaran mesej dan paket - ketiadaan saling kebergantungan masa kelewatan mesej (paket) yang diberikan dalam pelbagai baris gilir, ketiadaan pergantungan masa kelewatan mesej (paket) dalam nod dan masa penghantaran berikutnya melalui saluran; diandaikan bahawa mesej (paket) tidak mempunyai panjang tetap dan pada setiap nod transit ia diberikan panjang baru, dsb. Sememangnya, penerimaan sekatan menentukan sifat anggaran pengiraan;

keperluan untuk penyelesaian integer yang disebabkan oleh sifat diskret beberapa cara teknikal;

ketaklinearan fungsi kos elemen rangkaian, yang memerlukan penghampirannya, menyelesaikan masalah pada tahap menghampiri fungsi dan memilih penyelesaian kepada masalah dengan mendiskrisikan fungsi berterusan,

Sehubungan dengan peraturan yang dibenarkan secara metodologi di atas untuk menyelesaikan masalah mensintesis rangkaian komunikasi pada masa ini, gabungan satu set prosedur heuristik untuk mengoptimumkan penyelesaian masalah sintesis tertentu dengan penglibatan elemen pemodelan statistik dibentangkan. Ambil perhatian bahawa, walaupun sifat anggaran algoritma heuristik untuk membina rangkaian komunikasi, penggunaan prosedur pengoptimuman heuristik memungkinkan untuk mengurangkan kos rangkaian komunikasi yang direka bentuk sebanyak kira-kira 30%.

Oleh kerana penyelesaian kepada masalah umum mensintesis rangkaian komunikasi mesti terdiri daripada satu set prosedur untuk menyelesaikan masalah tertentu, nampaknya sesuai untuk mengkaji satu set masalah reka bentuk tertentu untuk menentukan kemungkinan pertimbangan autonomi mereka dan menentukan urutan terbaik. permohonan mereka.

Mari kita pertimbangkan masalah mensintesis rangkaian komunikasi bertukar. Kami menganggap bahawa data berikut diketahui:

struktur G(V, U) rangkaian utama, di mana V- banyak nod pensuisan rangkaian; U- banyak talian komunikasi rangkaian;

matriks Y=|| || beban, ciri aliran aplikasi, struktur keutamaan;

matriks S=|| || bayaran sewa untuk menggunakan unit lebar jalur (saluran) antara nod i, , dan Sij- fungsi langkah jarak, bebas daripada saya, j;

kebarangkalian (q(i),q (u)) kegagalan nod dan talian komunikasi. ;

kebarangkalian (P()) kerosakan serentak kecemasan atau disengajakan kepada n1, nod dan talian komunikasi m1.

Kami akan menganggap bahawa keperluan yang mesti dipenuhi oleh rangkaian tersintesis diketahui;

matriks kerugian yang boleh diterima (kelewatan);

matriks kerugian yang dibenarkan (kelewatan) dengan kegagalan serentak n1 nod dan talian komunikasi m1;

had l untuk bilangan maksimum transit (penerimaan) apabila menghantar maklumat antara setiap pasangan nod rangkaian;

sekatan ω(λ) pada bilangan laluan bebas di sepanjang bucu (tepi) antara setiap pasangan nod rangkaian tersintesis (sekatan l,ω,λ, mungkin timbul secara semula jadi apabila cuba memberikan kualiti perkhidmatan yang diperlukan).

Apabila mensintesis rangkaian komunikasi, adalah perlu untuk menentukan: struktur rangkaian (graf rangkaian), kapasiti saluran talian komunikasi rangkaian, keperluan pensuisan dan sambungan silang untuk nod rangkaian, kapasiti storan yang diperlukan pada nod rangkaian (untuk rangkaian dengan pensuisan paket dan penukaran mesej);

graf pengurusan rangkaian komunikasi dengan definisi algoritma persendirian untuk memantau dan mengurus (dan saling bergantungan) struktur (sumber) dan beban rangkaian, pengedaran dan penghantaran maklumat melalui rangkaian, termasuk algoritma pemilihan laluan dan disiplin servis permintaan.

Sebagai kriteria untuk sintesis optimum rangkaian komunikasi, kami akan mengambil sewa untuk jumlah kapasiti saluran talian komunikasi rangkaian jika tiada sekatan ke atas kapasiti talian.

Kami akan mempertimbangkan masalah sintesis di bawah andaian berikut: dengan mengandaikan aliran pegun permintaan perkhidmatan; dengan mengandaikan tiada keutamaan beban; dengan mengandaikan pajakan tetap (tidak dijadualkan atau atas permintaan) saluran rangkaian utama; di bawah andaian bahawa kapasiti saluran talian komunikasi, keupayaan pensuisan dan persilangan nod rangkaian utama adalah mencukupi untuk memberi perkhidmatan kepada beban yang dikenakan dengan kualiti perkhidmatan yang diperlukan.

Analisis masalah mensintesis rangkaian komunikasi teragih membolehkan kami mengenal pasti tugas reka bentuk utama berikut:

GS - penjanaan struktur rangkaian awal untuk peringkat pengoptimuman tempatan seterusnya. Data awal GS ialah nombor P nod rangkaian tersintesis dan keperluan untuk hierarki rangkaian, hasilnya ialah graf rangkaian tertentu pada P bucu, memenuhi keperluan untuk hierarki. Sebagai peraturan, tanpa mengambil kira keperluan untuk hierarki, minimum diterima sebagai struktur awal (dari segi jarak, dari segi kos, apabila mengambil kira beban Y) pokok merentang, graf bintang, graf lengkap, graf kosong, graf yang tepinya sepadan dengan nilai matriks bukan sifar Y, dan lain-lain.;

AW—analisis rangkaian untuk ketersambungan mengikut parameter ω atau λ (pilihan ω atau λ ditentukan oleh keadaan masalah sintesis). Secara umum, analisis diperlukan untuk sebarang penunjuk kebolehpercayaan yang diperlukan;

iklan- analisis rangkaian untuk sifat metrik (bilangan hop maksimum);

CW- sintesis rangkaian mengikut parameter ω atau λ . Analisis dan sintesis graf dengan tahap ketersambungan yang lebih besar daripada tiga bukanlah kepentingan praktikal, yang dijelaskan oleh keupayaan sistem kawalan untuk memilih laluan untuk menghantar maklumat;

Cd- sintesis rangkaian mengikut parameter d;

RP- pengagihan aliran melalui rangkaian komunikasi. Untuk mengurangkan masa pelaksanaan peringkat RP, adalah dinasihatkan untuk menggunakan prosedur pengedaran heuristik. Ia juga harus diambil kira bahawa kapasiti rangkaian bergantung terutamanya pada jumlah isipadu aliran dalam rangkaian dan sedikit sebanyak bergantung kepada sifat pengagihan aliran di seluruh rangkaian;

PC- pengiraan kapasiti saluran rangkaian untuk memastikan kualiti perkhidmatan yang diberikan untuk pelanggan rangkaian.

Apabila menggunakan kaedah untuk menggantikan (memadam, menambah) cawangan, langkah berikut diperlukan:

VC- pemilihan cawangan calon untuk penggantian mengikut kriteria penggantian tertentu;

ZV- penggantian sebenar (pemadaman, penambahan) cawangan.

Salah satu peringkat yang paling penting dalam sintesis rangkaian komunikasi bertukar ialah SU - pemodelan statistik proses rangkaian berfungsi di bawah pelbagai undang-undang kawalan rangkaian komunikasi. Pada masa ini, tiada kaedah untuk mengira rangkaian komunikasi yang menyesuaikan diri dengan undang-undang mengurus sumber dan bebannya. Selain itu, tiada kaedah umum untuk mengira kapasiti saluran rangkaian untuk prosedur sewenang-wenangnya untuk memilih laluan penghantaran maklumat. Dalam hal ini, program simulasi yang memungkinkan untuk menentukan kualiti penunjuk perkhidmatan untuk pelanggan rangkaian komunikasi di bawah pelbagai undang-undang kawalan dan prosedur untuk memilih laluan penghantaran maklumat adalah kepentingan yang penting. Ini termasuk, sebagai contoh, program untuk mensimulasikan kaedah pelepasan, mensimulasikan kaedah permainan untuk memilih laluan penyambung, mensimulasikan kawalan rangkaian isoritmik, mensimulasikan strategi pemilihan laluan statik dan dinamik (program mensimulasikan rangkaian pensuisan paket), dsb. Program untuk penilaian statistik kualiti perkhidmatan, sebagai peraturan, hanya menentukan penunjuk kualiti integral, kerana untuk mengira dengan ketepatan yang sama semua kriteria kualiti yang dibezakan, masa simulasi, yang ditentukan oleh statistik yang diperlukan untuk aliran intensiti minimum, adalah terlalu panjang. Dalam hal ini, program yang telah disebutkan telah tersebar luas AC- analisis rangkaian komunikasi, membolehkan untuk mengira penunjuk kualiti perkhidmatan yang berbeza.

Secara umum, prosedur PC, SU Dan AC secara objektif bertujuan untuk menyelesaikan masalah yang sama - mewujudkan korespondensi antara penunjuk kualiti perkhidmatan yang diperlukan untuk pelanggan rangkaian komunikasi dan parameter rangkaian (struktur dan saluran), dan pelaksanaan pertama prosedur PC mendahului pelaksanaan pertama prosedur SU, AS(semasa proses reka bentuk berulang, prosedur mungkin diulang). Mengambil kira kos reka bentuk, nampaknya dinasihatkan untuk melaksanakan urutan PC, AC atau PC, SU sebagai peringkat akhir setiap langkah reka bentuk berulang dan urutan PC Dan SU) sebagai peringkat akhir langkah reka bentuk terakhir.

Prosedur yang dinyatakan adalah, nampaknya, prosedur utama untuk sintesis rangkaian komunikasi (isu "kesempurnaan fungsi" set prosedur yang dibentangkan adalah kepentingan bebas dan tidak dipertimbangkan di sini). Prosedur sintesis tambahan termasuk prosedur seperti menganggarkan fungsi kos, mengira kos rangkaian, menyemak bilangan langkah lelaran, dsb.

Sememangnya, urutan prosedur reka bentuk yang berbeza adalah mungkin, tetapi memandangkan itu HS- prosedur awal, SU"alternatif" kepada AS, SV serta-merta mengikuti. VC. prosedur CW(Cd) didahului dengan prosedur AW(Iklan), prosedur PC- prosedur RP, Iklan, Cd, prosedur SU (AS) - AW, CW, PC, bilangan urutan prosedur yang mungkin dikurangkan dengan ketara.

Dengan mengandaikan bahawa:

proses mensintesis rangkaian komunikasi ialah prosedur berulang langkah demi langkah, dan bilangan langkah reka bentuk adalah sama dengan bilangan struktur rangkaian awal, dan bilangan lelaran dalam setiap langkah sama ada ditentukan terlebih dahulu atau bergantung pada hasil perbandingan kos pilihan rangkaian [lelaran dihentikan jika kos pilihan rangkaian adalah i-th langkah lelaran adalah lebih besar daripada kos pilihan; rangkaian dihidupkan (i-1) langkah ke];

susulan Iklan, Cd, berkaitan dengan pengagihan aliran merentasi kumpulan saluran rangkaian komunikasi individu dan biasa mesti dilakukan selepas prosedur RP;

prosedur penggantian cawangan dilakukan pada akhir setiap lelaran (dengan mengambil kira bahawa prosedur CW, Cd pada dasarnya adalah prosedur penggantian - dalam kes ini penambahan);

prosedur SU atau AS dilakukan pada setiap lelaran; Prosedur CS dan AS dilakukan secara bersama pada akhir setiap langkah reka bentuk;

Urutan prosedur sintesis yang paling sesuai dibentangkan dalam Rajah. 3.1, di mana C ialah prosedur untuk mewakili struktur

rangkaian komunikasi, "kos" - prosedur untuk mengira jumlah kos kapasiti saluran rangkaian komunikasi, 1 - pembilang bilangan lelaran, 2 - pembilang bilangan struktur rangkaian awal. Tempat urutan A W, CW sejurus sebelum RP atau sejurus selepas PC ditentukan oleh jenis varian struktur yang dibentangkan. Mengehadkan kes: jika DENGAN- pokok, kemudian AW, CW mengikuti C, jika C ialah graf lengkap, maka A W, CW ikut PC. Selaras dengan metodologi sintesis yang dicadangkan, prosedur reka bentuk utama adalah prosedur GS, AW, CW, RP, Iklan, Cd, PC, AS, SU Dan ZV.

Seperti yang ditunjukkan oleh amalan mereka bentuk rangkaian komunikasi bukan hierarki teragih berdimensi besar, memilih peringkat pengoptimuman tempatan sebagai struktur awal - struktur pokok rentang minimum atau graf bintang - membawa kepada struktur rangkaian akhir yang sangat tidak optimum. Ini dijelaskan oleh fakta bahawa pilihan struktur rangkaian awal sedemikian mengenakan sekatan yang sangat ketara pada peringkat pengoptimuman berikutnya, dan dalam kes umum sekatan ini tidak wajar. Sebaliknya, pilihan versi pengehad kedua bagi struktur rangkaian awal - graf lengkap - untuk rangkaian berdimensi tinggi tidak boleh diterima kerana jumlah pengiraan yang diperlukan. Di samping itu, dua pilihan mengehadkan yang dinyatakan untuk struktur rangkaian awal hampir tidak mengambil kira sifat graf beban yang diperlukan untuk pelaksanaan G(Y): graf lengkap menyediakan kumpulan saluran terus kepada semua keperluan untuk penghantaran maklumat; versi pokok minimum tidak membenarkan kemungkinan mengedarkan aliran maklumat yang dihantar di sepanjang pelbagai laluan penghantaran.

Sehubungan dengan perkara di atas, pilihan yang paling sesuai untuk struktur rangkaian awal apabila mensintesis rangkaian komunikasi teragih berdimensi tinggi ialah struktur graf beban (pokok minimum, graf bintang dan graf lengkap boleh dianggap sebagai struktur awal rangkaian berpusat atau sebagai struktur awal rangkaian teragih berdimensi kecil). Oleh kerana sewa untuk saluran-kilometer rangkaian diambil sebagai kriteria untuk optimum sintesis rangkaian, menggunakan semua prosedur peringkat pengoptimuman tempatan terus ke graf G(Y) atau kepada struktur yang diperolehi daripada G(Y), betul. Dalam sesetengah kes graf G(Y) adalah dinasihatkan untuk menggantikannya dengan graf G(Y\ε) yang diperolehi daripada G(Y) dengan mengalihkan tepi yang menyambungkan bucu dengan beban bersama kurang daripada ε *.

Apabila mempertimbangkan graf G(Y)(G(Y\ε)) sebagai struktur awal proses reka bentuk rangkaian komunikasi teragih

*) Memandangkan graf G(Y) untuk rangkaian komunikasi tujuan umum, sebagai peraturan, disambungkan sepenuhnya, transformasinya menjadi graf G(Y\ε) adalah perlu.

Urutan prosedur sintesis rangkaian diwakili oleh gambar rajah dalam Rajah. 3.2 [di sini: G(Y)- struktur awal].

Dengan mengandaikan kehadiran program AC (analisis rangkaian) dan SU ( pemodelan simulasi pengagihan aliran) dan pemilihan cawangan calon untuk penggantian berdasarkan keputusan prosedur AS, SU

takrifan proses pengoptimuman tempatan terletak pada pemilihan algoritma prosedur AW, CW, Ad, Cd dan PC. Mari kita pertimbangkan beberapa pilihan untuk menyelesaikan masalah ini.

ZON RANGKAIAN

Secara umum, penyelesaian kepada masalah mensintesis rangkaian teragih

sambungan menggunakan kaedah penggantian cawangan (prosedur CW, Cd, RP, ZV) memerlukan 0(n 3)-O(n 6) pengiraan, di mana n ialah bilangan nod rangkaian, dan untuk rangkaian di mana bilangan nod melebihi beberapa ratus, adalah tidak mungkin. Salah satu cara yang mungkin untuk mengurangkan kerumitan reka bentuk adalah dengan mewakili rangkaian besar yang disintesis sebagai koleksi rangkaian yang lebih kecil (zon) dan mengurangkan penyelesaian kepada masalah mensintesis rangkaian yang besar untuk menyelesaikan masalah mensintesis rangkaian dan komponennya ( rangkaian zon dan antara zon). Alasan kedua untuk kesesuaian pembahagian (zoning) rangkaian komunikasi adalah keperluan untuk memperuntukkan zon pengurusan rangkaian komunikasi dengan penyetempatan maklumat pemantauan dan kawalan dalam setiap zon.

Jika keinginan untuk mengurangkan jumlah reka bentuk memerlukan melaksanakan prosedur pengezonan rangkaian mengikut struktur sebagai prosedur awal pada peringkat pengoptimuman tempatannya, maka prosedur pengezonan rangkaian melalui kawalan dilakukan, sebagai peraturan, selepas mensintesis struktur rangkaian.

Peringkat zon rangkaian termasuk penyelesaian dua isu utama - menentukan bilangan zon (blok partition) rangkaian dan memilih prinsip untuk mengumpulkan nod ke dalam zon, dan menyelesaikan isu ini paling sukar untuk rangkaian struktur bukan hierarki. Dalam kes pengezonan rangkaian untuk pengurusan, bilangan blok pembahagian secara amnya bergantung pada struktur rangkaian dan jumlah aliran mesej yang dihantar, prinsip pengurusan yang diterima, ciri prestasi perkakasan dan alat pengurusan perisian, dsb. Pada masa ini, tidak ada yang umum metodologi untuk membahagikan rangkaian kepada zon pengurusan. Pilihan optimum bilangan zon kawalan kekal terbuka. Pada masa yang sama, pilihan untuk menghitung bilangan zon yang mungkin tidak harus dikecualikan (disebabkan oleh sifat sekali gus menyelesaikan masalah pengezonan dan saiz penghitungan yang kecil).

Nombor Nc blok pembahagian rangkaian mengikut struktur dipilih berdasarkan volum reka bentuk minimum dan ditakrifkan sebagai , di mana n- jumlah bilangan nod rangkaian yang disintesis;

Bilangan nod pusat dalam setiap zon. Rangkaian dibina sebagai koleksi N c rangkaian zon dan rangkaian antara zon pada , nod (jika kita menganggap bilangan nod pusat yang sama dalam setiap zon). Jika kita mengandaikan bahawa setiap rangkaian zon hanya mempunyai satu nod pusat, dan ini biasanya benar untuk rangkaian yang dimuatkan ringan, maka N c = .

Menentukan prinsip untuk mengumpulkan nod rangkaian ke dalam zon dalam kes umum dikaitkan dengan isu menganggar kos dan kapasiti talian komunikasi, dengan tugas mengagihkan trafik ke seluruh rangkaian dan memastikan kebolehpercayaan struktur. Kekurangan hasil teori mengenai masalah pengelompokan memerlukan pencarian prinsip heuristik pengelompokan. Prinsip semula jadi pengelompokan ialah keperluan untuk ketersambungan maklumat yang minimum di antara zon pengurusan dan antara zon struktur, memandangkan pengelompokan sedemikian menyetempatkan tugas pengurusan dan sintesis struktur dengan betul dan membolehkan meminimumkan kos rangkaian antara zon dan pengurusan antara zon.

Kebaikan menggunakan graf telah dinyatakan di atas G(Y)(G(Y\ε)) sebagai struktur awal proses pengoptimuman tempatan rangkaian komunikasi. Oleh kerana pemberat tepi graf G(Y)(G(Y\ε)) sama dengan graviti maklumat antara nod rangkaian yang sepadan, kesesuaian penggunaannya (dengan prinsip kumpulan yang dipilih) agak jelas dan sebagai graf struktur rangkaian untuk pengezonan (pemotong).

Masalah pemotongan graf tergolong dalam kelas masalah gabungan ekstrem, iaitu masalah di mana ia perlu untuk menentukan minimum (maksimum) beberapa fungsi F, ditakrifkan pada keseluruhannya

Asas pengoptimuman sistem penghantaran maklumat, pemilihan dan prinsip penjanaan isyarat.

Untuk saluran radio dengan frekuensi terhad dan sumber tenaga, tugas yang paling penting ialah menggunakan sumber ini dengan berkesan. Ini bermakna memastikan kelajuan maksimum pemindahan maklumat daripada sumber mesej dengan parameter sumber yang diberikan dan kebolehpercayaan penghantaran mesej.

Dalam teori moden sistem penghantaran maklumat, adalah kebiasaan untuk terlebih dahulu mengoptimumkan sistem komunikasi secara keseluruhan. Kemudian baki elemen sistem, khususnya penerima, dioptimumkan, dengan syarat jenis isyarat telah dipilih.

Apabila mengoptimumkan sistem, jenis isyarat terbaik untuk saluran radio tertentu dan kaedah penerimaan optimum yang sepadan dicari.

“Pengasas pengoptimuman sistem komunikasi secara umum ialah K. Shannon, yang membuktikan teorem:

“Jika saluran komunikasi dengan tindak balas frekuensi terhingga dan bunyi Gaussian putih aditif (AWGN) mempunyai kapasiti “C”, dan prestasi sumber adalah sama dengan H′(A), maka apabila H′(A) ≤ C, pengekodan adalah mungkin yang memastikan penghantaran mesej melalui saluran ini dengan ralat kecil sewenang-wenangnya dan pada kelajuan sewenang-wenangnya hampir dengan nilai "C":

[bit/s], (3.1)

di mana ∆f k– lebar jalur tindak balas frekuensi segi empat tepat saluran komunikasi;

R s- kuasa isyarat purata;

R w =N 0· ∆f k; (3.2)

N 0· - ketumpatan spektrum satu sisi AWGN.

Untuk saluran diskret dan pengekodan sumber rawak, teorem ini boleh ditulis dalam bentuk yang berbeza

di manakah purata kebarangkalian ralat penyahkodan ke atas set kod;

T- tempoh blok kod sumber mesej yang diperbesarkan.

Oleh kerana, [С−Н′ (А) ≥ 0] mengikut syarat teorem, maka dengan peningkatan T(dengan membesarkan sumber) dan pada H ′ (A)→C nilainya T→∞ dan kelewatan penyahkodan kod sumber yang diperbesarkan meningkat.

Daripada (3.3) kita boleh membuat kesimpulan kesimpulan:

- semakin panjang segmen mesej yang dikodkan (T) dan semakin kurang cekap

kapasiti saluran digunakan (semakin besar perbezaan [C-H ′ (A)]), semakin tinggi kebolehpercayaan sambungan (1-);

- terdapat kemungkinan pertukaran antara kecekapan penggunaan, nilai C, dan T (kelewatan penyahkodan).

a) Mari kita analisa kapasiti (3.1).

"C" boleh ditingkatkan dengan meningkatkan ∆f k Dan R s. Ia mesti diambil kira bahawa kuasa R w(3.2) juga bergantung kepada ∆f k.

Berdasarkan hubungan yang diketahui (pada α=2, β = e) boleh ditulis

Mari cari nilai had bergantung pada band ∆f k dan membina graf pemprosesan.

Pada ∆f k→∞ . Kemudian kami mengembangkan fungsi log(1+x) dalam siri Maclaurin (iaitu pada titik X=0) , yang pada x→0 sama ln(1+x)≈x. Hasilnya kita dapat

Mari kita plot fungsi (3.4) bergantung pada ∆f k dengan normalisasi pada kedua-dua paksi N 0 /P c.

Rajah.3.1. Graf kapasiti saluran ternormal.

Pada R s / R w=1 dalam (3.1) → DENGAN= ∆f k. Dengan mengambil kira normalisasi di sepanjang paksi graf, kesamaan ini sepadan dengan titik (C N 0 /P c =P w/P c=1) dengan koordinat (1,1).

Daya tampung meningkat dengan ketara dengan peningkatan ∆f k sehingga P s /P w ≥1 dan cenderung kepada had 1.44 R s /N 0, i.e. nilai maksimum parameter C berlaku pada h →0.

b) Mari cari nilai sempadan Shannon untuk jalur lebar dan kos tenaga tertentu pada kadar penghantaran maklumatR maks = C .

Mengikut definisi, kos lebar jalur khusus dalam saluran komunikasi adalah sama dengan

di mana R ialah kadar penghantaran maklumat (bit/s) dalam saluran. Percubaan untuk mengurangkan kos khusus ini dikaitkan dengan kos tenaga tambahan, dicirikan oleh nilai kos tenaga khusus

di mana E b- tenaga yang dibelanjakan untuk menghantar 1 bit maklumat;

T 0- masa penghantaran 1 bit ke atas saluran komunikasi (tempoh simbol saluran T ks);

Mari cari pergantungan kos tenaga khusus pada kos jalur tertentu. Untuk melakukan ini, kami menyatakan kuantiti yang termasuk dalam (3.1), dengan andaian DENGAN=Rmaks :

Menggantikan nilai ini kepada (3.1) dan membahagikannya dengan DENGAN kita mendapatkan

Berdasarkan definisi logaritma log 2 N=a maksudnya N=2a boleh ditulis dari mana, mengambil punca kedua-dua belah pihak, kita dapat

Akibatnya ungkapan

menentukan hubungan antara tenaga khusus dan penggunaan lebar jalur dalam saluran dengan AWGN dan tindak balas frekuensi terhingga. Pada masa yang sama, kerana

kemudian dari (3.5) kita memperoleh pergantungan untuk nisbah isyarat-ke-bunyi (SNR):

Oleh itu, dalam saluran komunikasi dengan tindak balas frekuensi terhingga dan AWGN, adalah mungkin untuk melaksanakan nombor tak terhingga sistem optimum yang berbeza. Sistem yang cekap secara spektrum (spektrum jalur asas bagi isyarat jalur asas) memerlukan SNR yang turut meningkat. Sistem cekap tenaga memerlukan SNR yang rendah tetapi mestilah jalur lebar.

Sistem sebenar mempunyai nilai yang terletak pada graf dalam Rajah 3.2 di atas had Shannon. Dengan membandingkan sistem sebenar dengan yang berpotensi, adalah mungkin untuk menilai rizab untuk menambah baik parameter sistem komunikasi.