Методологія підвищення ефективності функціонування стільникових мереж зв'язку

Abstract

В роботі було розроблено методологію підвищення ефективності стільникових мереж зв’язку, яка полягає у використанні удосконалено методу планування мережі стільникового зв’язку для розгортання стільникових мереж нового покоління, методу оцінки ключових показників функціонування мережі стільникового оператора з метою безперервної оптимізації мережі оператора шляхом використання методу оптимізації підсистеми базових станцій розгорнутої мережі стільникового оператора, удосконаленого методу розвантаження радіо інтерфейсу мережі стільникового оператора із використанням підмережі Wi-Fi (Wireless Fidelity), методу оптимізації багаторівневого транспортного сегменту стільникової мереж, удосконаленого методу маршрутизації із резервуванням ресурсів та балансуванням навантаження транспортної мережі стільникового оператора, методу оцінки ефективності програмно-конфігурованої мережі та методу мережецентричного моніторингу та реагування на кіберінциденти в мережі оператора стільникового зв’язку. За допомогою розробленої методології операторам стільникового зв’язку вдається підвищити ефективність функціонування своїх мереж за рахунок збільшення радіусу зон обслуговування абонентів стільникових мереж, мінімізації необхідної кількості базових станцій для побудови мережі, збільшення вдвічі кількості активних абонентів, які обслуговуються в стільнику та забезпечення балансування навантаження в радіопідмережі, підвищення економічної ефективності транспортної мережі, підвищення рівня надійності мережі, оптимізації утилізації транспортних каналів, проведення більш гнучкого та оперативного розширення мережі, запровадження нових сервісів, підвищення оперативності доставки даних для ієрархічної структури рівня управління. Отримані наукові результати доцільно використовувати під час планування безпроводових мереж стандарту LTE та 5G, розробки обладнання та програмного забезпечення для систем передачі даних, а також в навчальному процесі.

Диссертация посвящена вопросам разработки методологии повышения эфективности сотовых сетей связи. В работе был проведен анализ качества обслуживания абонентов сотовых сетей в Украине с целью определения их эффективности. Было установлено, что заявленные требования к сетям четвертого поколения не достигаются ни в одной из реализованных сетей, а фактическое качество обслуживания абонентов находится на достаточно низком уровне, что свидетельствует о низкой эффективности существующих методов планирования радиосетей, транспортных подсистем и методов управления. В работе были предложены альтернативные стратегии развития операторов сотовой связи в Украине. В работе впервые разработана методология повышения эффективности сотовых сетей связи, заключающаяся в использовании усовершенствованного метода планирования сети LTE для развертывания сотовых сетей нового поколения, метода оценки ключевых показателей функционирования сети сотового оператора с целью непрерывного оп-тимизации сети оператора путем использования метода оптимизации подсистемы базо вых станций развернутой сети сотового оператора, усовершенствованного метода рас-погрузки радио интерфейса сети сотового оператора с использованием подмел-режиме Wi-Fi, метода оптимизации многоуровневого транспортного сегмента сотовой сетей, метода резервирования ресурсов и балансировки нагрузки транспортной ме-режи сотового оператора и метода оценки эффективности программно-конфигурируемых сети. С помощью разработанной методологии операторам сотовой связи удается повысить эффективность своих сетей за счет увеличения радиус зон обслуживания абонентов сотовых сетей, минимизации необходимого количества базовых станций для построения сети, увеличение вдвое количества активных абонентов, обслугвуються в базовой и обеспечения балансировки нагрузки в радиопидмережи, повышение економинои эффективности транспортной сети, повышение уровня надежности сети, оптимизацией утилизации транспортных каналов, проведение более гибкого и оперативного расширения сети, внедрение новых сервисов, повышения оперативности доставки данных для иерархической структуры уровня управления.

The amount of traffic carried over wireless networks is growing rapidly and is being driven by many factors. Chief among them is the tremendous growth in multimedia applications on mobile devices – streaming music and video, two-way video conferencing and social networking to name a few. The telecoms industry is undergoing a major transformation towards 5G networks in order to fulfil the needs of existing and emerging use cases. The 5G architecture should seamlessly support both fixed and mobile access technologies under a fully converged end-to-end system in order to deliver future service requirements for some of the deployment scenarios that could be supported. This technologies in nearest future have come to Ukraine too. That’s why in this dissertation an analysis of the quality of service of subscribers of cellular networks in Ukraine was conducted in order to determine the efficiency of their operation and security. An analysis of the quality of customer service in the implemented projects of LTE networks in the world and 4G networks in Ukraine has established that the claimed requirements for fourth generation networks are not achieved in any of the implemented networks, and the actual quality of customer service (target efficiency) is at a rather low level which indicates the low efficiency of existing radio network planning methods, transport subsystems, control and cybersecurity management methods. This made it possible to determine the directions by which it is necessary to increase the efficiency of the operation of cellular networks. In this dissertation were developed several methods to improve network efficiency. The method of planning of the network of the cellular operator enables cellular operators to more accurately assess the coverage of radio coverage areas, choose key indicators of service quality, more efficient frequency planning and capital cost calculation, which in turn allows us to assess the feasibility of constructing a cellular network option. On the basis of this advanced method, a training software (web-application) was developed to evaluate radio coverage zones of LTE network base stations. The method for evaluating key indicators of service quality, the level of information security and the efficiency of cellular networks makes it possible to assess the most important indicators of the quality of functioning and security of the cellular network network in order to continuously monitor and optimize them when introducing new services during customer service. The method for optimizing the subsystem of base stations allows to increase the radius of subscriber service areas of cellular networks, which allows minimizing the number of base stations for network construction, and therefore reduce the cost of the cellular operator to build the subsystem of the base stations, that is, increase the economic efficiency of the network. Improved method of the radio interface off-loading using a non-3GPP standard subnet allow to reduce the load on the radio interface of the network of the cellular network to an acceptable level, double the number of active subscribers, which are served in the cell, and provide load balancing and increase the efficiency of the radio subnetwork. The method of optimization of a multi-level transport segment of a cellular network has been developed, which allows to improve the structure of the transport network during the transition to new generations networks, providing the necessary capacity and increasing and improving the efficiency of the transport network. The method of routing with resource reservation and balancing of the traffic of a cellular operator with the consideration of information security requirements allows to increase the efficiency of the transport channels usage. The method for evaluating the effectiveness of a software-configured network allows for a more flexible and operational expansion of the network, the introduction of new services, increasing the efficiency of data delivery for the hierarchical structure. The method of network-centric monitoring and response to cyber incidents in the network of the cellular network allows real-time monitoring of the state of cyber security, its level and, consequently, the efficiency of the cellular network. On the base of these methods in this dissertation was developed cellular networks efficiency improving methodology, which is using the improved method of LTE network planning, the key method for assessing performance of the cellular operator for the purpose of continuous operator network optimizing using the method of base station subsystem optimization, improved method of radio interface of the cellular operator offloading using Wi-Fi, the method of optimization of multi-vehicle segment of the cellular network, the method of roating with resource reservation and load balancing of mobile operator and method of SDN network effectiveness evaluation. Using the developed methodology mobile operators can improve the efficiency of their networks by increasing the radius of the service areas, minimizing the required number of base stations for the construction of the network, doubling the number of active subscribers in the cell and provide load balancing in transport and radio network, increase transport network efficiency, enhance network reliability, optimize utilization of transport channels for a more flexible and rapid network expansion, introduction of new services and improved data delivery in the hierarchical structure of SDN. It is advisable to use the obtained scientific results when planning LTE and 5G wireless networks, developing equipment and software for data transmission systems, as well as in the learning process.