Главная Материнство Методы взаимодействия в гетерогенных сетях. Гетерогенные сети: ключевые технологии HetNet и сценарии развертывания. Точное определение мест, где необходимы малые БС

Методы взаимодействия в гетерогенных сетях. Гетерогенные сети: ключевые технологии HetNet и сценарии развертывания. Точное определение мест, где необходимы малые БС

Так как спрос на мобильные данные превосходит все ожидания, гетерогенная сетевая архитектура с множеством частотных диапазонов, применением различных технологий радиодоступа и использованием базовых станций с различной величиной зон покрытия, является единственным решением, позволяющим операторам двигаться вперед.

В области телекоммуникаций широко известны пугающие статистические данные, касающиеся спроса на передачу данных, особенно в местах наибольшего скопления людей. Высокий спрос заставляет операторов увеличивать плотность размещения базовых станций (БС) и повышать спектральную эффективность через MIMO (англ. Multiple Input Multiple Output) и другие LTE технологии. Однако рано или поздно возможность развертывания новых базовых станций достигнет предела из-за переиспользования частот и дороговизны, и их установка станет нецелесообразной в крупных городах. Поэтому возникает необходимость установки точек доступа Wi-Fi , малых базовых станций и других элементы для «заполнения пробелов», образующих вместе гетерогенную сеть (HetNet).

Ключевые технологии HetNet

Одной из ключевых задач является «бесшовная» (незаметная) интеграция малых БС в сети: их установка может оказать негативное влияние на ключевые показатели эффективности, такие как падение скорости передачи в результате интерференции макро и микро БС.

Для разгрузки макро БС потребуется довольно большое количество малых БС, устанавливаемых в местах наибольшего скопления людей, однако требования для их развертывания и затраты могут оказаться невысокими благодаря подведению уже имеющейся на сайте трансмиссии и встроенным источникам питания.

1. Точное определение мест, где необходимы малые БС.

Малые БС эффективны для разгрузки макро БС тогда, когда они устанавливаются в местах крупного скопления людей. Операторы могут создавать карты сетевого трафика путем сбора информации о местоположении микро и макро БС, объеме циркулирующего трафика и местоположении абонентских терминалов (UE) в сети в данный момент. Учитывая размер зоны охвата микро БС, рекомендуемая точность для карты трафика составляет 50 × 50 метров. Операторы могут оценивать эффективность работы микро БС, сравнивая карты трафика, генерируемого до и после развертывания, которые помогут осуществить дальнейшую оптимизацию в будущем.

2. Интегрирование микро БС.

Приобретение целого нового сайта с большим количеством оборудования становится дорогим и неэффективным, что вызывает необходимость развертывания малых БС на опорах и стенах. Для достижения этой цели элементы трансмиссии, блоки питания и защиты от перенапряжения могут быть интегрированы вместе со всем остальным в удобном форм-факторе БС (сферическом или прямоугольном), не превышаем 8 кг (так, что один человек может с легкостью его установить).

3. Гибкая трансмиссия.

Трансмиссия является серьезным вопросом при развертывании микро БС. Для ее подведения может использоваться как фиксированный, так и беспроводной способы.

Волокно является основным средством для БС с фиксированным подведением трансмиссии через соединение типа точка-точка (P2P) или через пассивную оптическую сеть (xPON).

Беспроводное соединение малых БС является более гибким, но менее надежным. Типичными решениями в данном вопросе являются использование микроволн 60 ГГц, LTE TDD, микроволн eBand, или подключение через Wi-Fi, каждое из которых имеет свои преимущества.

Нелицензированные 60 ГГц оказываются выгодными по стоимости, если предполагается передача на короткие расстояния с высокой пропускной способностью; в то время как использование LTE TDD будет эффективным в условиях отсутствия прямой видимости, а Wi-Fi пригодится предоставления недорогих услуг.

4. Использование возможностей SON (самоорганизуемые сети).

Для удовлетворения потребностей в мобильном широкополосном доступе в ближайшие пять лет, количество малых БС должно неизменно превышать количество макро БС. Простое развертывание и техническое обслуживание, которые имеют место в SON, играют важную роль в сокращении затрат на эксплуатацию в долгосрочной перспективе.

Самоорганизующаяся микро БС может автоматически сканировать условия окружающей ее радиосреды, благодаря чему она автоматически планирует и конфигурирует параметры, такие как частота, код скремблирования и мощности передачи. Традиционная БС не может этого делать, и именно поэтому микро БС с функциями SON экономит 15% человеко-часов для планирования сети.

Более того, такая микро БС может автоматически обнаруживать изменения в радиосреде; когда рядом с ней разворачивают еще одну микро БС, она может автоматически оптимизировать параметры сети. Для традиционных сетей оптимизация сети является важнейшей частью обслуживания сети. А когда она становится автоматической, затраты рабочей силы уменьшаются от 10 до 30%.

5. Координация макро-микро БС

Одним из ключевых преимуществ архитектуры HetNet является то, что она позволяет постепенное и гибко наращивать емкость сети, основываясь непосредственно на необходимости, а не на прогнозах. Для Hotspot’ов, встречающихся на территории нечасто, требуется только несколько микро БС, и они могут использовать одни и те же частоты так же, как это делают макро БС. Тем не менее, для уменьшения помех между ними необходима координация. Когда количество трафика в Hotspot увеличивается и развернуто достаточное количество микро БС, инженеры могут гибко распределять несущие среди микро БС, чтобы максимизировать емкость.

При развернутых микро БС их координация с макро БС увеличивает общую пропускную способность соты на 80 - 130%.

Сценарии развертывания

1. Indoor

Indoor-покрытие классифицируется по разделению (множественный или нет) и в зависимости от размера покрытия (малых, средних или больших). Типичным местом для размещения БС с малым и средним размером покрытия и множественным доступом будет жилой дом, супермаркеты, метро и средние конференц-залы, а также другие области с низкими потолками, двигающимися пользователями и с высокими требованиями емкости. К данному типу относят пикосоты LTE и использование Wi-Fi.

Большие многопользовательские Indoor точки доступа включают большие офисные здания, отели и другие места, где наблюдается высокая плотность пользователей с высоким спросом. Однако оба эти требования, и емкость, и востребованность, должны рассматриваться совместно с учетом наличия лифтов и большого количества этажах (по вертикали охват макро БС часто плохой).

2. Outdoor

Outdoor-покрытие делятся на три категории - мелкие, независимые Hotspot’ы ("HotDots"), уличные Hotspot’ы ("HotLines"), и большие зональные Hotspot’ы ("HotZones").

В "HotDot” (кафе) спрос высок, но охват довольно мал, и пользователи в основном находятся на месте. В "HotLine" плотность абонентов и потребности высоки, а охват сравним с городской улицей, причем “HotLine” активно взаимодействует со всеми услугами и бизнесами на этой улице, что должно учитываться при развертывании. "HotZone", как правило, относится к крупным площадям и другим общественным местам, в которых плотность пользователя и спрос высоки, но только при определенных обстоятельствах, которые чаще всего довольно хорошо предсказуемы.

Outdoor-покрытие может использовать микросоты LTE, при чем небольшие соты Indoor-покрытия должны в основном дополнять outdoor-покрытие, используясь с ним в связке.

Заключение

Мобильным сетям будущего понадобятся значительные емкости и пользовательский опыт, и это будет достигнуто именно с помощью HetNet. Микро БС должны быть размещены в местах массового скопления людей и большого количества трафика для разгрузки макро БС. Необходима надлежащая координация: макро и микро БС должны минимально влиять друг на друга. Любая микро-БС должна интегрировать в себе элементы питания, фидер и защиту от перенапряжения, чтобы свести к минимуму требования к месту размещения и затраты на развертывание. Оптимизированное Indoor-покрытие нового поколения должно предусматривать гибкое и универсальное размещение БС, возможности для постепенного наращивания емкости, а также возможности для удаленного обслуживания. Некоторые сценарии развертывания уже готовы, и теперь операторы должны согласовывать их с собственными потребностями.

Подготовил: Романшенков Н.О.

АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

ГЕТЕРОГЕННЫЕ СЕТИ СВЯЗИ В СИСТЕМАХ СЕТЕВОГО

МОНИТОРИНГА

Олимпиев А.А.,

ОАО «Научно-исследовательский

институт «Рубин»,

Шерстюк Ю.М., д. т. н., доцент, ОАО «Научно-исследовательский институт «Рубин», [email protected]

Ключевые слова:

информационная система, объектно-ориентированный подход, обучающиеся автоматы, конечные автоматы, грамматики.

АННОТАЦИЯ

Рассмотрены общие тенденции по развитию отечественных автоматизированных систем управления связью и существующие технологии создания систем данного класса. Выделены недостатки традиционных подходов к созданию информационных моделей, являющихся основой для построения информационных систем и заключающихся в чрезмерном росте содержания и структуры модели представления и хранения информации.

Предложена формальная модель объектного представления гетерогенной сети связи, позволяющая оперативно вычислять интегральное состояние сети связи и ее элементов. Сеть связи представлена в виде коллектива объектов, взаимодействующих посредством передачи сообщений. Каждый объект является экземпляром некоторого класса и представлен в виде конечного автомата со сколь угодно сложным поведением. Содержание модели не зависит от применяемых в сети технологий передачи данных и состава оборудования, что делает ее способной к адаптации к эволюционным изменениям в сети связи.

В качестве метода оптимизации сбора данных мониторинга, предназначенных для актуализации состояния объектной модели, выбран подход, в основу которого положена система обучающихся автоматов. Данный подход позволяет достичь высокой оперативности актуализации состояния объектной модели в условиях отсутствия сведений о инфраструктуре сети за счет адаптации к времени отклика системы.

AUTOMATED CONTROL SYSTEMS

Введение

В рамках создания автоматизированных систем управления связью (АСУС) на оперативно-техническом уровне одной из наиболее актуальных задач, подлежащих решению, является задача адекватного информационного отображения управляемой сети связи как объекта мониторинга и управления (ОМУ). Информационная модель, выступающая в качестве компонента системы поддержки принятия решений в контуре управления, должна отображать состав, связи и характеристики элементов ОМУ, максимально соответствующие текущему состоянию ОМУ и его компонентов.

В настоящее время известны подходы к представлению сетей подобной природы (см. например, ), однако размерность получаемых представлений крайне высока. Кроме того, статический учет всех элементов сети не целесообразен - он крайне ресурсозатратен, и будет дублировать данные, которые можно получить от средств технологического мониторин-

Препятствием к созданию адекватной модели сети связи является существующая несогласованность понятийных и информационных моделей оперативно-технического и технологического уровней управления, заключающаяся в том, что на технологическом уровне элементы сети связи представлены своими информационными базами управления (Management Information Block - MIB) , которые учитывают их специфику в терминах программной и/или аппаратной реализации, а на оперативно-техническом особенности элементов сети связи должны быть «скрыты» от пользователя - сетевой уровень предполагает оперирование понятиями, едиными для однотипного оборудования с разными MIB .

Учитывая, что технологический уровень при создании АСУС является объективно заданным и неизменным, проблема, порождаемая указанным противоречием, не может быть решена в рамках "учетной" информационной модели - она должна быть дополнена неким вычислительным формализмом, в качестве которого может выступать объектная модель представления.

Формальная модель объектного

представления сети связи

Суть вычислительного формализма объектного представления современных сетей связи можно определить следующим образом :

1). Центральным понятием модели является понятие объекта - абстрактной сущности, характеризуемой своими параметрами и поведением:

o = , o e O, где cl - класс, nm - имя, st - состояние, {prm} - множество параметров, {mt} - множество методов, определенных классом cl и отношением наследования в иерархии классов, O - множество всех объектов.

Параметр состояние объекта может принимать значение из фиксированного множества - {"норма", "авария", "предупреждение", ...}.

2). На множестве объектов существуют следующие отношения:

"целое - часть целого" (Risa);

"поставщик - потребитель" (Ruse);

"взаимодействие" (Rcon). Sd = (O, Risa, Rcon, Ruse),

где Sd - отображение множества отношений на множество объектов.

3). Каждый объект является экземпляром некоего класса. Классы образуют иерархию с возможностью наследования параметров и методов.

V o е O 3 cl е CL: o => cl, где CL - множество всех классов.

4). По своей сути классы и соответствующие им объекты могут быть условно разделены на три группы:

"терминаторы" - узлы графового представления сетей связи;

"коннекторы" - ребра графового представления сетей связи;

"агрегаторы" - абстрактные сущности - логическое объединение объектов в группу с возможностью вычисления ее интегрального состояния.

5). Множество методов объекта имеет отображение на входные сообщения.

К числу входных сообщений относятся: создание/удаление объекта; создание/удаление отношений объекта; изменение состояния взаимодействующих объектов; изменение значений параметров объекта (в том числе параметров функционирования, вычисляемых по данным мониторинга).

6). Объект рассматривается как конечный автомат, способный принимать сообщения и на их основании изменять свое состояние и/или порождать сообщения. Правила перехода и порождения сообщений могут быть сколь угодно сложными.

Функционирование автомата можно записать следующим образом:

st (tm) = v (x, st(ti)), {y} = ф (x, st(ti)), где st - состояние автомата; x - входные сообщения, y -выходные сообщения; x,y с S, где S- множество всех возможных сообщений.

7). В качестве компонента поддержки вычислительной среды выступает "менеджер объектов", который осуществляет следующие действия:

создание и удаление объектов;

анализ поступающих сообщений и передача их объектам-адресатам;

формирование сообщений для создания/удаления отношений над объектами;

формирование сообщений с учетом отношений над объектами.

"Менеджер объектов" может быть представлен как автомат с магазинной памятью:

^o (Q чо, ГМ, Гвх, Гвых, G, Ib),

где Гвх, Гвых с S - грамматики входной и выходной ленты, соответственно; ГМ = Г] с Г2, Г] с S, Г2 = {} - грамматика магазина; Ib с Q - множество конечных состояний автомата, где Q - множество всех состояний автомата.

Отображение G: Q х Гм х Гвх ^ Q х Гм х Гвых, определяет множество правил переходов между состояниями.

8). Поступающие на вход "менеджера объектов" сооб-

HIGH TECH IN EARTH SPACE RESEARCH

АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

щения могут порождаться как реакция на одно из следующих событий:

изменение состояния объекта;

изменение учетных сведений;

обнаружение существенных событий на уровне сетевых элементов.

9). Актуализация состояния сети осуществляется шлюзом взаимодействия средств технологического и оперативно-технического уровней на основании множества существенных событий, происходящих в среде мониторинга.

Множество существенных событий за промежуток времени Д/ на уровне сетевых элементов можно представить следующим образом :

У(Д) = ДВшв(Ы) и УА(Д), где ДБшв - динамика параметров М1В, УА(Д/) - множество внешних воздействий на сетевые элементы, Д1=/к-/к-1 - отрезок времени между опросами средств технологического мониторинга.

ДВШв(Д0 = 1ДП„№, где т = , N = - множество всех сетевых элементов, г = , /р - количество классов оборудования, пг - количество экземпляров данного класса.

Д = ехт.Щ, j=)), 1(])=^](тхп(М]), ф, у, Щ),

где тш(Д/) - минимальное допустимое время опроса >го сетевого элемента, ф - частота опроса сетевого элемента средствами технологического мониторинга, Уj - количество внешних воздействий на j-й сетевой элемент.

Задачу оптимизации Д/ целесообразно решать посредством использования обучающихся автоматов, работу которых можно представить как:

АМ = (Щ С, 2, X, Zo, ДО), где Щ = (^1, м2, ... мп) - вектор памяти, С - матрица штрафов, 2 - оператор случайного управления,X- вектор управления, X = 2(Х-ъ ДХ), X = <Д/, П>, О" =Ф(Пшв), - условия, назначенные системой верхнего уровня или оператором, ДО, = Д^ь ДD(Xг-1), 2о).

На основании У(Д/) шлюз формирует множество сообщений, которые поступают на входную ленту менеджера объектов.

Заключение

Благодаря наличию описанных выше механизмов объектную модель можно образно рассматривать как некую нейронную сеть, в которой внешний раздражитель (учетные сведения, данные мониторинга) приводит к созданию/удалению объектов и/или выполнению затухающего процесса возбуждения нейронов, распространяющегося по информационной модели сети - процесс актуализации состояния информационной модели.

Важным результатом использования описанных механизмов является возможность оперативного получения сведений о состоянии не только отдельной единицы оборудования или линии связи, но и интегральную оценку состояния сети связи в целом.

Литература

1. Гребешков, А. Ю. Стандарты и технологии управления сетями связи [Текст] : Рукопись. - М.: Эко-Трендз, 2003. - 288 с.

2. Шерстюк, Ю. М. Архитектура средств технологического управления телекоммуникациями [Текст] / Ю. М. Шерстюк,

B. Д. Зарипов, М. Д. Рожнов, И. Л. Савельев // Телекоммуникационные технологии. - 2006. - Вып. 2. С. 33-40.

3. Шерстюк, Ю. М. Архитектура и основные направления развития автоматизированной системы управления единой информационно-телекоммуникационной системы [Текст] // Телекоммуникационные технологии. - 2007. - Вып. 3.

4. Олимпиев А. А. Унификация представления сетей связи на основе объектного подхода [Текст] / А. А.Олимпиев, М. Д.Рожнов, Ю. М. Шерстюк // V Санкт-Петербургская межрегиональная конференция «Информационная безопасность регионов России-2007 (ИБРР-2007)», Санкт-Петербург, 2325 октября 2007 г.: Труды конференции. Секция: Информационная безопасность телекоммуникационных сетей. - СПб.: СПОИСУ, 2008. С. 60-66.

5. Шерстюк Ю.М. Предложение по решению задачи актуализации состояния гетерогенной телекоммуникационной сети [Текст] / Ю. М. Шерстюк, А. А. Олимпиев // Вопросы радиоэлектроники. Сер. СОИУ. - 2012. - Вып. 2. С. 5-10.

HETEROGENEOUS COMMUNICATION NETWORKS IN THE NETWORK MONITORING SYSTEM

JSC "Rubin" Research Institute, [email protected]

Sherstyuk Y., Doc.Tech.Sci., docent, JSC "Rubin" Research Institute, [email protected]

In the article are some general trends in the development of network management systems. Considered the traditional approach to the creation of such systems.

A formal model of object representation of a heterogeneous network, which allows quickly calculate the integral state of the communication network and its elements. The communication network is represented as a band machine interacting via messaging.

As an optimization method of data collection for monitoring, intended to update the state of the model is chosen approach, which is based on a system of learning automata. This approach allows us to achieve high efficiency of updating the state of the information model in the

absence of information about the network infrastructure. Keywords: information system, an object-oriented approach, learning automata, finite automata, grammars.

1. Grebeshkov, A 2003, "Standards and technologies of control of communication networks", Moscow, 288 pages.

2. Sherstyuk, Yu 2006, "Architecture of means of technological telecommunication management", Telecommunication technologies, vol. 2, pp.33-40.

3. Sherstyuk, Yu 2007, " Architecture and main directions of development of an automated control system of uniform information telecommunication system", Telecommunication technologies, vol. 3, pp. 5-14.

4. Olimpiyev, A 2008, "Unification of representation of communication networks on the basis of object approach", the V St. Petersburg interregional conference "Information Security of Regions of Russia-2007 (IBRR-2007), pp. 60-66.

5. Sherstyuk, Yu 2012, "Proposal according to the solution of the task of updating of a status of a heterogeneous telecommunication network", Radiotronics Questions, vol. 2, pp. 5-10.

Ключевые технологии HetNet

1. Точное определение мест, где необходимы малые БС.

2. Интегрирование микро БС.

3. Гибкая трансмиссия.

4. Использование возможностей SON (самоорганизуемые сети).

5. Координация макро-микро БС

При развернутых микро БС их координация с макро БС увеличивает общую пропускную способность соты на 80 - 130%.

Сценарии развертывания

1. Indoor

2. Outdoor

Заключение

Подготовил: Романшенков Н.О.

Совместное существование различных сетевых технологий (коаксиальный кабель, витая пара(10,100 и 1000 Мбит/с)) ставит задачу их совместного использования в одной сети. Для этой цели используется новый тип сетевых устройств – коммутаторы (Switch Ethernet) .

Структурированные ЛВС строятся с использованием коммутаторов рабочих групп, то есть устройств имеющих 12-24 порта 10Base-T и 1-2 порта 100Base-T. Такие коммутаторы обеспечивают скоростной доступ, без ожидания каждому клиенту к общим ресурсам.

Увеличить число рабочих станций в сети, можно используя стековые концентраторы. При этом они могут быть объединены как через общие устройства управления, так и в цепочку. Достоинство второго решения – повышенная надежность. MAC адреса – адреса сетевых адаптеров (Media Access Control) . (10+100) – обозначения коммутатора.

Дальнейшее развитие технологии Switch Ethernet привело к появлению коммутаторов позволяющих подключать к порту рабочие станции, работающие как со скоростью 10 Мбит/с, так и 100 Мбит/с. Это достигается с помощью использования механизма Auto-Negotiation (переговоры) или Auto-Sensive. Коммутаторы 10/100 могут использоваться как коммутаторы рабочих групп, так и самостоятельно. Их достоинством является способность передавать данные только на указанный порт, не блокируя среду передачи.

Внутренняя таблица адресов:

Адрес	Порт
A	1
B	2
C	3
D	4

Кроме того, каждый порт коммутатора имеет свой буфер памяти и таблицу адресов (MAC-адресов), с которыми он может взаимодействовать. Этим ограничивается число WS (домен коллизий), которым рабочая станция посылает широковещательные пакеты.

В силу схожести концентраторов и коммутаторов, коммутаторы 10/100 иногда называют коммутирующими концентраторами Switched Hub.