Підвищення якості обслуговування поєднаних Wi-Fi та LTE мереж на основі технологій когнітивного радіо - Дипломная работа

Стрімкий розвиток безпровідних систем, таких як: системи стільникового та супутникового радіозвязку, системи LTE, безпровідні технології Wi-Fi і WIMAX, виявило серйозну проблему. У результаті, впровадження та використання нових сервісів, для роботи яких необхідна наявність вільних частотних діапазонів, стає важким, а в деяких випадках зовсім неможливим.Виходячи з цього, можна стверджувати, що в наш час підвищення систем безпровідного доступу на основі технології когнітивного радіо є актуальним і перспективним[1]. На сучасному етапі проектування телекомунікаційних мереж основним завданням є забезпечення доступу користувачів до мережі й послуг у будь-який час та будь-якому місці. При цьому послуга голосового звязку перестає бути єдиною і буде надаватися вже в найближчому майбутньому, як правило, у складі пакета високошвидкісних мультимедійних послуг передачі даних. Експерти називають у числі найбільш імовірних лідерів популярності такі послуги, як інтерактивне телебачення, відео звязок, інтеграція голосу з платними web-ресурсами й контекстною рекламою, послуги з визначенням місця розташування, дистанційне навчання й мобільна комерція, послуги, повязані з індикацією присутності (Presence) і спілкуванням усередині соціальних мереж і співтовариств (Communities).Сьогодні у світі існує гострий дефіцит спектру в діапазоні частот до 3 ГГЦ, що призводить до необхідності прийняття низкою національних адміністрацій додаткових жорстких заходів щодо підвищення ефективності використання спектра. Збільшення ефективності спектру може бути здійснено, впершу чергу, за рахунок удосконалення прийомопередаючої апаратури, застосування нових спектрально-ефективних технологій абонентського радіодоступу, методів модуляції і перешкодозахисного кодування. В умовах гострого дефіциту спектру велика роль надається конверсії спектру, як одному з найбільш раціональних шляхів перерозподілу спектра у вже освоєних діапазонах частот. Теперішні рішення в області доступу до спектру призвели до того, що кількість вільного спектру не задовольняє попиту на нього, тобто - до появи дефіциту спектру. У нинішніх безпровідних мережах домінує командно-адміністративний підхід до управління використанням спектру, де фіксовані ділянки спектру ліцензовані для кожної окремої безпровідної послуги або технології.Виходячи з передумов, наведених вище, необхідно виділити ті перспективні методи, на принципах яких доцільно можливо підвищити ефективність системи безпроводового доступу.Когнітивна радіосистема - радіосистема із самоорганізацією з динамічним доступом до радіочастотного спектру, яка здатна пізнавати своє експлуатаційне і географічне середовище, адаптувати до нього свої функціональні параметри і протоколи та/або змінювати своє експлуатаційне середовище за рахунок накопичених у процесі функціонування знань та набутих навичок, з урахуванням встановлених регуляторних політик і свого функціонального стану [3]. Когнітивне радіо засноване на концепції динамічного доступу до спектру, ДДС (dynamic spectrum access, DSA) який дозволяє істотно підвищити ефективність використання спектру. Згідно ДДС, вторинним користувачам (незакріпленим за даними частотним діапазоном) надається можливість використовувати діапазони первинних користувачів (закріплених за даними діапазоном) на час, поки цей діапазон не використовується первинним користувачем. Якщо ця смуга в подальшому використовуються ліцензованим користувачем, КР-користувач переміщається в інший порожній проміжок спектру або залишається в тій же смузі, змінюючи потужність передачі або схему модуляції, щоб уникнути перешкод [5]. Відповідно до частини, що стосується доступу до радіочастотного ресурсу, КРС послідовно виконує такі функції: - Оцінювання шумової температури радіосередовіща з метою виявлення невикористаних у даний момент ділянок спектру, - Аналіз параметрів радіоканалу, оцінка канальної інформації, прогнозування стану радіоканалу (Spectrum Sensing);У результаті мільйони абонентів мереж стільникового звязку отримають нові "розумні" пристрої з безліччю критичних до трафіку додатків, і наслідком цього є те , що вже сьогодні трафік в мережах 3G лавиноподібно виріс, що, у свою чергу, дає операторам звязку додатковий дохід. Велика частина ресурсу існуючих сьогодні 3G/4G мереж мобільного доступу вже поглинається постійно зростаючим трафіком даних, і оператори зіткнулися з проблемою їх перевантаження (наприклад, в зонах масового скупчення користувачів). Простіше кажучи, збільшення кількості смартфонів і подальше за цим лавиноподібне наростання трафіку даних змушує операторів шукати спосіб розвантажити мережі, щоб голосові сервіси та сервіси даних працювали в мережі оптімально.В цей час наявність інтерфейсу Wi-Fi в смартфонах дозволяє користувачам використовувати Wi-Fi хот-споти, у випадках коли мережу їх стільникового оператора не в змозі надати їм необхідний сервіс. Існують кілька можливих рішень передачі мереж Wi-Fi функцій з обслуговування трафіку даних, вибір того чи іншого рішення в основному залежит

ЗМІСТ

ПЕРЕЛІК ПОЗНАЧЕНЬ ТА СКОРОЧЕНЬ

ВСТУП

1. АНАЛІЗ МЕТОДІВ ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ СИСТЕМ БЕЗПРОВОДОВОГО ДОСТУПУ

1.1 Шляхи підвищення ефективності використання спектру та впровадження нових безпровідних технологій

1.2Аналіз перспективних методів підвищення ефективності систем безпроводового доступу

1.2.1 Когнітивні радіосистеми

1.2.2 Підвищення продуктивності LTE мереж за рахунок використання когнітивних mesh мереж технології Wi-Fi.

Висновки за розділом

2. РОЗРОБКА АРХІТЕКТУРИ КОГНІТИВНОЇ WI - FI MESH МЕРЕЖІ

2.1 Технологія Mesh-мереж

2.2 Архітектура Mesh-мережі

2.3 Інтелектуальність та самоорганізація

2.4 Принцип маршрутизації Mesh.

2.5 Математична модель структурної самоорганізації mesh- мережі стандарту IEEE 802.11

2.6 Розробка моделі інтеграції Wi-Fi mesh мережі в системи мобільного звязку четвертого покоління.

Висновок за розділом

3. ПІДВИЩЕННЯ ЯКОСТІ ОБСЛУГОВУВАННЯ MESH МЕРЕЖ СТАНДАРТУ IEEE 802.11

3.1 Алгоритм маршрутизації

3.2 QOS Вибір маршруту

3.3 Підвищення QOS задопомогою МССА

3.3.1 Опис МССА і його обмеження

3.3.2 Використання МССА для надання QOS

3.4 Механізми захисту резервувань

3.4.1 Механізм багатокрокового резервування

3.4.2 Процедура встановлення багатокрокового резервування

3.4.3 Процедура відновлення багатокрокового резервування

3.4.4 Процедура видалення багатокрокового резервування

Висновок за розділом 3

4. ІМІТАЦІЙНЕ МОДЕЛЮВАННЯ

4.1 Імітаційне моделювання систем безпровідного доступу на основі технології когнітивного радіо

4.1.1 Моделювання мережі

4.1.2 Результати моделювання

4.2 Імітаційне моделювання систем безпровідного доступу на основі технології когнітивного радіо

4.2 Перевірка мережі когнітивного радіо

Висновки до розділу