С ростом числа пользователей мобильных устройств [1] все серьезней стоит вопрос об оптимизации и улучшении стратегий доступа трафика к базовой станции. Сетям мобильной связи пятого поколения будут свойственны высокие скорости (до 20 Гбит/с по линии «вниз» и до 10 Гбит/с по линии «вверх»). Также ожидается рост реальной скорости на одного абонента до 100 Мбит/с и более, достаточной для включения передовых приложений с высокой пропускной способностью, таких как сеансы дополненной и виртуальной реальности, потоковые игры и видео с высоким разрешением. Вышеперечисленные значения увеличения скорости будут достигаться за счет повышения спектральной эффективности сетей 5-го поколения в 2-5 раз по сравнению с сетями 4-го поколения.
Кроме того, ожидается, что мобильная связь 5-го поколения интегрирует несколько технологий радиодоступа в унифицированную сеть доступа, позволяя пользовательскому оборудованию использовать их одновременно. Таким образом, перед научным сообществом стоит актуальная задача формирования стратегий об-служивания двух и более типов трафика.
В [2] инструментами теории массового обслуживания, стохастической геомет-рии и теории оптимизации авторы разрабатывают новую теоретическую методоло¬гию, ориентированную на мобильность, для развертывания нескольких технологий радио доступа.
В [3] авторы используют инструменты стохастической геометрии и теории массового обслуживания, чтобы сформулировать математический подход, который моделирует динамику обслуживания пользовательского оборудования на уровне сес-сий, поддерживающего многодиапазонную работу.
В [4] авторы рассматривают одно из самых сложных перспективных раз-вертываний - многополосное уличное развертывание с несколькими подключениями внутри и между технологиями радио доступа. Используя сочетание теоретических и имитационных инструментов, авторы характеризуют характеристики прерывания сессий. Эти характеристики служат входными данными для системы массового об-служивания, характеризующей производительность базовой станции, обслуживаю¬щей сессии двух типов трафика и реализующей стратегии защиты трафика.
Российский оператор мобильной связи Мегафон уже начал тестирование дан-ной технологии и предлагает своим абонентам опцию Pre-5G [5], подключение кото¬рой добавляет 30% к средней скорости обычного интернета на смартфоне или планше¬те за счет комбинации некоторых технологий сети 4-го поколения. Предварительные исследования, посвященные методам достижения высокой скорости на оборудовании 4-го поколения изложены в работах [6, 7].
Целью данной выпускной квалификационной работы является разработка и сравнение стратегий доступа двух типов трафика к одной базовой станции. Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:
— разработка математических моделей трех стратегий доступа двух типов тра-фика к одной базовой станции в виде систем массового обслуживания различных конфигураций;
— теоретическое исследование предложенных математических моделей, полу-чение основных характеристик производительности предложенных стратегий;
— разработка и реализация имитационных моделей для оценки точности теоре-тических аппроксимаций;
— сравнение предложенных стратегий с помощью численных экспериментов.
В данной работе были предложены различные стратегии доступа двух типов трафика к одной базовой станции, описаны и исследованы математические модели таких систем. Проведено сравнение предложенных стратегий доступа, демонстриру¬ющее эффективность каждой из стратегий.
Оператор мобильной связи или владелец базовой станции может воспользо-ваться результатами данной работы и, выбрав подходящую из предложенных стра¬тегию доступа, получить данные о необходимости увеличения или уменьшения обще-доступного радио ресурса на базовой станции, рассчитать вероятность отложенного начала сессии или потери сессии, а также коэффициент использования ресурсов на конкретной базовой станции для подписания соглашения об уровне обслуживания с абонентами.
По материалам выпускной квалификационной работы были подготовлены публикации [17, 18, 19] и сделаны доклады на научных конференциях:
— VIII Международная молодежная конференция «Математическое и про¬граммное обеспечение информационных, технических и экономических систем», 26-30 мая 2021 г. (Диплом за лучший доклад);
— XX Международная конференция имени А.Ф. Терпугова «Информационные технологии и математическое моделирование», 1-5 декабря 2021 г. (Диплом победи¬теля конкурса научных работ молодых ученых);
— IX Международная молодежная конференция «Математическое и программ¬ное обеспечение информационных, технических и экономических систем», 26-28 мая 2022 г. (Диплом за лучший доклад).
Благодарности. Автор выражает огромную благодарность своему руково¬дителю, кандидату физико-математических наук, доценту кафедры ТВиМС НИ ТГУ Лисовской Екатерине Юрьевне за опеку на протяжении всего периода обучения и мо¬тивацию заниматься научной деятельностью, а также за активное участие, советы, огромную поддержку и большое терпение в процессе подготовки и оформления вы¬пускной квалификационной работы. Автор признателен профессорам НИ ТГУ Наза¬рову Анатолию Андреевичу и Моисееву Александру Николаевичу за тесное сотруд¬ничество во время работы над выпускной квалификационной работой. Автор также выражает благодарность всему коллективу кафедры ТВиМС НИ ТГУ за неоцени¬мый вклад в развитие молодого ученого.
