Оптимизация и системное проектирование развития сетей мобильной связи

Курсовая работа

по курсу «Проектирование телекоммуникационных сетей с подвижными объектами»

«Оптимизация и системное проектирование развития сетей мобильной связи»

Оглавление

1. Введение

2. Вариант задания № 18

3. Расчёт потенциального спроса

3.1 Число жителей r-ых территорий и тел.плотность на начальный год прогноза

3.2 Телефонная плотность на прогнозируемую перспективу

4. Планируемая динамика роста числа абонентов

4.1 Математическое ожидание числа пользователей r-ых территорий

4.2 Математическое ожидание приращения числа пользователей r-ых территорий

5. Трафик нагрузок по r-ым территориям

6. Параметры технической инфраструктуры

6.1 Трафик базовых станций

6.2. Количество изначально-вводимых BTS (2010г.) и дополнительно вводимых (2011-2014гг.)

6.3 Количество изначально-вводимых BSC (2010г.) и дополнительно вводимых (2011-2014гг.)

7. Расчет стоимости строительства и расходов на эксплуатацию сети

7.1 Капитальные затраты

Таблица 7.1.1 - Аппроксимация составляющих стоимости строительства СМС

7.1.1 Стоимость строительства MSC

7.1.2 Стоимость строительства BSC

7.1.3 Стоимость строительства BTS

7.1.4 Стоимость строительства TRAU

7.1.5 Стоимость строительства соединительных ЦРРЛ (ИКМ-30)

7.1.6 Стоимость строительства прочего оборудования (ЗИП, антенны, кабели, КПП) и строительно-монтажные работы

7.1.7 Программное обеспечение

7.1.8 Суммарные капитальные затраты

7.2 Эксплуатационные расходы

7.2.1 Зависящие от числа абонентов СМС

7.2.2 Зависящие от стоимости сети (амортизация, обслуживание кредитов)

7.2.3 Общие эксплуатационные расходы

8. Расчет доходов и критериев оптимальности

9. Расчет зоны покрытия

10. Заключение

11. Литература

1. Введение

Целью оптимизации и системного планирования является оптимальный с позиций принятой концепции (миссии компании-оператора) выюор и технико-экономическое обоснование основных системных параметров развития сетей мобильной связи – ёмкости и роста числа абонентов по годам и территориям; видов, качества и объёма услуг; трафиков нагрузки; структуры и производительности основных топологических компонентов сети; стоимости строительства сети и инвестиций, затрат на эксплуатацию, тарифов на услуги, доходов, прибыли и эффективности затрат (рентабельности).

В данном курсовом проекте используется методика модельно-аналитических рыночных прогнозов платёжеспособного спроса на услуги мобильной связи. Модель тарифов строится в данном случае в виде последовательности тарифных интервалов на конкретные услуги связи в диапазоне прогнозируемых лет; делаются допущения о величине приемлемой для бюджета семьи доли затрат на оплату услуги связи, а потенциальный спрос задаётся через прогнозируемое приращение телефонной плотности некоторой территории на перспективу её социально-экономического развития.

2. Вариант задания № 18

Критерий оптимизации – максимум рентабельности

Ограничение на срок окупаемости: LDPB ≤ 3 года

3. Расчёт потенциального спроса

3.1 Число жителей r-ых территорий и телефонная плотность (PRTOD) на начальный год прогноза

В соответствии с заданием курсового проектирования:

3.2 Телефонная плотность на прогнозируемую перспективу

Прогнозируемую телефонную плотность (PRTOM) вычислим на основании исходной, приняв за исходный – 2010 год. Предположим при этом, что ежегодно плотность мобильных аппаратов возрастает на 7%.

Таблица 3.2.1 – Прогнозируемая плотность МАП (%)

Тогда потенциальный спрос (Nrpot) на услуги связи:

ПС = число жителей × прогнозируемая плотность;

Таблица 3.2.2 – Платёжеспособный потенциальный спрос на услуги связи

Условно примем, что количество пользователей, потенциально нуждающихся в услугах конкретного оператора связи, составляет 50% от потенциального спроса.

Таблица 3.2.3 – Спрос на услуги оператора

4. Планируемая динамика роста числа абонентов

Выразим косвенно через динамику снижения годовых тарифов на услуги мобильной связи: α1 ≥ α2 ≥ ….. ≥ αj-1 ≥ αj,

где αj – коэффициент понижения тарифа Tjj-го года работы сети относительно базового тарифа Tb

4.1 Математическое ожидание числа пользователей r-ых территорий

Из числа потенциально нуждающихся, которые в состоянии оплатить годовые тарифы Tj в j-ом году в функции от базового тарифа Tb (полагаемого равным ежегодной оплате за услуги связи: трафик, абонентская плата и плата за дополнительные услуги):

Nrj(Tb) = Nrjpot×exp(-zr*αj*Tb), где j = 1,2,…

Nrjpot - количество пользователей, потенциально нуждающихся в услугах оператора связи (таблица 3.2.3);

zr – показатели эластичности спроса r-ых территорий

αj – коэффициенты понижения тарифа

Tb – базовый тариф

Таблица 4.1.1 – Математическое ожидание числа пользователей г.Энск

Таблица 4.1.2 – Математическое ожидание числа пользователей г.Бенск

Таблица 4.1.3 – Математическое ожидание числа пользователей г.Тимск

Рисунок 4.1.1 – Динамика изменения мат.ожидания пользователей в г.Энск в зависимости от базового тарифа

Рисунок 4.1.2 – Динамика изменения мат.ожидания пользователей в г.Бенск в зависимости от базового тарифа

Рисунок 4.1.3 – Динамика изменения мат.ожидания пользователей в г.Тимск в зависимости от базового тарифа

4.2 Математическое ожидание приращения числа пользователей r-ых территорий

nrj(Tb) = Nrj(Tb) - Nr(j-1)(Tb), где j = 1,2,…

Таблица 4.2.1 – Мат. ожидание приращения числа пользователей г.Энск

Таблица 4.2.2 – Мат. ожидание приращения числа пользователей г.Бенск

Таблица 4.2.3 – Мат. ожидание приращения числа пользователей г.Тимск

Рисунок 4.2.1 – Динамика изменения мат.ожидания приращения пользователей в г.Энск в зависимости от базового тарифа

Рисунок 4.2.2 – Динамика изменения мат.ожидания приращения пользователей в г.Бенск в зависимости от базового тарифа

Рисунок 4.2.3 – Динамика изменения мат.ожидания приращения пользователей в г.Тимск в зависимости от базового тарифа

5. Трафик нагрузок по r-ым территориям

Grj(Tb) = Nrj(Tb)×gr, где

gr – трафик нагрузки на одного абонента в час наибольшей нагрузки (ЧНН), [Эрл]. Согласно заданию курсового проекта gЭНСК = 0,008 [Эрл],
gБЕНСК = 0,006 [Эрл], gТИМСК = 0,005 [Эрл].

Таблица 5.1 – Нагрузка на сеть (2010г. )и прирост нагрузки (2011-2014гг.) г.Энск

Таблица 5.2 – Нагрузка на сеть (2010г. ) и прирост нагрузки (2011-2014гг.) г.Бенск

Таблица 5.3 – Нагрузка на сеть (2010г. ) и прирост нагрузки (2011-2014гг.) г.Тимск

Рисунок 5.1 – Динамика изменения прироста нагрузкив г.Энск в зависимости от базового тарифа

Рисунок 5.2 – Динамика изменения прироста нагрузкив г.Бенск в зависимости от базового тарифа

Рисунок 5.3 – Динамика изменения прироста нагрузкив г.Тимск в зависимости от базового тарифа

6. Параметры технической инфраструктуры

6.1 Трафик базовых станций

С помощью программного обеспечения «CalcuCel» вычисляем трафик одной базовой станции, включая служебную информацию. При этом предположим, что в г.Энск базовые станции оборудованы 6-ью трансиверами, а в г.Бенск и г.Тимск 3-мя.

6.2 Количество изначально-вводимых BTS (2010г.) и дополнительно вводимых (2011-2014гг.)

На основании вычисленного трафика БС (см.выше) определим количество БС, которые будут введены в эксплуатацию в первый год строительства сети и количество БС, необходимых для случая увеличения нагрузки в последующие годы.

Таблица 6.2.1 – Кол-во вводимых БС (2010г.) и доп.вводимых (2011-2014гг.) г.Энск

Таблица 6.2.2 – Кол-во вводимых БС (2010г.) и доп.вводимых (2011-2014гг.) г.Бенск

Таблица 6.2.3 – Кол-во вводимых БС (2010г.) и доп.вводимых (2011-2014гг.) г.Тимск

Рисунок 6.2.1 – Кол-во вводимых БС (2010г.) Рисунок 6.2.2 – Кол-во вводимых БС (2010г.) и доп.вводимых (2011-2014гг.) г.Энск и доп.вводимых (2011-2014гг.) г.Бенск

Рисунок 6.2.3 – Кол-во вводимых БС (2010г.)и доп.вводимых (2011-2014гг.) г.Тимск

6.3 Количество изначально-вводимых BSC(2010г.) и дополнительно вводимых (2011-2014гг.)

Учитываем, что один BSC может обслужить 128 трансиверов и на основании данных, полученных в предыдущем пункте, получим:

Таблица 6.3.1 – Кол-во вводимых BSC (2010г.) и доп.вводимых (2011-2014гг.) г.Энск

Таблица 6.3.2 – Кол-во вводимых BSC (2010г.) и доп.вводимых (2011-2014гг.) г.Энск

Таблица 6.3.3 – Кол-во вводимых BSC (2010г.) и доп.вводимых (2011-2014гг.) г.Энск

7. Расчет стоимости строительства и расходов на эксплуатацию сети

Стоимость строительства СМС при рабочем проектировании определяется на основе коммерческих предложений и прейскурантов поставщиков оборудования и производителей работ. Для решения задач оптимизации и системного планирования развития СМС используются аппроксимированные зависимости. Для целей курсового проектирования используем примерные аппроксимации стоимости сети применительно к оборудованию стандарта GSM.

(7.1)

7.1 Капитальные затраты

Таблица 7.1.1 - Аппроксимация составляющих стоимости строительства СМС

Стоимость MSC рассчитывается исходя из того, что в начальный период строительства сети устанавливается мобильный коммутатор, а затем учитываются затраты на подключение одного абонента.

Стоимость программного обеспечения рассчитывается как цена самого программного пакета и лицензий на использование его с приёмо-передатчиками. Эти затраты возрастают с увеличением TRX.

Стоимость дополнительного оборудования и работ можно оценить через доли от стоимости основного оборудования сети:

7.1.1 Стоимость строительства MSC

В соответствии с данными таблиц 7.1.1 (аппроксимирующих составляющих) и 4.2.1-3 (прироста абоенентов) получаем:

Таблица 7.1.1.1 – Стоимость строительства MSC в г.Энск

Таблица 7.1.1.2 – Стоимость строительства MSC в г.Бенск

Таблица 7.1.1.3 – Стоимость строительства MSC в г.Тимск

Суммируя полученные таблицы, получим общую стоимость строительства MSC всей сети:

Таблица 7.1.1.4 – Общая стоимость строительства MSC

Рисунок 7.1.1.1 – Общая стоимость строительства MSC по годам в зависимотси от базового тарифа

7.1.2 Стоимость строительства BSC

Чтобы определить затраты на ввод BSC, необходимо рассчитать кол-во каналов трафика:

Таблица 7.1.2.1 – Количество каналов трафика г.Энск

Таблица 7.1.2.2 – Количество каналов трафика г.Бенск

Таблица 7.1.2.3 – Количество каналов трафика г.Тимск

Далее аналогично предыдущему пункту в соответствии с таблицами 7.1.1, 6.3.1-3 и 7.1.2.1-3 получаем:

Таблица 7.1.2.4 – Стоимость строительства BSC в г.Энск

Таблица 7.1.2.5 – Стоимость строительства BSC в г.Бенск

Таблица 7.1.2.6 – Стоимость строительства BSC в г.Тимск

Таблица 7.1.2.7 – Общая стоимость строительства BSC

Рисунок 7.1.2.1 – Общая стоимость строительства BSC по годам
в зависимотси от базового тарифа

7.1.3 Стоимость строительства BTS

Чтобы определить затраты на ввод BSC, необходимо рассчитать кол-во вводимых в действие приёмопередатчиков:

Таблица 7.1.3.1 – Ввод трансиверов в г.Энск

Таблица 7.1.3.2 – Ввод трансиверов в г.Бенск

Таблица 7.1.3.3 – Ввод трансиверов в г.Тимск

Далее в соответствии с таблицами 7.1.1, 6.2.1-3 и 7.1.3.1-3 получаем:

Таблица 7.1.3.4 – Стоимость строительства BTS в г.Энск

Таблица 7.1.3.5 – Стоимость строительства BTS в г.Бенск

Таблица 7.1.3.6 – Стоимость строительства BTS в г.Тимск

Таблица 7.1.3.7 – Общая стоимость строительства BTS

Рисунок 7.1.3.1 – Общая стоимость строительства BTS по годам
в зависимотси от базового тарифа

7.1.4 Стоимость строительства TRAU

Постоянна и равна 15000 (вводится один раз в начале строительства сети).

7.1.5 Стоимость строительства соединительных ЦРРЛ (ИКМ-30)

Таблица 7.1.5.1 – Стоимость соединительных линий в г.Энск

Таблица 7.1.5.2 – Стоимость соединительных линий в г.Бенск

Таблица 7.1.5.3 – Стоимость соединительных линий в г.Тимск

Таблица 7.1.5.4 – Общая стоимость соединительных линий

7.1.6 Стоимость строительства прочего оборудования (ЗИП, антенны, кабели, КПП) и строительно-монтажные работы

Стоимость дополнительного оборудования и работ можно оценить через доли от стоимости основного оборудования сети:

Примем стоимость дополнительного оборудования как 7% от стоимости вводимого оборудования, производства работ - 2% от стоимости вводимого оборудования. Таким образом:

Таблица 7.1.6.1 –Стоимость строительства дополнительного оборудования в г.Энск

Таблица 7.1.6.2 –Стоимость строительства дополнительного оборудования в г.Бенск

Таблица 7.1.6.3 –Стоимость строительства дополнительного оборудования в г.Тимск

Таблица 7.1.6.5 – Общая стоимость строительства дополнительного оборудования

Рисунок 7.1.6.1 – Общая стоимость строительства дополнительного оборудования по годам в зависимости от базового тарифа

Таблица 7.1.6.6 –Стоимость работ в г.Энск

Таблица 7.1.6.7 –Стоимость работ в г.Бенск

Таблица 7.1.6.8 –Стоимость работ в г.Тимск

Таблица 7.1.6.9 –Общая стоимость работ

Рисунок 7.1.6.1 – Общая стоимость работ по годам в зависимости от базового тарифа

7.1.7 Программное обеспечение

Стоимость на программное обеспечение также зависит от количества трансиверов (Таблица 7.1.3.1-3):

Таблица 7.1.7.1 –Затраты на ПО в г.Энск

Таблица 7.1.7.2 –Затраты на ПО в г.Бенск

Таблица 7.1.7.3 –Затраты на ПО в г.Тимск

Таблица 7.1.7.4 –Общие затраты на ПО

Рисунок 7.1.7.1 – Общая стоимость затрат на ПО по годам в зависимости от базового тарифа

7.1.8 Суммарные капитальные затраты

Суммируем таблицы 7.1.1.4, 7.1.2.7, 7.1.3.7, 7.1.5.4, 7.1.6.9, 7.1.7.4 и затраты на TRAU (15000):

Таблица 7.1.8.1 – Суммарные капитальные затраты

Рисунок 7.1.8.1 – Суммарные капитальные затраты по годам в зависимости от базового тарифа

7.2 Эксплуатационные расходы

Ежегодные расходы на поддержание сети включают оплату труда, социальные выплаты, административно-хозяйственные расходы, затраты на ремонт, на приобретение материалов, на аренду вышек и помещений, на обслуживание кредитов, амортизационные отчисления.

Таблица 7.2.1 - Аппроксимация составляющих эксплуатационных расходов

7.2.1 Зависящие от числа абонентов СМС

Учитывается количество абонентов во всех городах.

Таблица 7.2.1.1 – Эксплуатационные расходы, зависящие от числа абонентов СМС

7.2.2 Зависящие от стоимости сети (амортизация, обслуживание кредитов)

Таблица 7.2.1.1 – Эксплуатационные расходы, зависящие от стоимости сети

7.2.3 Общие эксплуатационные расходы

Таблица 7.2.3.1 – Общие эксплуатационные расходы

Рисунок 7.2.3.1 – Общие эксплуатационные расходы по годам в зависимости от базового тарифа

8. Расчет доходов и критериев оптимальности

Ежегодные доходы:

(8.1)

Где Sb – тариф за подключение новых абонентов

В качестве критериев оптимальности на стадии системного проектирования используют:

-приведенную валовую прибыль:

(8.2)

где: = 0.1- норма прибыли (коэффициент дисконтирования)

-валовую рентабельность капитальных вложений:

(8.3)

-удельную стоимость в расчете на одного абонента сети за планируемый период J лет:

(8.4)

Задача оптимизации системных технико-экономических параметров сети мобильной связи заключается в нахождении допустимого значения базового тарифа, при котором достигается критерий оптимизации:

1) максимальной величины приведенной прибыли ,

при ограничениях на другие критерии. В этом случае доходы компании формируются за счет увеличения объема услуг и числа пользователей. Тарифы в этом случае доступны массовым пользователям, что является реализацией стратегии «народного сотового телефона».

2) максимум рентабельности .

увеличение доходов компании планируется за счет высоких тарифов на услуги. Эта стратегия ограничивает круг пользователей состоятельными лицами стратегия «элитарного сотового телефона».

Примем плату за подключение новых абонентов 3% от Tb:

Тогда ежегодные доходы по формуле (8.1):

Таблица 8.1 – Ежегодные доходы в зависимости от базового тарифа

Рисунок 8.1 – Ежегодные доходы по годам в зависимости от базового тарифа

Рисунок 8.1 – Суммарные ежегодные доходы по годам в зависимости от базового тарифа

Приведённая валовая прибыль на основании формулы (8.2):

Таблица 8.2 – Приведённая валовая прибыль в зависимости от базового тарифа

Рисунок 8.3 – Приведённая валовая прибыль по годам
в зависимости от базового тарифа

Рисунок 8.4 – Суммарная приведённая валовая прибыль в зависимости от базового тарифа

Валовая рентабельность на основании формулы (8.3):

Таблица 8.3 – Валовая рентабельность в зависимости от базового тарифа

Рисунок 8.5 – Валовая рентабельность по годам в зависимости от базового тарифа

Рисунок 8.6 – Суммарная валовая рентабельность в зависимости от базового тарифа

И удельная стоимость в расчете на одного абонента сети за планируемый период на основании формулы (8.4):

Таблица 7.2.2.4 – Удельная стоимость в зависимости от базового тарифа

Рисунок 8.7 – Удельная стоимость в расчете на одного абонента по годам в зависимости от базового тарифа

абонент станция сеть телефонный

Рисунок 8.8 – Суммарная удельная стоимость в расчете на одного абонента в зависимости от базового тарифа

9. Расчет зоны покрытия

Расчёт зоны покрытия произведём на примере 3 BTS в г.Энск (6 трансиверов) по модели Хата с помощью прилагаемого ПО RPS – «Radio Planning System». Система RPS предназначена для планирования радиорелейных и сотовых сетей связи. RPS позволяет проводить частотное планирование и выполнять все необходимые расчеты для оценки качества связи и зон обслуживания радиосети на основе реальных данных о рельефе местности.

Функции RPS

· Размещение базовых станций с привязкой по географическим координатам или по месту на цифровой электронной карте;

· Размещение препятствий (не отраженных на цифровой карте) с привязкой по географическим координатам или по месту на цифровой электронной карте;

· Редактирования карты местности путем задания дополнительных высот для отдельных типов местности (лес, городские кварталы и т.п.);

· Задание и редактирование карты трафика на рассматриваемой территории;

· Поддержка локальных баз данных оборудования: антенн, диаграмм направленности, приемопередатчиков;

· Отображение профиля местности между двумя выбранными точками;

· Определение и отображение точек прямой видимости в заданной окрестности базовой станции;

· Расчет и отображение уровня принятого сигнала в заданной окрестности базовой станции

· Задание коэффициентов, корректирующих потери распространения, для отдельных типов местности;

· Вывод результатов расчетов на печатающее устройство;

· Преобразование электронных карт из форматов MAPINFO и PLANET во внутренний формат RPS;

В результате работы RPS получаем зоны покрытия, отображённые на рисунке 9.1, где различными цветами отображены уровни затухания сигнала относительно расстояния.

Рисунок 9.1 – Результаты расчёта зоны покрытия

10. Заключение

Задача оптимизации системных технико-экономических параметров сети мобильной связи сводится к нахождению оптимального базового тарифа, который обеспечивает максимум рентабельности. Исходя из проведенных расчетов, получаем, что оптимальный годовой тариф равен 550$ (рисунок 8.6).

Таким образом, в курсовом проекте была решена задача оптимизации системных технико-экономических параметров сети мобильной связи по критерию максимума рентабельности.

Рассчитаны следующие технико-экономические параметры:

1) Изменение числа абонентов и нагрузки по годам.

2) Стоимость строительства сети, эксплуатационные расходы и доходы по годам.

3) Критерии оптимальности: приведенная валовая прибыль, рентабельность, удельная стоимость.

11. Литература

1) «Оптимизация и системное проектирование развития сетей мобильной связи», А.Б.Мархасин, СибГУТИ 2000, 18с.