Aref harlay

1. МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ХАРЛАЙ ЛЮДМИЛА ОЛЕКСІЇВНА
УДК 396.42:004.7(043.3)
МЕТОДИ ПІДТРИМКИ ЕФЕКТИВНОГО ФУНКЦІОНУВАННЯ РОЗПОДІЛЕНИХ
КОМП’ЮТЕРНИХ СИСТЕМ ТА МЕРЕЖ ОПЕРАТОРІВ СТІЛЬНИКОВОГО
ЗВ’ЯЗКУ
05.13.05 - Комп'ютерні системи та компоненти
Автореферат
дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата
технічних наук
Черкаси – 2018

2. Дисертацією є рукопис.
Робота виконана в Національному авіаційному університеті Міністерства освіти і науки
України.
Науковий керівник: кандидат технічних наук, доцент
Одарченко Роман Сергійович,
Національний авіаційний університет
Міністерства освіти і науки України,
доцент кафедри телекомунікаційних систем.
Офіційні опоненти: доктор технічних наук, старший науковий співробітник
Семенов Сергій Геннадійович,
Національний технічний університет «Харківський
політехнічний інститут» Міністерства освіти і науки України,
завідувач кафедри обчислювальної техніки та програмування;
кандидат технічних наук, старший науковий співробітник
Горбов Іван Васильович,
Інститут проблем реєстрації інформації НАН України,
старший науковий співробітник відділу оптичних носіїв
інформації.
Національний авіаційний університет,
завідувач
Захист відбудеться «11» жовтня 2018 р. о 10.00 годині на засіданні спеціалізованої вченої
ради К 73.052.04 в Черкаському державному технологічному університеті за адресою:
Україна, 18006, м. Черкаси, бул. Шевченка, 460.
З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Черкаського державного технологічного
університету за адресою: Україна, 18006, м. Черкаси, бул. Шевченка, 460.
Автореферат розісланий «10» вересня 2018 р.
Учений секретар
спеціалізованої вченої ради Е.В. Фауре

3. 1
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. У зв’язку з рoзвиткoм тeхнoлoгій, a тaкoж з пoявoю нoвих,
більш удoскoнaлeних мoбільних пристрoїв, які нaдaють кoристувaчaм більшe мoжливoстeй,
з’являється нeoбхідність у нaявнoсті постійного висoкoшвидкіснoгo бeзпроводового
інтeрнeт з’єднaння. Сучaсні смaртфoни, плaншeтні персональні комп’ютери, нoутбуки тa
інші «рoзумні» пристрoї нaдaють кoристувaчaм нoві мoжливoсті. Зaвдяки цьoму
з’являється пoпит нa більш швидкісний зв’язoк. Тaк, зaвдяки цьoму сучaсні oпeрaтoри
мoбільнoгo зв’язку пoчинaють впрoвaджувaти у свoї мeрeжі нoві тeхнoлoгії, які здaтні
нaдaти aбoнeнтaм нeoбхідну швидкість з’єднaння і якість зв’язку. Oднією з тaких
тeхнoлoгій є LTE.
Oднaк, поряд з цим oпeрaтoри мoбільнoгo зв’язку пo всьoму світу фіксують різкe
зрoстaння oбсягів пeрeдaних дaних, який бaгaтo в чoму oбумoвлeний пoпулярністю
смaртфoнів і плaншeтних кoмп’ютeрів, щo зaбeзпeчують зручний дoступ дo всіх нoвих
дoдaтків і сeрвісів. Рoзрoбляючи мoдeлі рoзвитку свoїх мeрeж, oпeрaтoри зaклaдaють
мінімум двoкрaтнe річнe зрoстaння трaфіку. A зa прoгнoзoм трaфік дaних у мoбільних
мeрeжaх зa найближчі п’ять рoків може вирости більше ніж в сто разів.
Щoб впoрaтися зі зростаючим об’ємом трaфіку, зaлишaючись при цьoму
прибуткoвими, стільникoвим oпeрaтoрaм нeoбхіднo впрoвaджувaти більш швидкісні й
eкoнoмічні рaдіoтeхнoлoгії, підвищувaти прoстoрoву eфeктивність шляхoм рoзгoртaння
мaлих стільників, сучасних високопродуктивних комп’ютерних систем (мультимедійні
сервери, шлюзи, хмарні сховища тощо), зaбeзпeчуючи збaлaнсoвaний рoзвитoк
транспортних мeрeж, як їх комунікаційної складової.
При цьому основною вимогою до проектування такої мережі є вибір найбільш
вигідної і якісної технології передачі даних.
Очевидно, що за допомогою існуючих комп’ютерних систем, мереж та їхніх
компонентів задовольнити запити абонентів практично неможливо, тому можна виділити
основні причини необхідності удосконалення компонентів комп’ютерних систем та
комунікаційних технологій існуючих мереж четвертого покоління:
- зниження темпів зростання клієнтської бази операторів мобільного зв'язку в
мережах 3G;
- розвиток мультимедійних послуг, що вимагають високої пропускної спроможності
каналів зв'язку та підвищеної продуктивності комп’ютерних систем та їхніх компонентів;
- відносно невисока ефективність використання частотного ресурсу та транспортних
комунікаційних сегментів в існуючих мережах.
Основною метою змін інформаційно-комунікаційних технологій є збільшення
якості та збільшення спектра послуг. В сучасних умовах є потреба в ефективних
програмно-апаратних засобах керування потоків трафіку, що враховували б його
різнорідність . Водночас в оператора повинні бути засоби управління потоками, що
дозволяли б гарантувати певний рівень якості послуг для кожного окремого абонента, який
отримує індивідуальний інформаційний потік.
У теорії управління комп’ютерними системами та мережами наукою накопичено
значний теоретичний матеріал і практичний досвід, причому вагомий внесок у розвиток

4. 2
моделей та методів управління мережними ресурсами зробили вітчизняні та закордонні
В.П., Яновський Г.Г., Димарський Я.С., Романов О.І., Глоба Л.С., Уривський Л.О., Кравчук
С.О. вчені, серед яких Kleinrok L., Gallager R., Ford L.R., Fulkerson D.R., Гольдштейн Б.С,
Стеклов В.К., Вінницький та ін.
Як було показано у працях вищезазначених учених, можливість передачі трафіку
через вже доволі поширені мережі DWDM як складової комп’ютерних систем стільникових
операторів робить процес передачі більш ефективним, проте залишається ряд невирішених
завдань, зокрема, надійність доставки, максимальна утилізація каналів, захищеність
передаваних даних тощо.
Тому однією з головних проблем створення та розвитку сучасних комп’ютерних
систем та комунікаційних мереж операторів стільникового зв'язку є необхідність
підвищення ефективності транспортних каналів стільникових мереж зв’язку. Вищезгадана
проблема, яка вирішувалась у даній дисертаційній роботі, обумовлює її актуальність.
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Тема дисертаційної
роботи та обраний напрямок досліджень безпосередньо пов’язаний з реалізацією положень
«Стратегії розвитку інформаційного суспільства в Україні» (затверджена Кабінетом
Міністрів України від 15 травня 2013 року), «Плану заходів на 2015-2017 роки щодо
впровадження в Україні у 2017 році системи рухомого (мобільного) зв'язку четвертого
покоління» (Рішення Національної комісії, що здійснює державне регулювання у сфері
зв’язку та інформатизації № 434 від 18.08.2015), Основних пріоритетних напрямків
«Національних проектів»: «Відкритий світ» (створення інформаційно-комунікаційної (4G)
освітньої мережі національного рівня) та «Місто майбутнього» (формування стратегічного
плану системи та проектів розвитку міста), «Основними науковими напрямами та
найважливішими проблемами фундаментальних досліджень у галузі природничих,
технічних і гуманітарних наук НАН України на 2014-2018 роки», з міжнародними
програмами, зокрема, Horizon 2020 (ICT-08-2017 5G PPP Convergent Technologies, ICT-13-
2016: Future Internet Experimentation - Building a European experimental Infrastructure, ICT-07-
2017: 5G PPP Research and Validation of critical technologies and systems). Основні наукові
результати отримано в рамках науково-дослідної роботи НДР № 36Б115 "Розробка методів
синтезу тестових моделей поведінки програмних об’єктів, підвищення оперативності
передачі та захисту інформації у телекомунікаційних системах" (№ держреєстрації
0115U003103).
Роль автора в зазначеній науково-дослідній роботі, в якій дисертант був
безпосереднім виконавцем, полягає в аналізі існуючих методів щодо підвищення
ефективності транспортних сегментів стільникових мереж зв’язку.
Мета роботи. Метою дисертаційної роботи є забезпечення ефективного
використання комунікаційних транспортних каналів як складової комп’ютерних систем
операторів стільникового зв’язку.
Досягнення поставленої мети передбачає розв’язання таких завдань:
1. Проаналізувати ефективність використання транспортних каналів як складової
комп’ютерних систем операторів стільникового зв’язку та методи і алгоритми її
підвищення.

5. 3
2. Удосконалити математичну модель комунікаційної транспортної мережі
стільникового оператора як складової комп’ютерних систем операторів стільникового
зв’язку.
3.Розробити метод удосконалення комунікаційної транспортної мережі як складової
комп’ютерних систем операторів стільникового зв’язку.
4.Удосконалити метод резервування ресурсів комп’ютерних систем та мереж
операторів стільникового зв’язку.
5.Розроботи метод балансування навантаження в комунікаційній транспортній
мережі комп’ютерної системи оператора стільникового зв’язку.
6 Провести імітаційне моделювання для оцінки ефективності розроблених у роботі
моделей і методів.
Об'єкт дослідження є процес передавання даних у комунікаційних мережах
комп’ютерних систем операторів стільникового зв’язку.
Предмет дослідження є методи та моделі передавання даних у комунікаційних
мережах комп’ютерних систем операторів стільникового зв’язку.
Методи дослідження. Для досягнення поставлених цілей у дисертаційній роботі
використано методи теорії інформації та передавання сигналів; методи теорії телетрафіку;
методи комп’ютерного моделювання; методи прямого синтезу; математичної статистики.
Наукова новизна. У роботі отримані такі наукові результати:
1. Удосконалено модель транспортної мережі для комп’ютерних систем оператора
стільникового зв’язку, яка за рахунок представлення структури мережі у вигляді
неорієнтованого графа із визначеними пропускними здатностями ребер, врахування
найважливіших характеристик мережі для надання якісних послуг зв’язку абонентам згідно
із договорами про якість обслуговування, визначеним резервом пропускної здатності,
дозволяє провести оптимізацію витрат операторів стільникового зв’язку (за рахунок
мінімізації функції необхідної пропускної здатності за умови забезпечення необхідного
рівня якості обслуговування абонентів).
2. Вперше розроблено метод удосконалення транспортної мережі комп’ютерних
систем оператора стільникового зв’язку, який за рахунок виконання послідовних операцій
прогнозування кількості трафіку транспортної мережі за допомогою кореляційно-
регресійного аналізу, мінімізації цільової функції коефіцієнту навантаження, оптимізації
маршрутів із забезпеченням необхідної точності, дає змогу мінімізувати витрати оператора
стільникового зв’язку на побудову транспортного сегменту, при цьому забезпечивши
необхідне довгострокове резервування з метою запобігання перевантажень.
3. Удосконалено метод резервування ресурсів комп’ютерних систем та мереж
оператора стільникового зв’язку, який за рахунок послідовного представлення структури
середовища резервування та пошуку оптимального числа резервних мережних вузлів з
урахуванням обмежуючих факторів для резервування каналів зв’язку та програмно-
апаратних елементів обладнання, дозволяє забезпечити необхідний рівень надійності та
якості надання послуг абонентам мереж стільникового зв’язку.
4. Вперше розроблено метод балансування навантаження в транспортній мережі
комп’ютерних систем оператора стільникового зв’язку, що за рахунок послідовного
визначення основних характеристик мережі, оцінювання необхідного резерву каналів

6. 4
зв’язку, вибору оптимальних маршрутів для відправки пакетів з урахуванням можливостей
балансування навантаження, дає можливість більш ефективно використовувати пропускну
здатність каналів транспортної мережі стільникового оператора.
Практичне значення отриманих результатів. Теоретичні результати, отримані в
дисертаційному дослідженні, відкривають можливість виявити і запропонувати нові
практичні шляхи підвищення ефективності комп’ютерних систем та мереж стільникових
операторів під час їх впровадження та удосконалення в Україні на основі використання
нових методів удосконалення транспортних сегментів, резервування обладнання та каналів
зв’язку.
При цьому отримані результати дозволяють: здійснювати оптимізацію параметрів
мережі стільникового оператора; проводити більш ефективне керування мережею
стільникового оператора; запроваджувати нові сервіси для використання в стільниковій
мережі; забезпечувати резервування ресурсів комп’ютерних систем та мереж; проводити
попередню оцінку вартості проектного рішення мережі LTE.
Практична цінність дисертаційної роботи полягає в такому:
- розроблено методику вибору оптимальної технології транспортної мережі;
- розроблено відповідне алгоритмічне і програмне забезпечення для оцінки вартості
мережі LTE.
Матеріали дисертаційної роботи впроваджено в ТОВ «РОКС», ТОВ «Депс-
Солюшнз» навчальний процес Національного авіаційного університету, Київського
коледжу зв’язку, Одеської національної академії ім. О.С. Попова. Використання результатів
дисертаційної роботи підтверджено відповідними актами впровадження.
Особистий внесок автора. Основні положення й результати дисертаційної роботи
отримані автором самостійно. Роботи, виконані разом із співавторами, наведені в переліку
публікацій. З робіт, що опубліковані у співавторстві, використовуються результати,
отримані особисто здобувачем. У роботах, опублікованих у співавторстві, автору
дисертації належить: математичні моделі різнорідного мережевого трафіку [1], питання
розробки алгоритмів і побудови математичної моделі для оцінювання величини і впливу
затримок сигнальної і управляючої інформації на ефективність пошуку і локалізації місць
відмов, перевантажень і аварійних режимів в мережах телекомунікації [2], математичні
моделі марковських процесів загибелі та розмноження з нестаціонарними імовірностями
переходу [3], математична модель запитів до вузлів безпроводової мережі з використанням
методу полінга [4]; модифікований метод адаптивного формування потоків даних і
налаштування системи управління з прямим та зворотним зв’язком за результатами
поточних вимірювань швидкості заповнення буфера формувача [5]; метод адаптивного
формування потоків мережевого трафіку [6]; аналіз алгоритмів резервування ресурсів
мережі [7]; дослідження ефективності стільникових мереж в Україні [8]; алгоритм для
розробленого програмного забезпечення [9]; метод резервування ресурсів та балансування
навантаження в транспортній мережі з урахуванням основних характеристик мережі [10],
метод оптимізації підсистеми базової станції мобільних операторів [11], розширена
класифікація послуг стільникового оператора [12], удосконалення архітектури
транспортної мережі стільникового оператора [13], методи захисту інформації в оптичних
мережах [14].

7. 5
Апробація результатів дисертаційного дослідження. Основні теоретичні та
практичні результати дисертаційної роботи доповідались і обговорювались на таких
конференціях і семінарах: восьма міжнародна науково-технічна конференція «Проблеми
телекомунікацій», 22-25 квітня 2014 р., м. Київ, КПІ.; міжнародна науково-технічна
конференція «Сучасні інформаційно-телекомунікаційні технології», 17-20 листопада 2015
р., м. Київ, ДУТ; десята міжнародна науково-технічна конференція «Проблеми
телекомунікацій» і восьма Міжнародна науково-технічна конференція студентів та
аспірантів «Перспективи розвитку інформаційно- телекомунікаційних технологій та
систем» 19–22 квітня 2016 р., м. Київ, НТУУ "КПІ"; одинадцята міжнародна науково-
технічна конференція "Проблеми Телекомунікацій" і дев’ята міжнародна науково-технічна
конференція студентів та аспірантів «Перспективи розвитку інформаційно-
телекомунікаційних технологій та систем» 18–21 квітня 2017 р.; сімнадцята міжнародна
науково-технічна конференція ОНАЗ ім. О.С. Попова, 8-13 червня 2017, м.Одеса; восьма
міжнародна науково-технічна конференція «Проблеми інформатизації» 11 – 12 квітня 2017
року, ДУТ, м.Київ; 10 - 13 October, 2017 on the basis of Kharkiv National University of Radio
Electronics will be held the 4th International Scientific and Practical Conference «Problems of
Infocommunications. Science and Technology» (PICS&T-2017); третя Всеукраїнська науково-
практична конференція «Перспективні напрями захисту інформації» 2-6 вересня
2017р.м.Одеса; Всеукраїнська науково-практична інтернет-конференція «Автоматика та
комп’ютерно- інтегровані технології у промисловості, телекомунікаціях, енергетиці та
транспорті», 16-17 листопада 2017 р., м.Кропивницький, XVIII міжнародна науково-
технічна конференція «Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних
процесах», червень 2018 р. м.Одеса
Публікації. Основні зміст, наукові положення та результати дисертації викладено у
27 наукових працях, основні 14 з яких наведено у авторефераті, в тому числі – 7 статей у
фахових наукових журналах [1-3],[5],[8-10] що входять до переліку МОН України, 2
наукові статті у фахових виданнях інших країн [4], [6], 4 тези доповідей на конференціях,
зокрема 1 апробація [11] на конференції IEEE.
Структура і зміст роботи. Дисертаційна робота складається зі вступу, чотирьох
розділів, висновків, списку використаних джерел та додатків. Загальний обсяг роботи
складає 159 сторінок, у тому числі 132 основного тексту. Дисертація містить 45 рисунків
та 11 таблиць. Список використаних джерел на 13 сторінках містить 133 найменування.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
У вступі обґрунтована актуальність роботи, поставлені мета й завдання до-сліджень,
позначені наукова новизна й практична цінність отриманих результатів, наведені відомості
про їх апробацію і впровадження.
У першому розділі проведено аналіз розвитку стільникових мереж, зокрема
розглянуті мережі LTE, запуск яких відбувся в Україні вже у першому півріччі 2018 року.
Архітектура мережі LTE розроблена таким чином, щоб забезпечити підтримку
пакетного трафіку з так званою «безшовною» (seamless) мобільністю, мінімальними
затримками доставки пакетів і високими показниками якості обслуговування. Стільникова
мережа LTE складається із радіосегменту та транспортної мережі.

8. 6
Класична ж транспортна мережа оператора стільникового зв'язку складається з двох
основних сегментів: розподільної мережі (backhaul), що зв'язує базові станції з
контролерами і центрами комутації рухомого зв'язку; магістральної мережі (backbone), що
забезпечує високошвидкісний транспорт між центрами комутації.
До основних критеріїв для оцінки транспортної мережі можна віднести: пропускну
здатність каналу зв'язку; максимальну довжину транспортної ділянки; час відновлення
зв'язку; можливість управління навантаженням; підтримку резервування. Ці критерії можна
об’єднати у такі фактори: Ефективність; Надійність; Вартість.
На основі вищерозглянутих критеріїв і факторів у першому розділі дисертаційної
роботи було проведено оцінку ефективності вже існуючих транспортних мереж.
Виявилось, що транспортні мережі більшості вітчизняних операторів стільникового
зв’язку не здатні повністю задовольнити потреби користувачів у заявлених рівнях якості
обслуговування, особливо це стосується мереж 3G. Очевидно, що в мережах наступного
покоління проблема буде тільки наростати. Тільки відносно недавно більшість операторів
почали масово переводити свої мережі на використання технології DWDM, яка дійсно
надає ряд переваг в порівнянні з технологіями попередніх поколінь. Так, у цих мережах
запропоновано використовувати нові методи підвищення їх ефективності: високошвидкісні
послідовні інтерфейси, різни види спектрального ущільнення, мультиплексування з
часовим ущільненням, нові засоби, що дають змогу наблизити транспортні мережі до нових
стандартів. Проте залишається ряд невирішених задач, пов’язаних із забезпеченням
надійності, збалансованої утилізації каналів, зменшення затримок і сукупних витрат на
побудову транспортних сегментів комп’ютерних систем операторів стільникового зв’язку.
Таким чином, для належної підтримки нових широкосмугових технологій
радіодоступу в стільникових мережах повинна бути підвищена ефективність передачі
інформації при зниженні вартості доставки кожної одиниці трафіку та забезпеченні
необхідної якості обслуговування (QoS) та надійності, характерної для кожного типу
трафіку. Ці вищерозглянуті аспекти дозволили вибрати напрямки подальших досліджень. З
одного боку, необхідно забезпечити розгортання стільникових мереж нового покоління в
Україні, з іншого, також необхідно підвищувати їх ефективність, наближаючи до вимог 5G.
Тому наступні розділи були присвячені розробці моделей та методів, що нададуть змогу, з
одного боку, підвищити рівень ефективності та надійності транспортних сегментів, а з
іншого не збільшувати сукупних витрат операторів
Другий розділ присвячений розробці методів удосконалення архітектури
транспортної мережі стільникового оператора.
Підтримка заданих у Service level agreement (SLA) показників якості обслуговування
абонентів забезпечується шляхом адаптивного перерозподілу в реальному часі ресурсів
мереж, зокрема швидкості передавання диференційованих потоків та виділених для них
канальних смуг. Адаптивне керування параметрами каналу потребує однозначного
визначення залежності між швидкістю передачі даних і показниками завадостійкості
каналу. Бажано, щоб механізм перерозподілу мав змогу оптимальним чином
налаштовувати параметри мережевого обладнання на підтримку диференційованої якості
обслуговування відповідно до прийнятого критерію оптимальності. Тому виникла потреба
у використанні аналітичних математичних моделей каналів передавання даних, що

9. 7
адекватно відображають реально існуючі функціональні взаємозв’язки між параметрами
таких каналів. Параметрична оптимізація цих моделей виявить оптимальні залежності між
параметрами мережевого обладнання і, отже, дозволить оптимальним чином побудувати
механізм адаптивного перерозподілу комунікаційних ресурсів між клієнтськими
застосуваннями.
Фізична мережа представлена
неорієнтованим графом (V, P), а логічна
мережа представлена іншим
неорієнтованим графіком (V, L) (рис. 1).
Обидва шари мають однаковий
набір вузлів. Посилання логічного шару є
потенційно допустимими логічними
посиланнями, тоді як посилання
фізичного шару визначені. На обох
графіках ребра є простими, оскільки в цій
моделі мультиграфів не дозволяється.
Для кожної різної пари вузлів i, j є
V відомий обсяг трафіку Rpq для передачі
по унікальному шляху (тунелю), цей
трафік слідує по всій конфігурації
логічного рівня. Ці шляхи є унікальними
на кожному етапі, але у випадку
недоступності певного шляху вони
можуть змінюватися, передаючи дані по альтернативному маршруту. Для простоти моделі
припускаємо, що обсяг трафіку симетричний (наприклад, Ri,j = Rj,i).
При цьому матриця пропускних здатностей кожного каналу зв’язку описується
нижче наведеним чином:
1,1 1,2 1,
2,1 2,2 2,
,1 ,2 ,
...
...
... ... ... ...
...
j
j
i i i j
c c c
c c c
С
c c c
 
 
 
 
  
 
Пропускна здатність кожного об’єднаного каналу:
, , ,i j i j ijс n b 
Їх вартість відповідно:
, , ,
,
, ,
,
,
i j i j i j
i j
i j i j
n p t
pr
n pr
 
 

де ijb - бітрейт, що може бути забезпечений в (ij)-му оптичному волокні; ,i jn - кількість
оптичних волокон; ,i jp - вартість оренди 1-го оптичного волокна в місяць; ,i jpr - вартість
купівлі оптичного волокна; ,i jt - час оренди (i,j) волокна (місяців).
Рис. 1. Топологічні зв’язки транспортної
розподіленої мережі

10. 8
Загальна необхідна пропускна здатність у мережі – сумарний трафік, що генерується
абонентами genR разом із закладеним резервом resR :
gen resR R R  .
, _ , _ , ,i j gen i j res i jR R R  - трафік, що генерується між парою вузлів.
Тоді має виконуватись умова:
,sumR C
В кожній гілці має виконуватись умова:
, , ,i j i jR c
Для прогнозування кількості трафіку необхідно використовувати кореляційно-
регресійний аналіз попередніх часових інтервалів. Таким чином, буде можливим визначати
необхідний запас.
Також для аналізу необхідного запасу resR необхідно проводити статистичний аналіз
кількості трафіку, що генерується в мережі залежно від часу доби.
Тоді сумарна пропускна здатність має бути якомога меншою, при цьому
забезпечуючи необхідний запас (резерв):
1 2
,
1 1
min;
N N
sum i j
i j
C c
 
 
Для правильної побудови транспортної мережі, здатної забезпечувати потреби всіх
абонентів, необхідно розробити прогнози кількості трафіку, який передаватиметься через
мережу. Це можна зробити на основі аналізу тих сервісів, які будуть найбільш
затребуваними в стільникових мережах, аналізі кількості користувачів та їхньої активності.
Одним із джерел прогнозування потоків трафіку в мережі можуть бути як результати
довготермінового аналізу уподобань користувачів під час експлуатації мережі, так і
результати соціологічних опитувань потенційних користувачів на етапі планування запуску
мережі.
За аналізом результатів опитування можливо проводити оцінку необхідної
пропускної здатності радіо інтерфейсів базових станцій (БС):
1
2
9
,
...serv
C
C
C
C
 
 
 
 
 
 
1,1 1,2 1,3 1,4
2,1 2,2 2,3 2,4
9,1 9,2 9,3 9,4
.
... ... ... ...t
N N N N
N N N N
N
N N N N
 
 
 
 
 
 
Csum = CservNt
де t = 1,2,3,4 (1 – ранок; 2 – день; 3 – вечір; 4 – ніч); Cserv – необхідна пропускна
здатність каналу для забезпечення якісного надання послуг; Nt – кількість абонентів
стільникового зв’язку, що користуються рядом послуг у певні проміжки часу.
Розрахована сумарна пропускна здатність не має перевищувати пропускну здатність,
що виділяється БС: Csum ≤ CБС.

11. 9
Обираючи обладнання транспортної мережі, потрібно керуватися особливостями
технології LTE, що дозволить забезпечити стабільну та постійну передачу даних
користувачів згідно з розрахованою пропускною здатністю мережі (таблиця 1).
Таблиця 1
Пропускна здатність різних шарів стільникової мережі
Елементи мережі
Кількість
елементів
Пропускна здатність
Абонентські прилади абN 1абC F   
eNB eNBN 1
1
абN
eNB аб
i
C С

 
Комутація cтN
1
стN
Ком eNB
i
С С

 
Рівень агрегації агрN .
1
комN
Агр Ком
i
С С

 
У табл.1 прийняті такі умовні позначення: КомС - пропускна здатність комутаторів;
.АгрС - пропускна здатність інтелектуальної агрегації; абN - кількість абонентів; канN -
кількість каналів; комN - кількість комутаторів. За допомогою запропонованої вище моделі
та, зокрема, таблиці 1, можна проводити вибір оптимальної (мінімальної) кількості
необхідного обладнання для побудови транспортної мережі стільникового оператора.
У рoбoті розроблено мoдeль прoгнoзувaння пoпиту нa пoслуги мeрeж LTE, якa б
пoвнoю мірoю врaхoвувaлa дoхoди нaсeлeння, зміну вікoвoї структури нaсeлeння, вплив
кoнкурeнтних тeхнoлoгій тoщo з метою більш точного визначення необхідної смуги
пропускання транспортних мереж та відповідних капітальних вкладень операторів
стільникового зв’язку (рис. 2).
Прoгнoз oбсягу кoристу-
вaчів є багатофакторною доволі
складною задачею, для вирі-шення
якої може бути вико-ристане
довгострокове прогно-зування.
Тому для її рoзв'язaння
пропонується використання
oдного з мeтoдів aктивнoгo
прoгнoзувaння, а саме мeтoду
рeгрeсійнoгo aнaлізу. Крім того,
для підвищення точності
програмування прoпoнується
викoристoвувaти також вaгoві
кoeфіцієнти, які нададуть змогу
врахувати вплив від різнoмaнітних фaктoрів, представлених на рис. 2. Тaким чинoм,
використано бaгaтoкритeріaльний підхід рaзoм із рeгрeсійним aнaлізoм для визнaчeння
мaйбутньoї кількoсті aбoнeнтів мeрeж LTE.
Оцінка вікової
структури
користувачів
Динаміка зміни
структури
користувачів
Оцінка впливу
доходів на кількість
користувачів
Динаміка зміни
впливу доходів на
кількість
користувачівструкту
ри користувачів
Оцінка кількості
користувачів мереж
конкурентних
технологій
3G
Оцінка ваги кореляції
Безпосереднє прогнозування
4G
Рис. 2. Мoдeль прoгнoзувaння пoпиту нa пoслуги
мeрeж LTE

12. 10
Спочатку необхідно oцінити вaгу кoрeляції пo кoжнoму oкрeмoму фaктoру (рис. 2), a
тaкoж кількість aбoнeнтів в зaлeжнoсті від різних фaктoрів. Для цього спoчaтку рoзрaхуємo
мaйбутню кількість aбoнeнтів, зaстoсoвуючи кoрeляційнo-рeгрeсійний aнaліз, тобто
знаходження аналітичного виразу, котрий найкраще відображав би зв'язок факторних ознак
з результативною, тобто вибір функції:
1 2 3 nf(x ,x ,x ,... ,ˆ ,xY ) (1)
де ˆY – результативна ознака-функція; 1 2 3 nx ,x ,x ,...,x – факторні ознаки.
Для перевірки адекватності отриманої моделі необхідно обчислити: залишки моделі,
відносну похибку залишків та її середнє значення; середньоквадратичну помилку дисперсії
збурень; коефіцієнт детермінації; коефіцієнт множинної кореляції.
Після проведення короткострокового або довгострокового прогнозування можна
перейти до безпосередньої оптимізації мережі. Метод оптимізації полягає в наступному:
1. Планування роботи мережі починають з аналізу сервісних угод з клієнтами, що
називаються SLA – Service Level Agreement. Під час такого аналізу визначають:
1) усі користувальницькі потоки даних та їхні можливі маршрути (зв’язки);
2) статистичні характеристики цих потоків (очікувана середня інтенсивність,
можливі затримки пакетів, можливі коефіцієнти пульсацій потоків тощо);
3) вимоги клієнтів до якості обслуговування (бажані показники швидкості,
припустимих затримок, ймовірностей втрат пакетів тощо).
2. Компроміс в досягненні вищезазначених цілей, як показує практика, слід
шукати, виконуючи наступні дії:
1) здійснювати раціональне настроювання параметрів обладнання з метою
обмеження безконтрольного збільшення інтенсивності вхідних потоків;
2) реалізовувати алгоритми керування чергами, що обрані з урахуванням
конкретних умов використання мережі;
3) оптимізувати шляхи проходження потоків з користувальницькими даними
через вузли мережі.
Для виконання цих кроків можуть бути використані топологія мережі, а також
продуктивність (тобто, пропускна здатність) маршрутизаторів і каналів зв'язку, що
функціонують у складі цієї мережі; запропоноване (бажане) навантаження на мережу,
тобто дані про бажані значення величин щодо швидкостей потоків між кожною парою
маршрутизаторів абонентського доступу, які розташовані на границях магістральної мережі.
Тоді цільова функція оптимізації маршрутів має наступний вигляд:
min (max Kt),
де Kt — коефіцієнт навантаження t-го ресурсу.
В третьому розділі дисертаційного дослідження було удосконалено метод
резервування ресурсів комп’ютерних систем та мереж оператора стільникового зв’язку.
Оскільки в першому розділі дисертаційної роботи було наведено методику вибору
оптимальної технології для побудови транспортних мереж зв’язку, то надалі будемо мати
на увазі дослідження саме оптичних транспортних мереж. Тому було розглянуто варіант
забезпечення системної надійності основного системного блоку (BBU) оптичного
комутатора транспортної мережі (OTS) стільникового зв’язку за схемою 1+1+2.

13. 11
Об’єкти резервування верхнього рівня агрегації – оптичні комутатори. Об’єкти
резервування нижнього рівня агрегації – канал зв’язку транспортної мережі. Уведемо
узагальнене позначення будь-якого об’єкту експлуатаційного резервування (незалежно від
рівня агрегації обладнання) як BBU (bloke base unit). Тоді вихідний (найбільш повний)
варіант структури середовища дублювання будь-якого BBU на будь-якому із двох
досліджуваних рівнів агрегації обладнання можна представити у вигляді, що показаний на
рис. 3.
Цю структуру візьмемо за основу для подальшої її оптимізації. Як бачимо, будь-
який основний (активний) BBU (на рис. 3 позначений як active BBU) у загальному випадку
може дублюватися за оригінальною схемою:
NАКТ + (k1·NАКТ)·ГАР + [k2·(k1 +1)·NАКТ]·НПГ + [k3·(k1 +1) ·NАКТ] ·ХОЛ, (2)
де NАКТ - кількість активних BBU; k1, k2 та k3 - множники кратності дублювання
відповідно для гарячого (ГАР), напівгарячого (НПГ) та холодного (ХОЛ) резервування.
Наприклад, якщо kі = 1, то маємо однократне дублювання; якщо kі = 2, то маємо двократне
дублювання і т.д. Так що, k1 = NАКТ - кількість «гарячих» BBU; k2·(k1+1)·NАКТ - кількість
«напівгарячих» BBU; k3·(k1+1)·NАКТ - кількість «холодних» BBU.
Надалі розглянемо задачу визначення оптимального числа резервних мережних
вузлів з урахуванням обмежуючих факторів (результуючих витрат). Під витратами будемо
розуміти масу, габарити, вартість, енергоспоживання, додатковий ресурс каналу передачі
тощо.
У транспортній мережі, стійкій до відмов, існує рахункова множина параметрів
 , 1,iY y i N  , від яких залежить результуюча надійність системи. Це, у першу чергу,
кількість резервних елементів та топологія резервованої мережі. Крім того, параметри
систем контролю та діагностики, характеристики центральної обчислювальної системи та
вбудованих периферійних обчислювачів тощо. Враховуючи інтенсивне впровадження
обчислювальних потужностей до мережного обладнання, можна покласти частину завдань
управління надійністю саме на периферійні процесори обробки даних.
Сформулюємо задачу оптимального резервування мережних вузлів та елементів як
задачу визначення потрібної кількості Mrs резервних пристроїв, при якому забезпечується
задане значення показника Ψ(Y) надійності мережі при мінімальних витратах:
( )
( ) min, 1, ,
i
n
y L
M Y i N
 
  (3)
де L – вектор обмежень на складові показника надійності Ψ(Y).
Нехай транспортна мережа складається з сегментів, які у рамках завдань управління
надійністю можна вважати автономними. У свою чергу, автономний сегмент (АС)
складається з ns мережних вузлів, кожний з яких має m j , j =1,ns резервних пристроїв.
Позначимо імовірність безвідмовної роботи кожного вузла через p j, j =1,ns. Якщо вважати,
що відмова будь-якого мережного вузла призводить до відмови мережі у цілому, тоді
імовірність безвідмовної роботи мережі виражається так:
= (4)

14. 12
Рис.3. Узагальнене середовище резервування
Якщо ймовірність відмови мережного вузла q j =1-pj є величиною другого порядку
малості у порівнянні з pj , тобто q j =1- p j <<1, q j << pj, то імовірність відмови мережі в
цілому визначається як
(5)
де М={m1,m2,…..mns} – множина резервних елементів.
Загальні витрати на резервування системи виражаються у вигляді лінійної функції
(6)
де cj – витрати на резервування j -го вузла.
Для пошуку оптимального числа резервних мережних вузлів з урахуванням
обмежуючих факторів теоретично можна використати метод динамічного програмування.
Half
Standby
BBU
Half
Standby
BBU
Half
Standby
BBU
EIa
EIa
EIaEIa
EIa
EIa
Eib Eib
Eib Eib
1
2
K2
Eib interface
EIa
interface
EIa EIa
Standby
BBU2
Standby
BBU1
Standby
BBU
k1
active
BBU
EibEibEib
Extended
BBU
Extended
BBU
EIc
EIc
Extended
BBU
EIa
EIc
EIaEIa
EIa EIa
K3
Extended
BBU
Extended
BBU
Extended
BBU
Extended
BBU
Extended
BBU
EIcEIc
EIc
EIc EIc
Cold
BBU
Cold
BBU
Cold
BBU
Cold
BBU
EIcEIcEIcEIc interface
2
1 Extended
BBU
Extended
BBU
Half
Standby
BBU
Half
Standby
BBU
Half
Standby
BBU
Half
Standby
BBU
Half
Standby
BBU
Half
Standby
BBU
Half
Standby
BBU
EIa
EIa
Half
Standby
BBU
Half
Standby
BBU
EIa

15. 13
Очевидно, кількість "перспективних" варіантів набагато менша, ніж загальна їх
кількість. Тому треба проводити порівняльний аналіз тільки тих варіантів, які знаходяться
у домінуючій послідовності. Теоретично множина припустимих варіантів (домінуюча
послідовність) представляє багатовимірну матрицю виду
(7)
де Jk, k=1, ns – індекс рядка, стовпця, шару, об'єму і т.д. На практиці, звичайно, треба
обмежувати розмірність даної матриці, щоб запобігти попадання у "пастку розмірності".
Крім методу резервування, в третьому розділі було проведено розробку методу
балансування навантаження, що дозволило максимально справедливо утилізувати
пропускні здатності всіх використовуваних каналів.
Відмінностями розробленого методу від більшості існуючих є те, що він є
динамічним, при цьому дозволяє розподіляти навантаження в залежності від стану каналів
між альтернативними маршрутами з різною вартістю. Процес маршрутизації з урахуванням
розробленого методу балансування навантаження за маршрутами з різною вартістю
наступний.
Етап 1 – Визначення основних характеристик мережі. На цьому етапі проводиться
визначення пропускної здатності B(v,u), затримки в мережі D(v,u), завантаженості каналів
L(v,u) за допомогою відомих службових або сигналізаційних протоколів стека TCP/IP.
Етап. 2 – Визначення необхідного резерву в каналі зв’язку. Для цього варто
скористатися, наприклад, експертними оцінками з метою визначення сервісів, якими
користуються абоненти стільникових мереж в залежності від часу доби та дня тижня. Тоді
для типової БС необхідно буде зарезервувати пропускну здатність каналу транспортної
мережі
1
( , )
n
i i
i
R v u N C

  , де Ni – кількість абонентів, що користуються i-м сервісом,
необхідна пропускна здатність для якого становить Ci. На основі аналізу статистичних
даний за тривалий період часу можна розробити розклад резервування ресурсів
транспортної мережі стільникового оператора.
Етап 3 - Вибір оптимального маршруту для відправки пакету. В якості метрики
маршруту запропоновано використовувати інтегрований критерій:
2
1 3
( , )
( , ) ( , ) ( , ),
( , ) ( , ) ( , )
k B v u
M v u k B v u k D v u
B v u L v u R v u

    
 
(8)
де ( , ) min( ( , )), ( , ) ( , )B u v b i j e i j P v u   - пропускна здатність каналу;
 ( , )
( , ) ( , )
( , ) i e i j
e i j P v u
D v u t t
 
  ; ( , )L v u - завантаженість каналу; ( , )R v u - зарезервована
пропускна здатність по кожному маршруту; 1k - ваговий коефіцієнт пропускної здатності;
2k - ваговий коефіцієнт завантаження каналу; 3k - ваговий коефіцієнт затримки. При цьому
вибір вагових коефіцієнтів відбувається на основі класової моделі обслуговування в ІР
мережах та на основі принципів арифметичної прогресії.
Етап 4 – Балансування мережних ресурсів. Кожен вузол мережі характеризується
такими показниками: 

l
i
вх
i
1
 – загальна інтенсивність інформаційного трафіку; 

l
i
вих
i
1
 –
загальна вихідна інтенсивність; 

l
i
ic
1
– загальна пропускна здатність (ПЗ) каналів зв’язку
(КЗ) мережі; l – кількість суміжних вузлів та КЗ для зв’язку з ними.

16. 14
Балансування мережних ресурсів у моделі здійснюється шляхом знаходження
вектора розподілу потоку (ВРП) такого виду:
 
l
i
il kkkkK .1),,...,,( 21 (9)
Кожен елемент даного вектора характеризує частку вихідного з вузла трафіку, що
передається по відповідному КЗ в суміжний вузол. Через фізичне подання даного вектора
та з метою запобігання перевантажень каналів і вузлів ТКС на елементи вектора (9)
накладаються такі обмеження:
;l...i,ki 110  (10)
l...i,ck ii
вих
i 1 . (11)
У межах описаної моделі функціонування транспортної мережі задача управління
мережними ресурсами зводиться до розв’язання оптимізаційної задачі, яка пов’язана з
мінімізацією функціонала, в умовах наявності обмежень (10); (11)
)),K(q)K(qqmin()K( 23121   (12)
де q1, q2, q3 – вагові коефіцієнти, які характеризують умовну вартість балансування
по метриці, завантаженості каналів та вузлів мережі; )K(1 – середньоквадратичне
відхилення (СКВ) завантаженості каналів l...i,xi 1 ;
  ;xx
l
)K(
l
i
i




1
2
1
1
1

(13)
)K(2 – СКВ завантаженості локального та суміжних вузлів l...i,Zi 1 ;
  ;ZZ
1-l
)K(
l
i
i
2
1
2
1



(14)
 – метрика протоколу маршрутизації або вартість каналів зв’язку.
Проведений аналіз показав, що найбільш ефективними засобами мінімізації
цільового функціоналу управління мережними ресурсами (12) є засіб пропорційного
розподілення (ЗПР) та градієнтний метод мінімізації з послідовним наближенням, причому
ЗПР є більш простим і швидким засобом, а градієнтний метод – більш адекватним, оскільки
дозволяє врахувати мінімізацію усіх трьох складових (12).
У четвертому розділі було проведено моделювання розроблених моделей та
методів. Зокрема, було проведено оцінку виграшу від збалансованої утилізації
транспортних каналів стільникової мережі.
Спочатку було визначено перелік сервісів, якими на даний момент можуть
користуватися абоненти мобільного зв’язку. Для безпосереднього моделювання трафіку
було використано дані щодо необхідної пропускної здатності каналу для забезпечення
якісного надання послуг мобільним абонентам: VoIP = 128 Кбіт/с, WEB =512 Кбіт/с, Vc = 2
Мбіт/c, IPTV = 10 Мбіт/c, Skype = 1 Мбіт/с, Maps = 1 Мбіт/с, Youtube = 2 Мбіт/с, Ігри = 3
Мбіт/с, Vk,Ok = 1 Мбіт/с.
Після цього було проведено опитування 1500 респондентів. Всього представлено 9
запитань, що стосуються конкретних послуг мобільного зв'язку.
На рис. 8 частково представлені результати проведеного опитування.

17. 15
Рис. 4. Результати опитування абонентів стільникового зв’язку
На графіку (Рис. 5) зображена динаміка користування абонентів мережі різними
сервісами впродовж ранку (06:00 – 12:00).
Рис. 5. Залежність кількості запитів від часу
На рис. 5 вісь ординат позначає кількість абонентів, що користуються певною
послугою, а вісь абсцис позначає проміжки часу в секундах (t·60, с). Період спостереження
(6 годин) ми розділили на 10 інтервалів по 36 хвилин (36·60=2160 с). Сервіси позначені
лініями різних кольорів. Total – сумарна кількість запитів у конкретні інтервали часу. На
даному графіку пікове значення досягає 122, що дорівнює кількості абонентів, що
обслуговуються одночасно однією БС.
Для моделювання навантаження мережі застосовано модель масового
обслуговування М/М/1. На вхід надходив неоднорідний потік заявок з експоненціальним
розподіленням інтервалів часу між послідовними заявками (найпростіший потік) і
експоненціальною тривалістю обслуговування заявок. Для обробки даного потоку заявок
було застосовано розроблений метод (рис. 6 та рис. 7).
Рис. 6. Інтенсивність заявок в залежності від
часу
Рис. 7. Завантаженість системи після
оптимізації
Застосування даного динамічного методу балансування навантаження дозволяє
досягнути більш збалансованого розподілу трафіку по всій мережі і відповідно більш
високих показників ефективності утилізації наявних ресурсів.

18. 16
Також у результаті проведених досліджень була розроблена проста у використанні
програма, яка окрім вибору обладнання і розрахунку вартості, допомагає розрахувати
кількість базових станцій для різних умов розповсюдження радіохвиль, кількість
необхідного обладнання для побудови транспортної мережі, загальну вартість.
На рис. 8 показане вікно розробленого програмного забезпечення (вікно розрахунку та
фрагмент розробленої бази даних).
Рис. 8. Вікно розрахунку та фрагмент бази даних обладнання
Дане програмне забезпечення дозволяє операторам стільникового зв’язку проводити
первинну оцінку потенційних затрат, які необхідні на побудову або оптимізацію мережі.
ВИСНОВКИ
Сукупність наукових положень, сформульованих та обґрунтованих у дисертаційній
роботі, складає вирішення науково-технічної задачі, яка полягала в необхідності
забезпечення та підвищення ефективного функціонування розподілених комп’ютерних
систем та мереж операторів стільникового зв’язку.
У дисертаційній роботі отримані такі теоретичні та практичні результати:
1. За аналізом якості обслуговування абонентів у реалізованих проектах мереж LTE у
світі та стільникових мереж 3G в Україні встановлено, що заявлені вимоги до мереж
четвертого покоління не досягаються в жодній із реалізованих мереж, а фактична якість
обслуговування абонентів перебуває на досить низькому рівні, що свідчить про низьку
ефективність існуючих методів планування радіомереж, транспортних підсистем та методів
керування. Тому було проаналізовано методи забезпечення та підвищення ефективності
функціонування транспортних мереж та виявлено, що вони не здатні повною мірою
забезпечити балансування навантаження, резервування ресурсів, зменшити сукупну
вартість витрат на побудову мережі.
2. Удосконалено модель транспортної мережі для комп’ютерних систем оператора
стільникового зв’язку за рахунок представлення структури мережі у вигляді
неорієнтованого графа із визначеними пропускними здатностями ребер, врахування
найважливіших характеристик мережі для надання якісних послуг зв’язку абонентам згідно
із договорами про якість обслуговування, визначеним резервом пропускної здатності.
Дана модель дозволила здійснити оптимізацію витрат операторів стільникового
зв’язку за рахунок мінімізації функції необхідної пропускної здатності за умови
забезпечення необхідного рівня якості обслуговування абонентів.
3. Вперше розроблено метод удосконалення транспортної мережі комп’ютерних
систем оператора стільникового зв’язку, який складається з послідовного виконання

19. 17
послідовних операцій прогнозування кількості трафіку транспортної мережі за допомогою
кореляційно-регресійного аналізу, мінімізації цільової функції коефіцієнту навантаження,
оптимізації маршрутів із забезпеченням необхідної точності.
Розроблений метод дає змогу мінімізувати витрати оператора стільникового зв’язку
на побудову транспортного сегменту, забезпечивши її ефективне функціонування за
мінімальних витрат.
4. Удосконалено метод резервування ресурсів комп’ютерних систем та мереж
оператора стільникового зв’язку, який складається з послідовного виконання
представлення структури середовища резервування та пошуку оптимального числа
резервних мережних вузлів з урахуванням обмежуючих факторів для резервування каналів
зв’язку та програмно-апаратних елементів обладнання.
Даний метод дозволив забезпечити необхідний рівень надійності та якості надання
послуг абонентам мереж стільникового зв’язку за умови мінімізації витрат на побудову
мережі.
5. Вперше розроблено метод балансування навантаження в транспортній мережі, що
полягає у послідовному визначенні основних характеристик мережі, оцінюванні
необхідного резерву каналів зв’язку, виборі оптимальних маршрутів для відправки пакетів
з урахуванням можливостей балансування навантаження.
Це дозволило більш ефективно використати пропускну здатність каналів
транспортної мережі стільникового оператора та підвищити справедливу утилізацію
каналів до 10%.
6. Проведено імітаційне моделювання для оцінки ефективності розроблених у роботі
моделей і методів, результати якого підтвердили їх адекватність. Також на основі
розробленого в роботі математичного апарату було розроблене програмне забезпечення для
планування та оцінки вартості мережі LTE, що може бути використаним операторами
стільникового зв’язку та в навчальному процесі.
СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ
1. А.А. Скрипниченко, Л.А. Харлай. Методы автоматизированного управления
сетями NGN с разнородным трафиком. Наукові записки Українського науково-дослідного
інституту зв’язку. К., 2015.Вип.6(40). С. 56-63.
2. Я.І. Торошанко, Л.И. Танцюра, Л.О. Харлай, К.В. Хмара. Моделювання системи
управління телекомунікаційною мережею із затримками сигнальної і управляючої
інформації. Телекомунікаційні та інформаційні технології. К., 2015. Вип.4. С. 24-29.
3. С.В. Водопьянов, Л.А. Харлай, Е.В. Толстикова, В. Н. Боровик. Управление
безопасностью бортовой локальной сети в информационно-вычислительной системе
аэроузла. Захист інформації. К., 2015. Т. 17, Вип. 4. С. 292-297.
4. L. Kharlay, M. Vysochinenko, S. Fedyunin. Method of management by the hosts
requests of wireless network with the use of polling method. Eastern European scientific journal.
2016. No. 6. PP. 112-113.
5. К.С. Козелкова, Я.И. Торошанко, Л.А. Харлай. Управление потоками данных в
цифровых телекоммуникационных сетях с разнородным трафиком. Вісник Національного

20. 18
університету «Львівська політехніка». Серія «Радіоелектроніка та телекомунікації».
Львів, 2016. Вип. 819.
6. L. Kharlay, A. Skrypnichenko, Shu. Chang, Y. Toroshanko. Adaptive Control of Traffic
Flows and Congestions in Computer Corporate Networks. Wschodnioeuropejskie Czasopismo
Naukowe (East European Scientific Journal): Nauki inżynieryjne i techniczne. 2016. № 9. PP. 67-
72.
7. Л.О. Харлай. Аналіз алгоритмів резервування ресурсів мережі. Альманах науки. К.,
2017. № 1. С.56.
8. Р.С. Одарченко, Л.О.Харлай. Дослідження ефективності стільникових мереж в
Україні. Актуальні дослідження в сучасному світі: збірник наукових праць. 11(31). Ч.10.
Переяслав-Хмельницький, 2017.
9. Р.С. Одарченко, Л.О. Харлай, А.О. Абакумова. Програмне забезпечення для оцінки
ключових показників якості обслуговування зі сторони абонента стільникової мережі.
Інженерія програмного забезпечення. №4. 2017.
10. Р.С.Одарченко, Л.О.Харлай. Метод резервування ресурсів та балансування
навантаження в транспортній мережі із урахуванням основних характеристик мережі.
Технічні науки та технології: науковий журнал. Чернігів, 2018. Вип.1. С.89-96.
11. R. Odarchenko, N. Dyka, O. Poligenko and L. Kharlai, A. Abakumova. Mobile
Operators Base Station Subsystem Optimization Method. 4th International Scientific and Practical
Conference IEEE «Problems of Infocommunications. Science and Technology» (Kharkiv,
ocob,10-13, 2017) (PICS&T-2017). URL: https://ieeexplore.ieee.org/
document/8246342/metrics?part=1.
12. Р.С. Одарченко, Л.О. Харлай. Розширена класифікація послуг стільникового
оператора. Матеріали Всеукраїнської науково-практичної інтернет-конференції
«Автоматика та комп’ютерно- інтегровані технології у промисловості,
телекомунікаціях, енергетиці та транспорті». (Кропивницький. 16-17 листопада, 2017). С.
216-217.
13. Л.О. Харлай, Р.С. Одарченко. Удосконалення архітектури транспортної мережі
стільникового оператора. XVIII міжнародна науково-технічна конференція «Вимірювальна
та обчислювальна техніка в технологічних процесах» . (Одеса, 8-13 червня, 2018) ОНАЗ ім.
О.С. Попова, 2018. С. 195-197
14. О.Ю. Коновалов, О.О. Манько, К.Б. Нікіфоренко, Л.О. Харлай. Методи захисту
інформації на оптичних ІТ-мережах. Сімнадцята міжнародна науково-технічна
конференція ОНАЗ ім. О.С. Попова (Одеса, 8-13 червня 2017), 2017
АНОТАЦІЯ
Харлай Л.О. Методи підтримки ефективного функціонування розподілених
комп’ютерних систем та мереж операторів стільникового зв’язку. – Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за
спеціальністю 05.13.05 – Комп'ютерні системи та компоненти (технічні науки). Черкаський
державний технологічний університет, Черкаси, 2018.
Ключові слова: транспортна мережа, LTE, ефективність, балансування навантаження,
пропускна здатність, резервування.

21. 19
Сукупність наукових положень, сформульованих та обґрунтованих в дисертаційній
роботі, складає вирішення науково-технічної задачі, яка полягала в необхідності
забезпечення та підвищення ефективного функціонування розподілених комп’ютерних
систем та мереж операторів стільникового зв’язку.
У дисертаційній роботі було проведено оцінку якості обслуговування абонентів у
реалізованих проектах мереж LTE, було проаналізовано методи забезпечення та
підвищення ефективності функціонування транспортних мереж. Після цього було
удосконалено модель транспортної мережі для комп’ютерних систем оператора
стільникового зв’язку, що дозволило провести оптимізацію витрат операторів
стільникового зв’язку за рахунок мінімізації функції необхідної пропускної здатності за
умови забезпечення необхідного рівня якості обслуговування абонентів. Також було
розроблено метод удосконалення транспортної мережі комп’ютерних систем оператора
стільникового зв’язку та удосконалено метод резервування ресурсів комп’ютерних систем
та мереж оператора стільникового зв’язку. Вперше розроблено метод балансування
навантаження в транспортній мережі.
Це дозволило більш ефективно використати пропускну здатність каналів
транспортної мережі стільникового оператора та підвищити справедливу утилізацію
каналів до 10%. Крім того, в роботі було проведено імітаційне моделювання для оцінки
ефективності розроблених у роботі моделей і методів.
АННОТАЦИЯ
Харлай Л.А. Методы поддержки эффективного функционирования
распределенных транспортных сетей операторов сотовой связи. – Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по
специальности 05.13.05 – Компьютерные системы и компоненты (технические науки).
Черкасский государственный технологический университет, Черкассы, 2018.
Ключевые слова: транспортная сеть, LTE, эффективность, балансирование нагрузки,
пропускная способность, резервирование.
В диссертационной работе была проведена оценка качества обслуживания абонентов
в реализованных проектах сетей LTE, были проанализированы методы обеспечения и
повышения эффективности функционирования транспортных сетей. После это была
усовершенствована модель транспортной сети для компьютерных систем оператора
сотовой связи, что позволило провести оптимизацию расходов операторов сотовой связи за
счет минимизации функции необходимой пропускной способности при условии
обеспечения необходимого уровня качества обслуживания абонентов.
Также был разработан метод усовершенствования транспортной сети компьютерных
систем оператора сотовой связи и усовершенствован метод резервирования ресурсов
компьютерных систем и сетей оператора сотовой связи. Впервые был разработан метод
балансировки нагрузки в транспортной сети.
Это позволило более эффективно использовать пропускную способность каналов
транспортной сети оператора сотовой связи и повысить справедливую утилизацию каналов
на 10%. Кроме того, в работе было проведено имитационное моделирование для оценки
эффективности разработанных в работе моделей и методов.

22. 20
ABSTRACT
Kharlai L.O. Methods for supporting the effective functioning of distributed transport
networks of cellular operators. – As a manuscript.
Thesis for the degree of candidate of technical sciences, specialty 05.13.05 - Computer
systems and components. ChDTU, Cherkasy, 2018.
Key words: transport network, LTE, efficiency, load balancing, bandwidth, reservation.
The main scientific results of the dissertation work are: improved mathematical model of
transport network for computer systems of the cellular operator by presenting the structure of the
network in the form of a non-oriented graph with the determined bandwidth of the ribs, taking into
account the most important characteristics of the network for the provision of quality
communication services to subscribers according to the quality of service agreements, defined by
the bandwidth reserve, allows to optimize the costs of cellular operators ( by minimizing the
function of the required bandwidth provided that the required level of customer service is
maintained); for the first time the developed method of improved transport network of computer
systems of the cellular operator through the successive operations of forecasting the amount of
traffic of the transport network, through the correlation-regression analysis, minimization of the
target function of the load factor, optimization of routes with the provision of the necessary
accuracy, minimizes costs of the cellular operator for the construction of the transport segment,
while providing the necessary long-term reservation to prevent overloads; the improved method
for reserving resources of computer systems and networks of a cellular operator through the
consistent representation of the structure of the reservation environment and the search for the
optimal number of backup network nodes, taking into account limiting factors for reservation of
communication channels and software and hardware elements of the equipment, allows to provide
the necessary level of reliability and quality of service provision to subscribers of cellular
networks; for the first time the developed method of load balancing in the transport network of
the computer systems of the cellular operator through the consistent determination of the main
characteristics of the network, the assessment of the required reserve of communication channels,
the selection of optimal routes for sending packets, taking into account the possibilities of load
balancing, enables to use the bandwidth of the channels of the transport network of the cellular
operator with greater efficiency.
The theoretical results obtained in the dissertation research offer the opportunity to discover
and suggest new practical ways to increase the efficiency of computer systems and networks of
cellular operators during their introduction and improvement in Ukraine based on the use of new
methods for optimizing transport segments, reserving equipment and communication channels .
In this case, the results allow to optimize the parameters of the cellular network operator; to
conduct more efficient management of the network of the cellular operator; to introduce new
services for usage in the cellular network; to provide backup of resources of computer systems
and networks; to provide a preliminary estimation of the cost of the LTE network design solution.