Первая страница
Наша команда
Контакты
О нас

    Головна сторінка



Інфокомунікації – сучасність та майбутнє”

Інфокомунікації – сучасність та майбутнє”




Сторінка4/16
Дата конвертації16.03.2017
Розмір2.87 Mb.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   16

Список літератури:

1. КСТ 1.6.00-2006. Методика проектування мереж мультисервісного абонентського доступу на базі мідних кабелів.– К., 2006.– 63 с.

2. ВБН В.2.2-33-2007. Споруди станційні місцевих телефонних мереж.// Міністерство транспорту і зв’язку України.– К., 2007. – 98 с.

УДК 621.39


ДОСЛІДЖЕННЯ МОДЕЛЕЙ ТРАФІКА В ТЕЛЕКОМУНІКАЦІЙНИХ МЕРЕЖАХ

Ложковський А.Г. д.т.н., проф., зав. каф. Комутаційних систем,

Фомін П.М., магистрант 6-го курсу, факультету ІМ,

Одеська національна академія зв’язку ім. О.С. Попова


Анотація. Різноманіття видів та топологій телекомунікаційних мереж і способів виділення мережного ресурсу для обслуговування трафіка вимагає розробки моделей, які враховують ще й реальний характер потоків повідомлень і деталі обслуговування мультисервісного трафіка різних комунікаційних додатків (мова, відео, дані). Через те неможливо побудувати єдину модель, яка б давала відповіді на всі питання стосовно функціонування нових мереж зв’язку. Саме на основі застосовуваних моделей розробляються методи оцінки характеристик QoS, достовірність яких залежить від адекватності моделі реальній ситуації, що може виникнути при проектуванні та експлуатації. Принципи функціонування телекомунікаційної мережі обумовлені режимами переносу інформації, а якість обслуговування – реальним характером трафіка. В роботі досліджуються моделі трафіка сучасних телекомунікаційних мереж на основі статистичних даних та імітаційного моделювання.
Методи дослідження систем розподілу інформації

Дослідження поведінки у часі телекомунікаційних систем через випадкові впливи можливі тільки за допомогою випадкових процесів. Вибір випадкових процесів для опису й аналізу систем залежить від структури і типу системи, від припущень про незалежність або залежність випадкових величин процесу, від виду їхніх функцій розподілів.

Якщо всі функції розподілу, що характеризують поведінку елементів системи, експонентного або ерлангового виду, то систему можна описати за допомогою однорідних безперервних марковських ланцюгів, часто навіть за допомогою однорідних процесів розмноження й загибелі. Наприклад, це Δt-метод (однорідний ланцюг Маркова), що вирішується звичайним методом диференціальних рівнянь, чисто алгебраїчний метод для визначення стаціонарних імовірностей станів системи, а також метод фаз Ерланга [1].

У тих випадках, коли аналітичні методи не застосовні або громіздкі, використовують два способи одержання корисних результатів: наближені методи і метод Монте-Карло.

Багато систем теорії масового обслуговування настільки складні, що аналітичними способами практично неможливо точно обчислити характеристики системи.

Теорія масового обслуговування (теорія черг) - розділ теорії ймовірностей, метою досліджень якого є раціональний вибір структури системи обслуговування та процесу обслуговування на основі вивчення потоків вимог на обслуговування, що надходять у систему і виходять з неї, тривалості очікування і довжини черг .
У кожнім випадку недоцільно використовувати досить трудомісткі засоби моделювання, тому намагаються розвивати наближені методи і для особливо важливих моделей складати наближені формули. Але відомі дотепер наближені формули або ще дуже неточні, або не мають строгого математичного доказу. Багато наближених формул виходять у результаті спрощення або використання наближеної оцінки в складних формулах. В інших випадках досліджувані моделі апроксимуються простими моделями або використовуються властивості їхніх процесів, що описують, при малих або великих навантаженнях системи.

Оскільки прості та точні формули розрахунку характеристик якості обслуговування СМО вдається отримати тільки в найпростіших випадках, то для дослідження складних систем розподілу інформації в умовах різних моделей трафіка використовуються методи імітаційного моделювання. Вони можуть бути використані для аналізу практично. Статистична обробка цих реалізацій дає наближення для значень шуканого параметра системи. Методи моделювання універсальні і математично нескладні. Але завжди спочатку необхідно перевірити можливість аналітичного рішення, тому що аналітичні методи часто приводять до формул, що дозволяють одержати повну відповідь на різні питання без чисельного моделювання всіх випадків і є ідеальною вихідною точкою для рішення задач оптимізації. Моделювання є одним з найбільш загальних методів дослідження стохастичних моделей, зокрема моделей теорії масового обслуговування і надійності. Моделювання методом Монте-Карло на ЕОМ вимагає значних витрат часу для складання програм і обчислень. Для полегшення цієї праці є спеціальні проблемно-орієнтовані мови програмування, наприклад GPSS (General Purpose Simulation System) [2], SIM-DIS, Simscript.

Незадоволеність результативністю існуючих методів змушує дослідників звертатися до наближених методів або до статистичного моделювання. „Нерезультативність” існуючих методів пояснюється тим, що експонентно розподілені випадкові процеси властиві тільки „ідеалізованій” математичній моделі (наприклад, пуассонівській). Реальні ж потоки трафіка, що циркулюють у телекомунікаційних мережах, значно відрізняються від моделі пуассонівського потоку, для якого інтервал часу між вимогами на обслуговування має бути експонентним. Крім того існуючі методи аналізу і розрахунку параметрів QoS орієнтовані на використання лише перших моментів розподілів випадкових величин, що характеризують потоки трафіка і систему. При обслуговуванні мультисервісного трафіка, як показано в [4], суттєво впливають і вищі моменти розподілів названих величин, зокрема дисперсія інтенсивності навантаження.

Модель однорідного трафіка

Для математичного опису потоків вимог використовуються ймовірнісні процеси, звичайно називані „процесами народження й загибелі”. Щоб отримати практично застосовні результати, необхідно припустити, що інтенсивність загибелі і народження постійна та не залежить від часу, тобто процес стаціонарний. Однак не виключається можливість і перехідних процесів.

При математичному описі трафіка процес надходження вимог описується кількістю зайнятих обслуговуючих пристроїв або джерел як функцію часу. Це призводить до загальних рівнянь для імовірностей станів системи, з яких при t → ∞ можна отримати граничні імовірності станів системи. Встановлено, що з рівнянь статистичної рівноваги для імовірностей станів можна одержати прості вирази, за допомогою яких добре описуються найбільш загальні випадки теорії телетрафіка [3].

Найпростіша та у багатьох випадках задовільна модель надходження вимог буде, якщо прийняти, що вимоги надходять зовсім незалежно від стану системи. У цьому разі буде експонентний розподіл інтервалів між вимогами.

Розглядається навантаження, створюване одиночними джерелами, що можуть здійснювати тільки один виклик у кожен даний момент часу. Одиночне джерело має два можливих стани: джерело вільне, джерело зайняте. Кількість одиночних джерел (надалі називаних просто джерелами) може бути або кінцевою, або нескінченною, але утворене ними навантаження (трафік) має бути кінцевим. Використовуючи експонентний розподіл, можна відбити щільність розподілу часових інтервалів між вимогами (або тривалості обслуговування) як

. (1)

де λ – інтенсивність надходження вимог.

Відомо, якщо інтервал часу між подіями (вимогами) z розподілений за експонентним законом, то кількість таких подій i за умовну одиницю часу t буде розподілена за законом Пуассона:

. (2)

Величина λt є параметром розподілу Пуассона. За цим розподілом можна розрахувати імовірність надходження до системи точно i вимог за умовну одиницю часу тривалістю t за заданої інтенсивності надходження вимог λ.

Оскільки експонентний розподіл інтервалів часу між вимогами призводить до пуассонівського розподілу кількості вимог за умовну одиницю часу, то властивість відсутності післядії переноситься й на пуассонівський потік вимог, який разом з тим є: стаціонарним, ординарним, без післядії. Для такого потоку інтенсивність λ, тобто середня кількість вимог на одиницю часу, є величина незмінна.

Пуассонівський потік вимог є найбільш часто застосовуваною моделлю потоку вимог у теорії телетрафіка. Можна порівняти пуассонівський потік з реальним потоком вимог на мережах, що комутуються. Ординарність реального потоку звичайно має місце, тому що малоймовірно строго одночасне надходження вимог. У той же час бувають випадки, коли вимоги надходять пачками. Стаціонарність явно не має місця, тому що, наприклад, уночі вимог надходить менше, ніж удень. Але якщо розглядати потік лише на невеликих інтервалах часу, наприклад, у години пік (години найбільшого навантаження – ГНН), то можна вважати, що за цей час потік стаціонарний.



Модель мультисервісного трафіка пакетних мереж

У пакетних мультисервісних мережах зв'язку потоки пакетів (трафік) істотно відрізняються від моделі пуассонівського потоку, описуваного експонентною функцією розподілу інтервалу часу між моментами надходження пакетів. Тут потоки пакетів формуються множиною джерел вимог на надавані мережею послуги і мережних додатків, що забезпечують послуги передачі відео, даних, мови й ін. Джерела вимог, беручи участь у процесі створення потоку пакетів, істотно відрізняються між собою значеннями питомої інтенсивності навантаження. Інтенсивність навантаження результуючого потоку пакетів у кожний момент часу залежить від того, якими додатками обслуговуються джерела вимог і яке співвідношення їхньої чисельності для різних додатків. На структуру трафіка також впливають і технологічні особливості застосовуваних алгоритмів обслуговування. Наприклад, якщо послуга забезпечується декількома додатками, то моменти виникнення вимог на встановлення сеансів зв'язку сильно корелюються або якщо у використовуваних протоколах застосовується повторна передача невірно прийнятих пакетів. Через це в процесі обслуговування вихідні потоки перетерплюють значні зміни й у сумарному трафіку з'являються довгострокові залежності в інтенсивності надходження пакетів. Таким чином, трафік уже не є простою сумою множини незалежних стаціонарних і ординарних потоків, що властиво пуассонівським потокам телефонних мереж зв'язку. У мультисервісних мережах з комутацією пакетів трафік є різнорідним, а потоки різних додатків вимагають забезпечення певного рівня якості обслуговування. У цих умовах передачу потоків усіх додатків забезпечує єдина мультисервісна мережа з загальними протоколами і законами керування, незважаючи на те, що джерела кожного додатка мають різні швидкості передачі інформації або змінюють її в процесі сеансу зв'язку (максимальна і середня швидкості). Через це об'єднаному потоку пакетів властива так називана „пачковість” (burstness) трафіка з випадковою періодичністю та тривалістю піків навантаження.

На підставі статистичних даних про кількість і розміри переданих пакетів, характеристик інтервалів часу між пакетами протягом встановленого з'єднання (сеансу зв'язку), даних про тривалість встановлюваних з'єднань і т.д. можна скласти математичну модель реального трафіка.. Для мультисервісного трафіка характерна сильна нерівномірність інтенсивності надходження вимог і пакетів. Вимоги і пакети не плавно розосереджені по різних інтервалах часу, а групуються в „пачки” в одних інтервалах, і цілком відсутні або їх дуже мало в інших інтервалах часу. Через це в пачковому трафіку при порівняно невеликому середньому значенні інтенсивності надходження пакетів (інтенсивність трафіка) присутня достатня кількість значних викидів.

Ефективність обслуговування такого трафіка дуже низька, оскільки в процесі його обробки для забезпечення заданого рівня втрат (якості обслуговування) необхідно збільшувати пропускну здатність каналів. При цьому в періоди спаду піків навантаження ресурси системи дуже сильно недовикористовуються (як правило, проектування пропускної здатності каналів ведеться в розрахунку на середнє значення інтенсивності трафіка).

Випадковий процес надходження в систему вимог (пакетів) характеризується законом розподілу, що встановлює зв'язок між значенням випадкової величини та імовірністю появи цього значення. Такий потік може бути описаний ймовірнісною функцією розподілу інтервалів часу між сусідніми вимогами або ймовірнісною функцією розподілу кількості вимог за умовну одиницю часу [3].

Результати статистичної обробки даних вимірів трафіка пакетних мереж краще узгоджуються не з функцією експонентного розподілу, а з функціями, що мають так званий „довгий хвіст”, набагато більш вагомий, чим в експонентного розподілу. При цьому використовуєм функцій логарифмічно нормального закону розподілу, розподілу Парето та Вейбулла. У деяких випадках для цієї апроксимації можна використовувати гамма-розподіл або гіперекспонентний (суміш декількох експонент) розподіл. Іноді достатньо гіперекспонентного розподілу другого порядку:



. (3)

Це значить, що з імовірністю p1 інтервал часу між пакетами має експонентний розподіл з параметром 1, а з імовірністю p2 – c параметром 2 (природно, що p1 p2 = 1). При цьому досягається більший розкид величини інтервалу часу між пакетами, що забезпечує краще узгодження даної моделі з реальними потоками.

Сильна нерівномірність надходження вимог (пакетів) характеризується коефіцієнтом варіації тривалості інтервалу часу між вимогами vz (відношення середньоквадратичного відхилення до математичного сподівання тривалості інтервалу Z). Для потоку з експонентним розподілом vz = 1, а в реальних потоках коефіцієнт варіації досягає значень декількох десятків. Як показали дослідження, для потоків трафіка з розподілом інтервалів часу між пакетами з логарифмічно нормальним законом і законом Парето, функція розподілу кількості пакетів на одиницю часу має явно виражену позитивну асиметрію.

Трафік, якому властива „пачковість”, прийнято вважати трафіком з ефектом самоподібності. У [5] запропонований відповідний метод розрахунку характеристик якості обслуговування такого трафіка. Він заснований на тім, що в тих точках графіка залежності ентропії станів системи від завантаженості ρ, де збігається ентропія розподілу станів системи, збігаються й досліджувані параметри якості обслуговування, такі як, наприклад, середня довжина черги Q і середня тривалість очікування пакетів в системі W (тих, що очікують в черзі і тих, що обслуговуються без очікування).

Необхідно відзначити, що точність розрахунку телекомунікаційних систем значною мірою залежить від правильної оцінки моделі потоку вимог, що обслуговується цією системою. Обрана модель і відповідний їй метод розрахунку повинні бути адекватними реальному трафіку телекомунікаційних мереж. Більш адекватною моделлю потоків у мультисервісних мережах з комутацією пакетів є перераховані вище імовірнісні функції розподілу інтервалів часу між вимогами (пакетами), що мають „довгий хвіст”..
Список літератури:

1. Клейнрок Л. Теория массового обслуживания. Пер. с англ. М.: Машиностроение, 1979. – 432 с., ил.

2. Боев В.Д. Моделирование систем. Инструментальные средства GPSS World: Учеб. Пособие. – СПб.: БХВ-Петербург, 2004. – 368 с.: ил.

3. Ложковський А.Г. Теорія масового обслуговування в телекомунікаціях / А.Г. Ложковський. – Одеса, 2010. – 112 с., ил.

4. Ложковський А.Г. Дослідження впливу параметрів навантаження на характеристики якості обслуговування: дис. канд. техн. наук : спец. 05.12.02 – телекомунікаційні системи та мережі / А. Г. Ложковський. – ОНАЗ ім. О.С. Попова, Одеса, 2003. – 160 с.

5. Ложковський А.Г. Дослідження функціонування телекомунікаційних систем в умовах самоподібного трафіка / А.Г. Ложковський, К.Б. Нікіфоренко // Наукові записки УНДІЗ. Науково-виробничий збірник. – 2009. – № 2(10). – С. 60-64.

УДК 621.395
Аналіз варіантів побудови мережі NGN

на базі міських телефонних мереж
Ложковський А.Г.,

Арбузникова О.С.,

Вербанов О.В.

Одеська національна академія звязку ім. О.С. Попова


Анотація. Проаналізовані варіанти побудови мереж NGN на базі існуючого обладнання міських телефонних мереж та вирішення виникаючих проблем при переході до мереж наступного покоління.
На сьогоднішній день існують об’єктивні передумови модернізації міських телефон­них мереж (МТМ), які обумовлені наступними тенденціями – зростанням обсягів голосового трафіку, який передається по пакетним мережам, моральне й фізичне зношування існуючого мережного обладнання, особливо систем комутації, а також зріст конкуренції на ринку традиційних послуг зв’язку: телефонії, доступу до мережі Інтернет, оренди каналів та ін.

Крім того, з’явилися нові тенденції споживчого попиту, які повинні враховувати оператори зв’язку:

1. Зростання попиту на послуги з доданою вартістю.

2. Необхідність гнучкої адаптації й персоналізації послуг під індивідуальні потреби абонента.

Рішення даних проблем та задач вже неможливо в рамках традиційних мереж зв’язку. Однак всі вони можуть бути успішно вирішені в рамках створення мереж наступного покоління NGN. От чому операторам зв’язку вже сьогодні необхідно розробити стратегії міграції існуючих міських мереж зв’язку до мереж NGN. При цьому варто максимально використовувати одну з найпривабливіших особливостей концепції NGN – можливість застосування різних мережних рішень поверх мережі з пакетною комутацією.

Ідеальна стратегія переходу міських телефонних мереж до мереж NGN може бути представлена наступною послідовністю дій оператора:



  1. Міжнародна й міжміська телефонні мережі переводяться на технологію комутації пакетів.

  2. Всі комутаційні станції на МТМ замінюються пакетними комутаторами.

  3. Технологія комутації пакетів використовується для мереж абонентського доступу.

  4. Технологія комутації пакетів застосовується в обладнанні користувачів.

На практиці така стратегія не представляється практично значимою з ряду об’єктивних причин, серед яких варто виділити дві. По-перше, істотна потреба в пакетних технологіях формується саме користувачами (характерний приклад – перехід до IP-ВАТС). Це означає, що потенційні абоненти не будуть чекати завершення процесів модернізації міжміських й місцевих мереж. По-друге, необхідність заміни комутаційного обладнання більше актуальна для МТМ, включаючи ділянку доступу. До речі, на більшості МТМ встановлено цифрове комутаційне обладнання. Це означає, що необхідність захисту інвестицій, зроблених операторами, стимулює використання обладнання NGN насамперед у місцевих мережах.

Варіанти побудови міських мереж NGN.

Міграції існуючих МТМ до мереж NGN може здійснюватися різними способами, які можна віднести до однієї з чотирьох основних стратегій:



  • створення «островів» мережі NGN;

  • заміщення МТМ мережею NGN;

  • створення виділеної мережі NGN;

  • накладеної мережі NGN.

Можлива також комбінована стратегія, яка поєднує у собі стратегії виділеної й накладеної мереж NGN.

Дві перші стратегії, засновані на створенні «островів» мережі NGN і простому заміщенні обладнання комутації каналів на обладнання з пакетною комутацією, не мають особливої практичної цінності. Це пояснюється тим, що при їхньому використанні неможливо забезпечити в мережі показники якості обслуговування, які визначаються міжнародними і європейськими стандартами для пакетних технологій. Єдина перевага цих стратегій – простота: ніякі нові завдання планування мережі NGN перед операторами не виникають.

Найпростіші спосіб надання послуг NGN – побудова ще однієї (виділеної) мережі на базі тих транспортних ресурсів, які існують на МТМ, в інтересах невеликої групи клієнтів. Для побудови нової мережі NGN на базі технології комутації пакетів необхідно вирішити два головні завдання:


  • встановити вузли мережі NGN (наприклад, комутатори ATM/IP/MPLS) на тих площадках, де вже змонтоване обладнання існуючих станцій;

  • побудувати мережу доступу, яка забезпечує підтримку тих видів послуг для яких звичайні абонентські лінії (АЛ) не придатні.

В результаті створюються дві мережі: стара (з комутацією каналів) і нова мережа NGN (з комутацією пакетів). При цьому використовується єдина транспортна (первинна) мережа. Така стратегія має ряд недоліків, основними з яких є більші експлуатаційні витрати, обумовлені використанням паралельно двох мереж, і неможливість надання абонентам старої мережі нових перспективних послуг. Крім того, витрати на підключення одного користувача (тарифи на послуги NGN) досить значні.

Існує два основних підходи до побудови накладеної мережі NGN на місцевому (міському) рівні. Перший з них припускає початок реконструкції мережі із самого нижнього рівня – із заміни опорних станцій на обладнання NGN.

Другий підхід як відправна точка для модернізації розглядає транзитний рівень мере­жі, заміну опорно-транзитних станцій на медіашлюзи під керуванням гнучких комутаторів.

Варіант 1 – заміна опорних станцій на обладнання NGN.

Реконструкція міської мережі із заміною опорних станцій на мультисервісні комутатори доступу (абонентські медіашлюзи) під керуванням гнучких комутаторів може провадитися по «острівному» принципу шляхом використання комбінації сигнального шлюзу й медіашлюзу, до якого можуть приєднуватися виносні модулі замість окремих станцій. Однак, чим більше опорних станцій міняється одночасно, тим менше будуть питомі витрати на один порт, оскільки для всіх медіашлюзів можна використовувати один гнучкий комутатор. Виділення етапів у процесі міграції МТМ до мережі NGN зводиться до визначення станцій, які підлягають заміні на конкретному етапі модернізації. У перехідний період для взаємодії частини, яка залишилася, з новою мережею NGN використовуються транзитні медіашлюзи.

Реконструкція існуючої мережі на базі будівництва мережі NGN економічно ефективна навіть для простих телефонних послуг, але за умови масштабної заміни існуючого станційного обладнання. Більш того з’являється можливість використання різноманітних широкосмугових портів вузлів доступу для надання перспективних послуг, що забезпечує ще більшу економічну ефективність проектів NGN.

Варіант 2 – заміна транзитних вузлів на обладнання NGN.

Іншим варіантом міграції місцевих телефонних мереж до мережі NGN є реконструкція мережі, починаючи з транзитного рівня – шляхом заміни опорно-транзитних станцій (ОПТС), транзитних станцій (ТС), що характерно для МТМ середньої й великої ємності. На першому етапі повинні бути вирішені дві головні задачі – забезпечення сумісності встановлюваного обладнання з існуючою телефонною мережею й можливості плавного переходу до повноцінної мережі NGN зі збереженням існуючих мережних ресурсів.

Другий етап припускає створення IP-мережі з підтримкою QoS або модернізацію існуючої IP-мережі до рівня MPLS і її використання для маршрутизації мовного трафіку з метою розвантаження транспортної мережі. Керування наданням базових мовних послуг здійснюється гнучким комутатором. Для надання розширених послуг використовуються різні платформи додатків.

На третьому етапі здійснюється модернізація обладнання рівня доступу опорних станцій, які виробили свій ресурс. Приступати до цього етапу можна по закінченні реконструкції транзитного рівня мережі або одночасно з ним (так званий сценарій «вертикальної» міграції).

На четвертому етапі завершується заміна місцевих станцій на абонентські медіашлюзи і розгортання платформ додатків, здійснюється впровадження мультимедійних послуг, наприклад, IPTV, VoD та ін. Для успішного впровадження послуг NGN буде потрібно застосування інтегрованих пристроїв доступу (IAD) та широкосмугових інтелектуальних терміналів.

1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   16



  • ДОСЛІДЖЕННЯ МОДЕЛЕЙ ТРАФІКА В ТЕЛЕКОМУНІКАЦІЙНИХ МЕРЕЖАХ Ложковський А.Г.
  • Методи дослідження систем розподілу інформації
  • Модель однорідного трафіка
  • Модель мультисервісного трафіка пакетних мереж
  • Аналіз варіантів побудови мережі NGN на базі міських телефонних мереж Ложковський А.Г., Арбузникова О.С., Вербанов О.В.
  • Варіанти побудови міських мереж NGN.
  • Варіант 1 – заміна опорних станцій на обладнання NGN.
  • Варіант 2 – заміна транзитних вузлів на обладнання NGN.