Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Оптические и проводные сети и системы связиСтр 1 из 11Следующая ⇒
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики»
Кафедра «Автоматической электросвязи» «Утверждаю» Зав.кафедрой АЭС, д.т.н., профессор _________ А.В.Росляков «31» августа 2015г.
КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ по дисциплине «Теория телетрафика» для студентов заочного отделения направления подготовки 11.03.02 - Инфокоммуникационные технологии и системы связи профиль подготовки Оптические и проводные сети и системы связи
Обсуждено на заседании кафедры АЭС «28» августа 2015г. Протокол №1
2015 г. Самара УДК 621.391 Сутягина Л.Н. «Теория телетрафика». Конспект лекции. – Самара: ПГУТИ, 2015.- 65 с.
В курсе «Теория телетрафика» изучаются методы анализа и расчета пропускной способности телекоммуникационных систем и сетей различной структуры. Рассматриваются методы исследования вероятностно-временных характеристик сетей связи и систем коммутации, а также перспективные методы анализа и синтеза систем телетрафика. В результате освоения материалов курса студенты получают практические навыки расчета телекоммуникационных систем и сетей.
Рецензент: Карташевский В.Г. - д.т.н., профессор кафедры «МСИБ» ГОУВПО ПГУТИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики» Сутягина Л.Н., 2015 Содержание
РАЗДЕЛ 1 ПРЕДМЕТ И ЗАДАЧИ КУРСА ТТ РАЗДЕЛ 2 ПОТОКИ ВЫЗОВОВ, СВОЙСТВА, ХАРАКТЕРИСТИКИ Потоки вызовов Поток вызовов – это совокупность моментов поступления вызовов во времени, различают: - детерминированный поток; - случайный поток. Детерминированный поток вызовов (ДП) – представляет поток вызовов, последовательность моментов поступления которых, определена заранее. ДП редко встречается на практике, т.к. сложно обеспечить четкое поступление вызовов по заранее известному расписанию. Примером ДП могут служить потоки моментов начала и окончания передач программ радио и телевещания по канала связи. Поток сеансов связи с искусственными спутниками земли. .Однако и здесь возможны случайные, непредвиденные изменения расписания. ДП задается одним из следующих эквивалентных способов (рис.2.1).: 1. Последовательностью моментов поступления вызовов (рис.2.1а) - , где k- порядковый номер вызова;
2. Последовательностью промежутков между моментами поступления вызовов (рис.2.1а) - - это промежуток времени предшествующий появлению -го вызова ( 3. Целочисленной неотрицательной и неубывающей функцией , характеризующей число вызовов, поступивших в промежутке . Точки скачков функции соответствуют моментам поступления вызовов, а величины скачков - числу вызовов, поступивших в вызывающий момент (рис.2.1 б). Рисунок 2.1 – Способы задания детерминированного потока
Вызывающий момент – это момент времени, в который поступает один или несколько вызовов. Случайный поток (СП) – это поток вызовов, в котором моменты поступления вызовов и промежутки времени между вызовами являются случайными величинами, поэтому СП задается вероятностным значением распределения соответствующих случайных величин: 1.Законом распределения моментов поступления вызовов . 2.Законом распределения промежутков между линиями . 3.Законом распределения числа поступающих вызовов в промежутке
Простейший поток вызовов Случайный поток вызовов, одновременно обладающий свойствами стационарности, ординарности и отсутствием последействия называется простейшим. Простейший поток полностью определяется функцией и подчиняется законам Пуассона: (2.6)
Пуассоном на основании формулы (2.6) составлены таблицы, которые позволяют определить вероятность поступления не менее k-вызовов за время :
(2.7)
Из формул (2.6) и (2.7) видно, что при у.е.в.(условная единица времени) вероятности и зависят только от и . С возрастанием закон Пуассона стремиться к нормальному закону распределения непрерывной случайной величины (при совпадают с нормальным законом распределения случайной величины). На рисунке 2.2 показаны изменения зависимости от значения и Рисунок 2.2 – Зависимость от значения и .
Из рисунков видно, что максимум достигается: 1. При целом в двух точках и ; 2. При дробном в одной точке когда
Свойства простейшего потока 1.При объединении «n» независимых простейших потоков с параметрами образуется общий простейший поток с параметром: Вероятность поступления точно вызовов за время определяется формулой Пуассона, а параметр потока формулой (2.8). 2.Сумма вероятностей всех возможных значений числа поступающих вызовов за промежуток времени равна единице:
3.Математическое ожидание и дисперсия числа вызовов за промежуток времени совпадают и равны: (2.10)
Таким образом, для простейшего потока Примитивный поток вызовов Случайный ординарный поток вызовов параметр, которого - прямо пропорционален числу свободных источников нагрузки в данный момент времени называется примитивным:
, (2.11)
где – общее число источников вызовов; – число занятых источников; -параметр источника в свободном состоянии. Примитивный поток, часто называют Пуассоновским потоком 2-го рода (простейший – Пуассоновским пот оком 1-го рода), или Энгсетовским. Примитивный поток является более общим понятием по сравнению с простейшим потоком и переходит в простейший при . Математической моделью примитивного потока вызовов является распределение Бернулли - вероятность поступления вызовов за время t от источников:
, (2.12) где -интенсивность нагрузки от одного источника:
. (2.13) Время обслуживания Время обслуживания поступившего вызова может быть фиксированным или случайным. Фиксированное время задается последовательностью величин hk, характеризующих длительность обслуживания k-ого вызова или k-ой группы вызовов. Время обслуживания будет постоянным, если hk равно какой-то величине h. Случайная длительность обслуживания вызова задается функцией распределения соответствующей случайной величины. Самым простым и наиболее распространенным является распределительный закон:
, (2.14)
где h- математическое ожидание времени обслуживания. Выбор показательного закона распределения объясняется тем, что он обладает свойствами полного отсутствия последействия. С целью упрощения математических выражений часто за единицу измерения длительности обслуживания принимается математическое ожидание длительности обслуживания, т.е. h=1 у.е.в. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ: 2.1. Какой поток называется детерминированным? 2.2.Чем может быть определен (задан) детерминированный поток вызовов? 2.3.Чем может быть определен (задан) случайный поток вызовов? 2.4.Что означает понятие «стационарность потока»? 2.5.Дайте определение понятия «ординарность потока». 2.6. Что означает понятие «поток с последействием»? 2.7. Что определяет интенсивность потока вызовов? 2.8.Что определяет параметр потока вызовов? 2.9.Дайте определение простейшего потока вызовов. 2.10.Какой поток вызовов называется примитивным? 2.11.Какой поток вызовов называется простейшим? 2.12.Что позволяет определить формула ? 2.13.Что позволяет определить формула первого распределения Эрланга? 2.14.Что позволяет определить первая формула Эрланга? Телефонная нагрузка Термин «нагрузка» - чаще всего используется специалистами по телефонии и является термином - синонимом «трафика». Нагрузка - случайный процесс, определяемый числом поступающих вызовов и временем обслуживания каждого вызова. В ТТ используют следующие понятия нагрузки: 1. Поступающая или возникающая нагрузка ( ). Под поступающей на коммутационную систему за промежуток времени нагрузкой понимается такая нагрузка, которая была бы обслужена коммутационной системой, если бы каждому поступающему вызову было бы сразу предоставлено соединение со свободным выходом. 2. Пропущенная коммутационной системой за промежуток времени нагрузка представляет собой сумму времен занятия всех выходов коммутационной системы обслуживающей, поступающий на ее вход поток вызовов за рассматриваемый промежуток времени: (3.1) где V-количество выходов коммутационной системы, -отрезки времени, в течение которых 1, 2, …, выходов коммутационной системы заняты за время . Из определения пропущенной нагрузки следует свойство аддитивности нагрузки: нагрузка, пропущенная за некоторый промежуток времени равна сумме нагрузок обслуженных на отдельных непересекающихся отрезках времени составляющих этот промежуток, т.е.
(3.2)
3. Потерянная коммутационной системой нагрузка в течение времен есть разность между поступающей и пропущенной нагрузками за рассматриваемый промежуток времени, т.е. (3.3) Единицей измерения нагрузки является одно часо-занятие - это такая нагрузка, которая может быть пропущена одной линией, если она будет непрерывно занята в течение часа. Интенсивность нагрузки – математическое ожидание нагрузки, поступающей в единицу времени. Единицей измерения интенсивности нагрузки является 1Эрланг – представляет собой нагрузку в одно часо-занятие в час:
На практике часто используют следующую теорему о количественной оценке интенсивности пропущенной нагрузки: интенсивность пропущенной нагрузки, выраженная в Эрлангах, количественно равна среднему числу одновременно занятых выходов коммутационной системы, обслуживающей эту нагрузку. Аналогично звучит теорема для интенсивности поступающей нагрузки: интенсивность поступающей нагрузки, создаваемой простейшим потоком вызовов, количественно равна математическому ожиданию числа вызовов, поступающих за время равное средней длительности одного занятия, т.е.
(3.4) Нагрузка, как и поток вызовов, подвержена резким колебаниям. Наряду со случайными колебаниями интенсивности нагрузки существуют и периодические (регулярные) колебания, которые учитывают при прогнозировании нагрузки: колебания по дням, неделям, месяцам года, по часам суток Наиболее значительны колебания нагрузки по часам суток, поэтому введено понятие «час наибольшей нагрузки» (ЧНН) – непрерывный интервал времени в 60 минут в течение, которого средняя интенсивность нагрузки, поступающей на коммутационную систему (узел, является максимальной. Колебание нагрузки в течение суток учитывается коэффициентом концентрации
(3.5) Обычно: Расчет объема оборудования узлов коммутации, пучков межстанционных линий или каналов осуществляется, исходя из величины нагрузки в ЧНН.
Метод НТП для ГТС Согласно инструкции, изложенной в [6], расчет интенсивности возникающей абонентской нагрузке при отсутствии статистических данных, должен производиться в соответствии с данными таблицы 7.2 в [6]. Причем расчет возникающей нагрузки, должен производиться отдельно для утреннего и вечернего ЧНН, затем выбирается максимальное значение возникающей нагрузки, которое принимается за расчетную. В курсовой работе по ТТ и при дипломном проектировании возникающую нагрузку - ой станции можно определять по формуле
, (3.12)
где - нагрузка, создаваемая одним абонентом - ой категории; -число абонентов - ой категории.
Например, структурный состав абонентов станции емкостью 15000 номеров: ; ; ; Эрл. Эрл.; Эрл., тогда
Эрл
Методика расчета межстанционных нагрузок изложена в [6], состоит в следующем: 1.Для каждой станции сети определяют возникающую нагрузку, как описано выше, затем определяют
В формуле (3.13) определяется по формуле (3.12). В (3.13) не учитывается нагрузка к ЗТУ. 2.Определяется в % доля возникающей нагрузки каждой станции в общем возникающем сообщении сети: (3.14) Используя значение , по таблице 7.3 в [6] определяют долю внутристанционного сообщения, т.е. 3.Зная значение , определяется величина внутристанционной нагрузки:
, (3.15)
где - определяется по формуле (3.9). 4.Рассчитывают величину исходящие нагрузки i-ой станции:
(3.16)
При отсутствии статистических данных нагрузка к узлу спецслужб принимается равным 2% от : (3.17) 5.Интенсивности исходящих нагрузок от каждой станции сети распределяются пропорционально интенсивностям исходящих нагрузок других АТС сети, т.е.: (3.18)
Для определения нагрузки к и от ЗТУ необходимо использовать данные таблицы 7.5 [6], соответственно: ,
где -число абонентов -ой станции , - соответственно нагрузка от одного абонента на ЗСЛ и СЛМ. Данные величины зависят от численности населения города.
ЭЛЕКТРОСВЯЗИ
В пакетных сетях При расчете R-фактора одна из составляющих - Is, уменьшающая значение R-фактора, определяется искажениями, возникающими в кодеке при пакетизации речевого сигнала. Качество передачи речи в сетях с коммутацией пакетов в последние время значительно улучшено путем создания эффективных кодеков, обеспечивающих хорошую разборчивость речевого сигнала на приемном конце.
В состав этих методов входят: - методы эффективного кодирования речи; - механизмы подавления пауз (механизм кодирования речи при прерывистой передаче, известный как Voice Activity Detection, VAD); - механизмы эхоподавления и эхо-компенсации; - механизмы маскирования ошибок (packet loss concealment), обеспечивающие компенсацию пробелов в речевом потоке, вызванных потерей отдельных пакетов. В табл. 4.3 представлены характеристики кодеков, реализующих перечисленные выше механизмы повышения качества передачи речи в сетях с коммутацией пакетов. Кодек G.711 представленных версий имеет скорость выходного сигнала 64 кбит/с, преобразует аналоговый сигнал в цифровой с очень высоким качеством без применения операции сжатия. Однако, при этом требуется значительная пропускная способность по сравнению с кодеками, в которых осуществляется сжатие информации. Низкоскоростные кодеки требуют существенно меньших значений пропускных способностей, однако оказывают значительно большее влияние на качество речевого сигнала по сравнению с высокоскоростными кодеками.
Таблица 4.3 Типы и характеристики кодеков
Меньшая пропускная способность означает, что можно организовать большее число телефонных соединений по одному и тому же тракту, но при этом уменьшается разборчивость речи, возрастают задержки и качество речи становится более чувствительным к потере пакетов. Задержка доставки пакета определяется временем переноса пакета от источника до получателя. Время задержки меняется в зависимости от трафика в сети и доступных сетевых ресурсов, в частности, пропускной способности, во время доставки. Речь представляет собой трафик, чувствительный к задержке, тогда как большинство приложений данных относительно устойчиво к задержке. Если задержка доставки пакета превышает определенное значение, пакет отбрасывается. Поэтому, при большом числе отброшенных пакетов качество речи ухудшается, что и отражено в формуле (4.6), где влияние задержки учтено через составляющую Id. Необходимо определить, какая задержка допустима при пакетной передаче речи. В результате исследований качества речевого сигнала было установлено, что человек начинает чувствовать задержки речевого сигнала, превышающие 150 мс, и ощущает заметный дискомфорт, если задержка превышает 250 мс. Позднее были проведены масштабные исследования влияния сетевой задержки на качество телефонного разговора, в соответствии с которыми, рекомендуемый порог задержки при передаче речи по пакетной сети равен 150 мс. При задержке 300 мс разговор распадается на фрагменты, которые невозможно связать в слитную речь. Сквозная задержка доставки пакета Dd («из конца в конец») определяется как сумма четырех составляющих: Dd = Dp + Dnk+ Dnn + Dbd, (4.7) где Dp - задержка распространения: время прохождения электрического сигнала в металлическом или волоконно-оптическом кабеле или в беспроводной среде. Это время зависит от физического расстояния между точкой входа и точкой выхода из сети; Dnk - задержка пакетизации: время, которое необходимо затратить в кодеке для преобразования аналогового сигнала в цифровой и формирования пакета. Как видно из табл. 4.3, чем ниже скорость сигнала на выходе кодека, тем выше задержка пакетизации, поскольку кодек тратит больше времени на процессы компрессии и декомпрессии сигнала; Dnn - задержка переноса пакета: время прохождения пакета через все устройства сети, расположенные вдоль пути передачи пакета, включая маршрутизаторы, шлюзы, сетевые экраны, обработчики трафика, сегменты сети с относительно малой пропускной способностью в условиях перегрузки и т. д. Для некоторых устройств, например, синхронных мультиплексоров, эта величина постоянна, для других, таких, как маршрутизаторы, задержка переноса меняется с изменением нагрузки в сети; Dbd - задержка на приемной стороне в буфере джиттера: буфер джиттера используется для уменьшения вариаций между моментами поступления пакетов на вход приемного устройства. Буфер может накапливать от одной до нескольких датаграмм. В соответствии с данными табл. 4. 3 типичный буфер джиттера накапливает две датаграммы и задержка Dbd составляет от 20 до 30 мс в зависимости от типа кодека. Можно сделать вывод, что задержка распространения, задержки в кодеке и буфере джиттера являются постоянными величинами для выбранного пути передачи пакета, тогда как задержка переноса - случайная величина, зависящая от условий в сети в конкретный момент времени. На рис. 4.8 показано, как задержки влияют на R-фактор и показатели МОS. Рис. 4.8 - Влияние суммарной задержки на оценки МОS и величину R-фактора
Для описания случайных изменений между моментами поступления последовательных пакетов речи в приемник используется термин «джиттер» (вариация задержки). Если моменты прибытия речевых пакетов в пункт назначения становятся нерегулярными, то это ведет к искажению звукового сигнала, и при больших значениях джиттера, превышающих несколько десятков мс, речь становится неразборчивой. Потери пакетов определяются как процент пакетов, не доставленных к месту назначения. При передаче пакетов по сети возможны следующие причины потери пакета: - при перегрузке сети очереди в коммутаторах и маршрутизаторах быстро растут. Если перегрузка сохраняется в течение длительного времени, то происходит переполнение буферов и пакеты теряются; - при наличии ошибок в пакета данных они могут быть переданы повторно в соответствии с запросом приемной стороны, а повторная передача пакетов речи увеличивает задержку пакетов сети. Поэтому при пакетной передаче речи пакеты с ошибками сбрасываются. Потери речевых пакетов не должны превышать 1% в среднем на достаточно большом временном интервале. При больших значениях коэффициента потерь в восстановленной на приемной стороне речи возникают разрывы. Таким образом, можно сделать вывод, что метод, основанный на субъективных оценках, используемый в телефонных сетях, не учитывает влияние вероятностно-временных характеристик сетей на качество передачи речи в пакетных сетях. Главной особенностью Е-модели является то, что этот метод учитывает большой набор факторов, отражающих воздействие оконечных устройств и транспортной среды на качестве обслуживания в пакетной сети. Поэтому метод определения R-фактора, основанный на использовании Е-модели, может рассматриваться, как общая модель для объективной оценки качества передачи речи. Метод вероятностных графов Согласно этому методу исследуемая звеньевая схема представляется в виде графа, конфигурация которого зависит от структуры схемы и режима искания, в котором используется схема. Граф представляет собой картину всевозможных путей между заданным входом схемы и заданным выходом. Дуги графа соответствуют промежуточным линиям или маршрутам и выходам коммутационной системы. Вершины соответствуют точкам коммутации. Таким образом, процедура метода вероятностных графов заключается в том, чтобы записать функцию для вероятности потерь при установлении соединения. Обычно при составлении графа исследуемой системы используются простейшие типовые схемы: Wi - вероятность занятости дуги, равная интенсивности нагрузки пропущенная линией или маршрутом, который характеризуется этой дугой. Вероятность потерь в графе, состоящем из α -паралельно параллельно включенных дуг:
Вероятность потерь в графе, состоящем из -последовательно включенных дуг и вероятностями занятия этих дуг: соответственно, определяется выражением: Граф типа П: Рассмотрим пример построения вероятностного графа для различных трехзвенных схем (рис.6.1).
Рисунок 6.1 – Вероятностные графы для различных трехзвенных схем
Структура каждого графа отображает возможность пути установления соединений. Если для каждой дуги графа определить вероятность успешного установления пути, то между точками А и В можно определить возможность потери. Например, для графа (а) на рисунке 6.1 используются обозначения: - вероятность успешного создания пути между точками «А» и «2-1»; - вероятность успешного создания пути между точками «А» и «2-2»; - вероятность успешного создания пути между точками «2-1» и «3»; - вероятность успешного создания пути между точками «2-2» и «3»; - вероятность успешного создания пути между точками «3» и «В».
Тогда вероятность успешного установления пути между точками «А» и «3» будет определяться выражением: (6.14)
Соответственно, занятость этого пути: (6.15)
Тогда искомая вероятность потери вызова между точками А и В будет определятся выражением:
(6.16)
Вероятность, определяемая по формуле (6.16) равна единице при следующих условиях: 1) нет свободных путей между вершинами «3» и «В» (или ); 2) нет свободных путей между вершинами «2-1» и «А», а также между вершинами «2-2» и «3» ( . Анализируя представленный граф, можно сделать вывод, что для рассматриваемой модели наиболее важной является доступность пути между вершинами «3» и «В».
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ: 6.1.Перечислите аналитические методы расчета неполнодоступных включений. 6.2.В чем суть метода вероятностных графов? 6.3.Что представляет собой вероятностный граф? 6.4.Что представляет собой граф типа П? 6.5.Что представляет собой граф типа S? ОБСЛУЖИВАНИЯ ВЫЗОВОВ Имитационное или статистическое моделирование процессов обслуживания вызовов на ПЭВМ – это способ математического исследования систем коммутации. Он используется, когда не удается определить характеристики качества обслуживания аналитическими методами или когда требуется сравнить качество обслуживания конкретной коммутационной системой потока вызовов с теоретическими моделями. При моделировании на ПЭВМ имитируется работа исследуемой коммутационной системы, т.е собирается, обрабатывается и выдается необходимая статистика об имитируемом процессе обслуживания вызовов. В пределах изучаемой математической модели можно с любой заданной точностью воспроизвести исследуемый процесс и получить интересующие статистические характеристики. Моделирование начинается с разработки задания на его проведение, где формируется цель и задача предстоящего исследования, определяются требования к точности и объему получаемых результатов. Особое внимание должно уделяться оптимальному заданию исходных данных, по материалу задания разрабатывается алгоритм и пишется программа моделирования. Так как алгоритм моделирования должен отражать случайную природу имитируемого процесса обслуживания, то в его реализации используются случайные числа и события. В структуре программы моделирования можно выделить: a) информационную часть; б) алгоритмическую часть. Информационная часть отражает структуру и текущее состояние системы обслуживающей вызовы, содержит сведения о находящихся в системе вызовов и накапливаемых статистических характеристиках. Алгоритмическая часть – это комплекс алгоритмов в процессе функционирования, которого меняются значения переменных информационной части. Популярное:
|
Последнее изменение этой страницы: 2017-03-08; Просмотров: 867; Нарушение авторского права страницы