Слаботочка Книги во, определяемое скоростью передачи 64 кбит/с, было выбрано для сети, которая могла бы организовать передачу данных в полосе частот речевого сигнала, а также производить многократные преобразования аналог-цифра, цифра-аналог. В полностью цифровой сети скорость 64 кбит/с позволяет обеспечить чрезмерно высокое качество передачи. Кроме того, последние разработки в области методов кодирования речи, а также достижения в технологии изготовления интегральных схем показывают, что можно создать методы кодирования речи, которые позволяют вести передачу с более низкой битовой скоростью. Как показано в гл. 3, система адаптивной дифференциальной ИКМ может обеспечить в полностью цифровой сети адекватное качество передачи при скорости, равной половине битовой скорости при ИКМ с мгновенным компандированием. С учетом сложившегося состояния, обусловленного уже введенным оборудованием ИКМ, можно заключить, что сети общего пользования оказываются связанными в основном с ИКМ-кодированием. Окончательный переход на цифровую технику на телефонной сети общего пользования, очевидно, будет происходить эволюционным путем. Создается впечатление, что, возможно, существующие кодеры и декодеры быстро не устареют. На более ранних этапах эволюции можно было осуществлять переход от одного формата кодирования к другому (от семи битов при р,= 100 к восьми при р=255). Это изменение было возможно потому, что стыки с отдельными цифровыми системами всегда были аналоговыми. Таким образом, одна система Т1 могла использовать один формат кодирования, в то время как другая система Т1 - другой. Фактически в настоящее время используется множество различных форм кодирования, включая ИКМ-кодирование с р = 100 и различные виды дельта-модуляции, но все они имеют аналоговые стыки. Однако появление цифровой коммутации практически исключило возможность изящного перехода к другому способу кодирования. Новое оборудование, подключаемое к цифровым системам коммутации, должно быть совместимо одновременно с большим количеством оборудования, которое уже было подключено к цифровым системам коммутации. Таким образом, одним из недостатков интеграции передачи и коммутации является то, что она исключает возможность преобразования алгоритмов кодирования при переходе от одной подсистемы к другой. Нельзя полностью игнорировать и те экономические выгоды, которые можно получить за счет значительного уменьшения битовой скорости передачи речевого сигнала. В пределах индивидуальных систем передачи или хранения речи можно применять более эффективные методы несмотря на то, что они требуют прямого и обратного преобразования к стандартам, определяемым скоростью 64 кбит/с. Если корпорации арендуют цифровые линии прямой связи УАТС, то они, возможно, пожелают использовать на этих линиях кодеры с эффективной битовой скоростью. Затраты на введение даже весьма сложных вокодеров и методов формирования цифровых сигналов DS-1 могут оказаться оправданными потому, что они обеспечивают на линии большее число речевых каналов. В настоящее время может быть оправдан- ным применение четырех вокодеров, работающих на скорости 2,4 кбит/с на длинных аналоговых линиях, характеристики которых скорректированы таим образом, что они обеспечивают скорость передачи данных 9,6 кбит/с. В одном канале со скоростью 64 кбит/с можно было бы разместить 26 таких подканалов - без дополнительных затрат на коррекцию характеристик тракта передачи. Эти вокодеры с низкой битовой скоростью не обеспечивают передачу речи со стандартным телефонным качеством и, следовательно, вряд ли получат применение на сети общего пользования. Один из методов, который можно было бы широко использовать для преобразования алгоритмов кодирования в полностью цифровой сети связи, заключается в применении переходящих категорийных отметок. Если используется более чем один тип алгоритмов кодирования, то категорийная отметка указывает на необходимость включения соответствующего оборудования преобразования. Таким образом, одна схема кодирования может быть отключена, в то время как другая - включена. По-видимому, мотивом для преобразования алгоритмов кодирования явилась бы возможность снижения битовой скорости речевого канала. Однако первоначально эти преобразования не смогли бы обеспечить экономию в широком масштабе, поскольку все существующее оборудование широкого группообразования и коммутации рассчитано на каналы со скоростью передачи 64 кбит/с. Л ишь после того, как было бы заменено значительное число кодеров, стала бы оправданной модификация оборудования группообразования и коммутации. В этом случае категорийные отметки могли бы указывать требуемую пропускную способность при установлении соединения. В некоторых случаях низкоскоростные сигналы можно было бы пропускать по низкоскоростным каналам, но там, где низкоскоростных каналов не окажется, использовались бы каналы со скоростью передачи 64 кбит/с. ГЛАВА 9 АНАЛИЗ ТРАФИКА Кроме абонентских установок и связанных с ними абонентских шлейфов телефонная сеть содержит разнообразное общее оборудование, такое как приемники набора номера, процессоры обслуживания вызовов, межзвеньевые и межстанционные соединительные линии. Объем общего оборудования сети определяется в предположении, что не все абоненты сети потребуют обслуживания одновременно. В силу случайного характера поступления требований предсказать точное количество требуемого общего оборудования нельзя. Предположительно сети можно было бы проектировать так, чтобы иметь достаточное количество общего оборудования для немедленного обслуживания всех требований за исключением случаев появления весьма редких и непредвиденных пиковых нагрузок. Однако это решение неэкономично, поскольку значительная часть общего оборудования оказывается неиспользуемой в течение периодов нормальной загрузки сети. Основная цель анализа трафика состоит в том, чтобы обеспечить метод определения экономической эффективности сетей различной емкости и кофигу-рации. Трафик в сетях связи понимают как совокупность всех требований абонентов, которые могут быть обслужены сетью. Требования на обслуживание поступают на сеть случайно и время их обслуживания обычно заранее неизвестно. Первый этап анализа трафика состоит в описании процесса поступления вызовов и времени обслуживания с помощью вероятностных характеристик. После этого эффективность сети можно будет оценить объемом ее трафика при нормальной или средней загрузке и тем, как часто он может превысить пропускную способность сети. М етоды анализа трафика можно разделить на две основные категории: для систем с потерями и для систем с ожиданием. Выбор соответствующего метода анализа для конкретной системы зависит от способа обслуживания системой избыточного трафика. В системах с потерями избыточный трафик отбрасывается без обслуживания. В системах с ожиданием избыточный трафик сохраняется, избыточные вызовы находятся в очереди до тех пор, пока не освободятся устройства, которые могут их обслуживать. Обычная система коммутации каналов работает как система с потерями, поскольку избыточный трафик блокируется и не обслуживается без повторного вызова со стороны абонента. В некоторых случаях потерянные вызовы действительно представляют собой потерю доходов предприятия связи вследствие того, что они не завершаются полным соединением. Система коммутации сообщений или коммутации пакетов, очевидно, обладает основными свойствами системы с ожиданием. Однако иногда работа в режиме коммутации пакетов может также включать некоторые моменты работы системы с потерями. И ограниченные по длине очереди, и виртуальные каналы означают работу с потерями при перегрузках. Системы коммутации каналов также включают некоторые операции, связанные по своему характеру с ожвданием, помимо работы в режиме с потерями в отношении самих каналов. Например, управление доступом к приемнику набора номера, оператору, процессору обслуживания вызовов обычно связано с процессом обслуживания в очереди. Основным критерием оценки работы системы с потерями является вероятность отказа (вероятность блокировки). Системы с ожиданием оцениваются временем ожидания начала обслуживания. Иногда желательно оценить среднее время ожидания, в то время, как в других случаях больший интерес представляет вероятность того, что время ожидания превысит некоторое заданное значение. Некоторые примеры представленного в этой главе анализа аналогичны примерам, представленным в гл. 5 при оценке вероятностей блокировки в коммутационной схеме. В гл. 5 рассматривались, главным образом, потери из-за внутренних блокировок, т. е. вероятность того, что соединение через коммутационную систему не может быть установ- леио при нормальном или сре.днем значении трафика. Данная же глава касается, главным образом, вероятности того, что число активных источников превысит некоторую определенную величину. Обычно эта определенная величина есть число соединительных линий в некотором направлении. 9. 1. Х.\РЛКТЕРИСТИКА ТРАФИКА В силу случайного характера трафика сети последующий анализ содержит некоторые основные положения из теории вероятности и теории случайных процессов. В этом рассмотрении представлены только самые основные допущения и результаты теории телетрафика. Цель заключается в том, чтобы показать, как применить результаты теории телетрафика, а не в том, чтобы вникать в аналитические выражения вплоть до мельчайших деталей. Однако для ознакомления пользователя с допущениями, принятыми при построении моделей, с тем чтобы они могли быть соответствующим образо.м применены, представлено несколько основных выводов. В области прикладной математики, где эти задачи решаются более формальным способом, вопросы анализа вероятности блокировки относят к теории массового обслуживания, а вопросы анализа времени ожидания - к теории очередей. Кроме того, эти вопросы обычно относят к теории гютоков. В сетях с коммутацией каналов поток сообщений оказывается не столь важным фактором, как время занятия общего оборудования. Сеть с коммутацией каналов устанавливает соединительный тракт от одного оконечного устройства до другого, включая различные устройства сети (линии передачи и звенья коммутации), которые зани.маются на весь период существования соединения. С точки зрения работы сети важен именно факт занятия ресурсов системы, а не поток информации по отдельным цепям. В то же время сети с коммутацией сообщений и коммутацией пакетов имеют дело непосредственно с реальным потоком информации, поскольку в этих системах трафик на линиях передачи непосредственно связан с активностью источников. Как уже упоминалось в гл. 7, рассмотрение коммутации каналов включает и некоторые аспекты анализа потоков нагрузки, возникающих в процессе установления соединения. Требования на соединение поступают от источников к пунктам назначения, при этом в процессе обслуживания занимаются, удерживаются и освобождаются определенные ресурсы. Как уже было показано, управление потоком требований на соединения в период перегрузок является важнейшей функцией управления сетью. Непредсказуемый характер трафика является результатом двух основных случайных процессов: поступления вызовов и длительности занятия. Обычно предполагают, что поступление вызова от любого определенного абонента происходит чисто случайно и в общем случае не зависит от поступления вызовов от других абонентов. Таким образом, число моментов поступления вызовов в течение любого определенного интервала времени является неопределенным. В большинстве i 2° о x. 1 2 3 4 5 6 7 8 Время, мин Рис. 9.1. Временная диаграмма активности абонентов (все вызовы обслужены) случаев длительность занятия также является случайной величиной. В некоторых приложениях этот элемент случайности может быть исключен путем допущения постоянной длительности занятия (например, пакетов фиксированной длины). В любом случае поступающая на сеть нагрузка существенно зависит как от интенсивности поступления вызовов, так и от средней длительности занятия для каждого вызова. На рис. 9. 1 представлена характерная ситуащгя, когда и моменты поступления вызовов от 20 различных источников и длительности занятия являются непредсказуемыми. В нижней части рисунка показана активность каждого отдельного источника, а в верхней - мгновенные значения суммарной активности. Если предположить, что 20 источников вызовов нужно соединить с пучком соединительных линий, то кривая активности показывает число линий, используемых в любой заданный момент времени. Заметим, что максимальное число используемых в какой-либо момент времени линий равно 16, а среднее число используемых линий несколько меньше 11. В общем виде соединительные линии рассматривают как обслуживающие приборы, а пучок соединительных линий как группу приборов. Измерение нагрузки. Одной из мер пропускной способности сети является объем нагрузки, обслуженной за некоторый период времени. Объем нагрузки является, по существу, суммой всех длительностей занятия в течение этого периода времени. Объем нагрузки, представленной на рис. 9.1, равен площади, ограниченной сверху кривой активности (84 минуто-занятия). Более полезной мерой является интенсивность нагрузки (называемая также потоком нагрузки). Итенсивность нагрузки получается делением объема нагрузки на длину интервала времени, в течение кото- рого он измеряется. Таким образом, интенсивность нагрузки представляет собой среднюю активность за некоторый период времени (на рис. 9. 1 она равна 10,5). Хотя интенсивность нагрузки принципиально безразмерная величина (время, деленное на время), она обычно выражается в эрлангах (в честь датского ученого А. К. Эрланга, первого ученого в области теории телетрафика), либо в гектосекундо-занятиях (CCS) в час. Учитывая, что в одном часе 3600 с, можно получить соотношение между эрлангами и CCS: 1 Эрл = 36CCS/4. Максимальная пропускная способность одного обслуживающего прибора (канала) равна 1 Эрл, т. е. соответствует тому, что прибор всегда занят. Таким образом, максимальная пропускная способность группы обслуживающих приборов, выраженная в эрлангах, просто равна числу приборов. Поскольку в системе с потерями при интенсивности нагрузки, равной числу обслуживающих приборов, вновь поступающий трафик постоянно блокирован, средняя активность обязательно меньше, чем число обслуживающих приборов. Аналогично системы с ожиданием работают в среднем с меньшей, чем максимальная, пропускной способностью из-за того, что ожидание становится бесконечно долгим, если средняя нагрузка приближается к числу обслуживающих приборов. Для характеристики нагрузки используются два важных параметра: средняя интенсивность поступления вызовов Л и средняя длительность занятия Если интенсивность нагрузки А выражается в эрлангах, то A=Kt (9. 1) где Kvittri выражены в одних и тех же единицах времени (например, вызовы в секунду и секунды на вызов соответственно). Заметим, что интенсивность нагрузки является лишь мерой среднего использования за какой-то период времени и не отражает связи между поступлением вызовов и длительностями занятия. Иными словами, большое число вызовов с малой длительностью занятия могут создавать нагрузку такой же интенсивности, как и меньшее число вызовов с большей длительностью занятия. Во многих случаях последующего анализа результаты зависят только от интенсивности нагрузки. Однако в некоторых других случаях результаты зависят также от конкретного характера поступления вызовов и вида распределений длительности занятия. Телефонные сети общего пользования обычно анализируют в терминах средней активности абонентов в ЧНН в течение дня. При этом проектирование и анализ телефонных сетей на основе данных измерения нагрузки в ЧНН представляет собой компромисс между проектированием на основе общего среднего использования системы (включая ночные часы с фактически нулевым использованием) и проектированием на основе коротких по длительности пиковых значений, возникающих случайно, например, в результате переры- 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 [74] 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 |
|