Введение в разработку телетрафика

Характеристики трафика

Характеристики трафика представляются посредством моделей, которые приблизительно отображают статистическое поведение сетевого трафика при большом числе пользователей. Модели трафика предполагают упрощения некоторых свойств сложных процессов трафика. В этой модели трафик характеризуется ограниченным набором параметров (математическое ожидание, дисперсия, индекс рассеяния и т.д).

Моделирование трафика в основном включает определение того, какие предположения могут быть приняты для упрощения и какие параметры являются существенными с точки зрения воздействия на трафик в части сетевых рабочих характеристик. Измерение трафика проводится, чтобы утвердить принятые модели и, если необходимо, модифицировать их. Однако модели не должны часто изменяться. Цель измерения трафика состоит в том, чтобы оценить значения некоторых параметров, принятых для определенных моделей трафика на каждом сегменте сети в течение каждого периода времени.

Как дополнение к моделированию, измерение и прогноз трафика также предоставляют данные, которые нужны для планирования и определения параметров измерения существующего трафика. Прогноз необходим для предсказания требований трафика на период, установленный в процессе планирования.

Рекомендации ITU рассматривают три аспекта характеристики трафика: моделирование трафика, его размеры и прогноз.

Рис. 1.9. Трафик - технические задачи

Моделирование трафика

Рекомендации по моделированию трафика перечислены в таблице 1.1. Для классических коммутационных систем телефонной сети, ориентированных на соединение, нет никаких специальных рекомендаций по моделированию трафика. Услуги, которые обеспечивает эта сеть, - телефония, передача данных и другие, например факс, - не оказывают существенного влияния на суммарный объем трафика. Каждый вызов основан на обслуживании заданных точек со скоростью 64 Кбит/с при симметричном двунаправленном соединении "от точки к точке".

Трафик характеризуется скоростью поступления вызова и средним временем занятия для каждой пары пунктов назначения. Параметры, которые можно применить для теории в этом случае, - пуассоновский процесс поступления вызовов (для маршрутов первого выбора) и отрицательное показательное распределение продолжительности вызова. Эти предположения непосредственно даны в рекомендациях при определении размеров трафика.

В N - и B - цифровой сети интегрального обслуживания и в сети на основе IP проблемы намного сложнее, чем в телефонной сети общего пользования. В них большее разнообразие услуг, каждая из которых имеет различные характеристики, различные типы вызова и различные требования к качеству обслуживания ( QoS ).

Рекомендации E.711 и E.716 показывают, какой набор характеристик вызова в N-ISDN и B-ISDN должен быть использован для описания соединения (или процесса поступления вызова), и типы вызовов. Некоторые примеры характеристик соединения следующие:

• режим передачи информации (коммутация соединения или пакетная коммутация);
• конфигурация связи ("точка-точка", "точка - много точек" или "широковещательная");
• скорость передачи;
• симметрия (однонаправленный, двунаправленный симметричный или двунаправленный асимметричный);
• требования к качеству обслуживания ( QoS ) и т.д.

Тип вызова определяется в терминах последовательности событий, начиная от возникновения вызова, и далее по ходу выполнения процесса обслуживания с указанием моментов или интервалов времени между событиями. Используется набор переменных трафика, которые выражены как статистические переменные, то есть как моменты времени, или процентное распределение случайных переменных, указывающих число событий или время между событиями. Переменные трафика могут быть классифицированы по уровням вызова (или по уровням соединения) и уровням пакетов (или уровням обработки, например уровни обработки ячеек ATM ).

Переменные уровня вызова, связанные с появлением событий в течение вызова, - начало и окончание фазы обслуживания. Примеры - среднее число повторных попыток в случае незавершения вызова и время удержания вызова. Переменные уровня пакета связаны с появлением событий в течение фазы передачи информации и показывают процесс поступления вызовов пакета и длину пакета. Рекомендация E.716 указывает множество различных подходов для того, чтобы определить переменные трафика уровня пакета.

Как только каждый тип вызова смоделирован, пользовательский трафик может быть охарактеризован, согласно рекомендациям E.711 и E.716, процессом поступления вызова для каждого типа.

Рекомендации E.711 и E.716 базируются на характеристиках пользователя, приведенных в рекомендациях E.712 и E.713, и объясняют, как моделировать трафик, который предлагается группе ресурсов, указанных в плане пользователя и, соответственно, в плане управления.

Наконец, рекомендация E.760 имеет дело с проблемой моделирования трафика в мобильных сетях, где не только пользователь, запрашивающий трафик, случаен, но также случайно и число пользователей, обслуживаемых в каждый момент базовой или местной станцией. Рекомендация дает методы оценки потребностей трафика в зоне покрытия каждой базовой станции и модели мобильной связи, чтобы оценить трафик передачи соединения (хэндовера) и скорость обновления данных при смене местоположения.

Измерение трафика

Рекомендации об измерении трафика перечислены в таблице 1.2. Как можно видеть, многие из них относятся к измерению рабочих характеристик и трафика одновременно. Эти рекомендации могут быть классифицированы следующим образом:

• основанные на общих и рабочих аспектах (E.490, E.491, E.502 и E.503);
• основанные на технических аспектах (E.500 и E.501);
• те, которые определяют требования измерения для специальных сетей (E.502, E.505 и E.745).

Рекомендация E.743 связана с последними, в особенности с рекомендацией E.505.

Начнем с рекомендаций, основанных на общих и рабочих аспектах.

Рекомендация E.490 - введение в серию измерений рабочих характеристик и трафика. Она содержит обзор всех рекомендаций и объясняет использование измерений на короткий срок (действия сети по управлению трафиком), средний срок (обслуживание и реконфигурация) и долгие сроки (развитие сети и дополнение сетевых номеров).

Рекомендация E.491 указывает полезность измерения трафика на пункте назначения для планирования сети и выделяет два дополнительных подхода для их обеспечения: записи детализации вызова и прямые измерения.

Рекомендация E.504 содержит рабочие процедуры, которые должны быть выполнены для измерений. Задачи подразделяются на те, которые решаются оператором (например, определение маршрута вызова и составление расписания измерения результатов), и те, которые обеспечиваются системой, поддерживающей интерфейс "человек-машина". Как только измерения выполнены, они должны быть проанализированы, поэтому рекомендации рассматривают процедуры анализа измерений.

Рекомендация E.503 дает краткий обзор возможных направлений приложения измерений и описывает рабочие процедуры, необходимые для анализа.

Рассмотрим теперь рекомендации E.500 и E.501, содержащие общие технические аспекты.

Рекомендация E.500 содержит принципы измерения интенсивности трафика. Традиционная концепция часа наибольшей нагрузки, которая использовалась в телефонных сетях, не может быть распространена на современные многофункциональные сети. Рекомендация E.500 обеспечивает критерии выбора длины периода считывания для каждого приложения.

Эти критерии могут быть суммированы следующим образом:

a)интервал отсчета должно быть достаточно большим, чтобы получить хорошую достоверность.

Среднюю интенсивность трафика можно рассматривать как выборку случайной переменной. При увеличении интервала величина сходится к A. Поэтому длина периода считывания должна быть достаточно большой, чтобы находился в пределах узкого интервала доверия по отношению к A.

Есть дополнительная причина выбирать большие периоды считывания: это не требует больших ресурсов в случае измерения очень коротких пиковых интервалов трафика;

б) интервал отсчета должен быть достаточно коротким - таким, чтобы интенсивность трафика была приблизительно постоянной в течение периода, то есть чтобы фактическая интенсивность трафика могла быть приблизительно отражена постоянной моделью интенсивности трафика. Обратите внимание, что в случае взрывного трафика, когда используется простая модель трафика (например Пуассона), критерий б) может привести к чрезмерно короткому периоду считывания, несовместимому с критерием a). В этих случаях должна использоваться модель, требующая более длительного периода считывания. Рекомендация E.500 также советует, как вычислить ежедневную пиковую интенсивность трафика за измеренные периоды считывания. Это дает возможность получить интенсивность при нормальной нагрузке и высокой нагрузке в течение каждого месяца и основанные на них ежегодные репрезентативные значения (YRV-Yearly Representative Values) для нормальных и высоких нагруз ок.

Для работы с трафиком требуется значение предложенной нагрузки, в то время как в результате измерений получается только значение нагрузки обслуженной.

Рекомендация E.501 предлагает методы оценки трафика измеряемой группы обслуживания и измерения трафика в пределах "исходный пункт - пункт назначения", основанные на размерах группы обслуживания.

Для определения трафика, предлагаемого группе обслуживания, рекомендация рассматривает два типа группы обслуживания:

• группы, используемые только в соответствии с соглашением;
• группы высокого использования / с конечной договоренностью относительно данной группы линий.

При оценке принимаются во внимание повторные вызовы. Хотя рекомендация относится только к сетям с коммутацией каналов с единственной скоростью передачи, некоторые из предложенных методов могут быть расширены на другие типы сетей, даже при том, что в многофункциональных сетях проблемы могут быть намного более сложными. Как правило, станции обеспечивают, в дополнение к измерению трафика группы обслуживания, другие измерения - такие как:

• общее число заблокированных вызовов;
• общее число успешно законченных вызовов;
• число попыток обслуживания на один вызов и между парами "исходный пункт - пункт назначения",
• что может помочь оценить предложенную нагрузку.

Третья группа рекомендаций по измерению включает рекомендации E.502, E.505 и E.745, которые определяют трафик и требования измерения рабочих характеристик в телефонной сети общего пользования (PSTN - Public Switched Telephone Network) и станциях N-ISDN (E.502), станции B-ISDN (E.745) и узлах сети ОКС № 7 (E.505).

Наконец, рекомендация E.743 дополняет E.505. Она определяет подмножество измерений, указанных в рекомендации E.505, которые полезны для измерений и планирования в сетях ОКС № 7, и поясняет, какие данные нужно ввести, чтобы провести измерения.

Прогноз трафика

Прогноз трафика необходим для стратегического анализа и решения таких задач, как введение нового вида обслуживания, планирование сети, - то есть для планирования инвестиций в оборудование и обеспечение необходимого числа линий. Рекомендации по прогнозу трафика перечислены в таблице 1.3.

Хотя заголовок первых двух рекомендаций указывает на приложение к международному трафику, они также применимы к трафику в пределах страны.

Рекомендации E.506 и E.507 имеют дело с прогнозом традиционных услуг, для которых есть исторические данные.

Рекомендация E.506 - это руководство для прогноза основных данных, включая не только трафик и характеристики вызова, но также и экономические, социальные и демографические данные, которые имеют жизненно важное значение. Поскольку ряд данных может быть неполным, существуют стратегии, которые рекомендуются для того, чтобы иметь дело с отсутствующими данными. Различные подходы прогноза представляют прямые методы, основанные на измеренном трафике за заданный период, в противоположность методам, основанным на расчете времени и процедурах интерполяции.

Рекомендация E.507 обеспечивает краткий обзор существующих математических методов для прогноза: аппроксимационные модели, авторегрессионые модели и авторегрессионые интегрированные модели, сходящиеся к среднему значению ( ARIMA - autoregressive integrated moving average ), модели пространства состояний с кальмановской фильтрацией, регрессивные и эконометрические модели. Она также описывает методы оценки прогноза и выбора в каждом случае соответствующего метода, в зависимости от доступных данных, длины периода прогноза и т.д.

Рекомендация E.508 имеет дело с прогнозом новых телекоммуникационных услуг, для которых нет исторических данных. Даются методы анализа таких услуг, как рынок исследований учет мнений экспертов и изучение экономических явлений в разных областях деятельности (эконометрика). Они также показывают, как комбинировать прогнозы, полученные различными методами, как проверять прогнозы и как корректировать их, когда начались их реализация и обслуживание и сделаны первые измерения.

Цели уровня обслуживания

Уровень обслуживания ( GoS ) определен в рекомендациях E.600 и E.720 как величина технических параметров трафика, обеспечивающих меру адекватности мероприятия при указанных условиях. Эти параметры GoS могут быть выражены как вероятность блокировки, вероятность задержки и т.д.

Блокировки и задержки вызваны тем фактом, что емкость обслуживающей сети или сетевого компонента исчерпана, а поступающая нагрузка является стохастической по своей природе.

GoS связывает трафик и сетевые рабочие характеристики ( NP - Network Performance ) c определенной способностью сети или части сети обеспечить функции связи между пользователями.

Сетевые рабочие характеристики (их также называют "рабочие характеристики способности обслуживания трафика") определяют не только GoS, но также и другие аспекты, не связанные с трафиком, такие как взаимная зависимость, характеристики передачи и аспекты оплаты.

Цели сетевых рабочих характеристик ( NP ) и в особенности цели GoS выводятся из требований к качеству обслуживания (QoS - Quality of Service), как указано на рис.1.9. QoS включают в себя действия по обслуживанию, определяющие степень удовлетворения пользователя обслуживанием. Параметры качества обслуживания ( QoS ) пользователя ориентированы и описаны в терминах, не зависящих от сети. Параметры рабочих характеристик (NP), будучи полученными из QoS, ориентированы на сеть, то есть используются для определения требований рабочих характеристик конкретных сетей.

В конечном счете, они определяют качество обслуживания, наблюдаемое пользователем, однако делают это не обязательно тем методом, который является понятным для пользователя.

Требования к качеству обслуживания нужно определить "из конца в конец". QoS разделяет цели для каждой сетевой ступени или каждого сетевого компонента. Это разделение зависит от сетевой стратегии оператора. Таким образом, рекомендации ITU только задают разделение и распределение. GoS позволяет задать характеристики для различных сетей, которым, вероятно, придется взаимодействовать, чтобы установить вызов (например исходящая национальная сеть, международная сеть и оконечная национальная сеть, завершающая международное соединение).

Рекомендации ITU обеспечивают так называемые справочные эталоны, чтобы составить краткий обзор сети и облегчить разделение GoS. Справочные эталоны состоят из одного или нескольких упрощенных рисунков пути, по которому вызов (или соединение) может пройти в сети, включая соответствующие контрольные точки, где определены интерфейсы взаимодействия между объектами. В некоторых случаях контрольная точка определяет интерфейс взаимодействия между двумя объектами. Рекомендации, посвященные обеспечению справочных ссылок, перечислены в таблице 1.4.