Концепции нагрузки и уровня обслуживания

Пример: Повторная попытка запроса

Это пример простой модели повторных вызовов. Введем следующие обозначения:

( 2.10)

( 2.11)

Настойчивость b - вероятность, что неудачная попытка вызова будет повторена, р (завершение) = (1-B) - вероятность , что абонент В (вызываемый абонент) ответит. Для одного вызова мы получаем следующие вероятности:

Таблица 2.4. Единственный вызов может окончиться рядом попыток вызова. Число попыток имеет геометрическое распределение

Номер попытки	р (ответ В)	р (продолжение)	p (сброс)
0		1
1
2
3
4
…	…	…	…
Всего

( 2.12)

( 2.13)

( 2.14)

Обозначим следующие средние времена пребывания в системе:

- время пребывания в системе законченных вызовов

- время пребывания в системе незаконченных вызовов

Тогда мы имеем следующие отношения между обслуженной нагрузкой У и предложенной нагрузкой А:

( 2.15)

( 2.16)

Этот результат подобен результату, приведенному в рекомендациях ITU -Т Rec. E.502.

Практически, настойчивость b и вероятность завершения 1-В будет зависеть от количества повторных вызовов (см. Таблица 2.3). Если неудачные вызовы имеют значение времени, равное 2,5. среднего времени пребывания в системе, тогда обслуженная нагрузка может стать большей, чем предложенная нагрузка.

Введение в Уровень обслуживания = (GoS)

Следующая секция основана на работе (Veiro 2001 [98]). Сетевой оператор должен решить, какие услуги должна поставлять сеть конечному пользователю, и какой уровень качества обслуживания должен быть представлен пользователю. Это необходимо для любой сети телесвязи, независимо от того, является ли она сетью коммутации каналов, или сетью коммутации пакетов, с замонтированным или программным управлением, оптическим или медным кабелем, и независимо от применяемой технологии передачи. В дальнейшем должны быть приняты решения, которые будут включать тип и структуру сети, чтобы обеспечивать услуги и методы, которые используются для передачи информации. Они могут быть различны, в зависимости от того, присутствует ли оператор уже в рынке, или начинает обслуживание "с пустого места" (то есть ситуация, при которой на этом месте не было сети).

Что касается Качества Обслуживания ( QoS ), оно определено в Рекомендации Е.800 ITU-T как совместный эффект сервисных рабочих характеристик, которые определяют степень удовлетворения пользователя обслуживанием.

Качество обслуживания состоит из набора параметров, рабочих характеристик нагрузки сети. В дополнение к этому, качество обслуживания также может включать много других концепций.

Они включают в себя такие рабочие характеристики, как:

• поддержка системы;
• удобства использования системы;
• приспособленность к обслуживанию и
• обеспечение безопасности.

Детальные определения этих терминов даются в Е.800. Чем лучше качество обслуживания, которое оператор предлагает конечному пользователю, тем больше шансов привлечь новых клиентов и сохранить уже имеющихся. Но лучшее качество обслуживания также означает, что сеть станет дороже в установке и эксплуатации, а это обычно повышает цену обслуживания. Поэтому выбор конкретного качества обслуживания зависит от политических решений оператора, и далее рассматриваться не будет.

Когда решение о качестве принято, может начаться планирование сети. Оно включает решение технологии транспортировки информации (транспортный уровень) по сети и ее топологии, с учетом надежности в случае, если один или более сетевых элементов начнут работать со сбоями. Это определяется совместно со стратегией маршрутизации.

Теперь можно рассмотреть Уровень обслуживания ( GoS ). Он определен в Рекомендации Е.600 ITU-T как величина нагрузки и технические параметры, обеспечивающие при указанных условиях характеристики группы ресурсов. Эти технические характеристики уровня обслуживания могут быть: вероятность потерь, задержка сигнала "ответ станции" и т.д. К этому определению рекомендация, кроме того, дает следующие примечания:

• назначаемые значения параметров, уровня обслуживания названы стандартами уровня обслуживания;
• достигнутые при фактических условиях значения параметров уровня обслуживания называются результатами уровня обслуживания.

Главная задача при определении стандартов GoS - распределить отдельные значения для каждого элемента сети так, чтобы получить заданное качество обслуживания "из конца в конец".

Сравнение Уровня обслуживания (GoS) и Качества обслуживания (QoS)

Определить стандарты Уровня Обслуживания ( GoS ), чтобы поддержать намеченное Качество обслуживания - это не простая задача. Дело в том, что Уровень Обслуживания ( GoS ) и концепции качества обслуживания ( QoS ) имеют различные цели. В то время, как Качество обслуживания ( QoS ) рассматривает ситуацию с точки зрения клиента, Уровень Обслуживания ( GoS ) представляет точку зрения сети.

Мы проиллюстрируем это следующим примером.

Пример

Предположим, что мы хотим обеспечить установление телефонного соединения с вероятностью блокировки 1 %. Клиент интерпретирует эту цифру так, что он будет способен установить соединение с пунктом назначения в среднем 99 из 100 случаев. Преследуя эту цель проекта, оператор распределяет некоторую вероятность блокировки для каждого из элементов сети, через которые может пройти вызов. Чтобы удостовериться, что цель выполняется, сеть нужно проверить. Но этот контроль должен быть выполнен на всем протяжении сети. Сеть может обеспечить только средние целевые значения. Мы предполагаем, что для конкретного источника его целевое значение Уровня Обслуживания ( GoS ), может быть превышено, но математическое ожидание для всех линий доступа действительно близко к поставленной цели.

Уровень Обслуживания ( GoS ) принадлежит параметрам, которые могут быть проверены по достигнутым сетевым рабочим характеристикам (пропускная способность сети или способность части сети обеспечить функции, связанные с соединением между пользователями ). Эти параметры для сети поддерживаются только в среднем. Даже если мы предположим, что часть качества обслуживания, которая связана с нагрузкой, выполнена, пример показывает, что это относится только к качеству обслуживания.

Специальные особенности качества обслуживания

Из-за различных взглядов на Уровень Обслуживания ( GoS ) и Качество обслуживания ( QoS ), было предложено компромиссное решение этой проблемы. Оно называется соглашением об уровне сервиса ( SLA - service level agreement,). Это - контракт между пользователем и сетевым оператором. В этом контракте определено, что действительно означают рассматриваемые параметры. Как предполагается, определения будут сделаны так, чтобы параметры были понятны клиентам и сетевым операторам. Кроме того, SLA определяет санкции в случае нарушения контракта. Некоторые операторы хотят заключать соглашения об уровне сервиса ( SLA ) со всеми клиентами (по крайней мере, в принципе), в то время как другие делают это только для клиентов, для которых эти параметры SLA действительно важны.

Сетевые рабочие характеристики

Как уже было упомянуто выше, сетевые рабочие характеристики затрагивают пропускную способность сети, или способность части сети обеспечить функции, связанные с установлением соединения между пользователями. Чтобы установить, как сеть выполняет рабочие характеристики, необходимо провести измерения.

Измерения должны касаться всех аспектов параметров рабочих характеристик (пропускная способность по нагрузке, надежность, передача и правильность оплаты услуг).

Кроме того, сетевые аспекты рабочих характеристик в концепции Уровня Обслуживания ( GoS ) принадлежат только коэффициентам, связанным с рабочими характеристиками нагрузки в терминологии Качества обслуживания ( QoS ). Но в системе Качества обслуживания ( QoS ) сетевые рабочие характеристики включают следующие концепции:

• надежность
• рабочие характеристики передачи
• правильность оплаты услуг

Выполнить только измерения недостаточно. Необходимо также иметь организацию, которая могла бы осуществлять надлежащее наблюдение и, когда возникнут проблемы, предпринять соответствующие действия. Она должна наблюдать за ростом сложности сети и за тем, как это влияет на параметры.

Это также означает, что требуются некоторые автоматизированные инструментальные средства, чтобы облегчить составление обзора самых важных параметров.

Эталонные конфигурации

Чтобы рассмотреть кратко общий вид сети, часто полезно создать так называемую эталонную конфигурацию. Она состоит из одного или более упрощенных рисунков путей, которые может пройти вызов (или соединение) в сети, включая соответствующие контрольные точки, где определены интерфейсы между объектами. В некоторых случаях контрольные точки определяют интерфейс между двумя операторами, и поэтому важно тщательно наблюдать, что происходит в этой точке. Кроме определения перспективы Уровня Обслуживания ( GoS ) важность эталонной конфигурации состоит в разделении показателей Уровня Обслуживания ( GoS ), как это показано ниже. Рассмотрим телефонную сеть с терминалами, абонентскими и транзитными ступенями коммутации. В примере мы не рассматриваем сеть сигнализации. Предположим, что вызов может быть направлен одним из трех способов.

1. Терминал - абонентская ступень коммутации коммутатор - терминал.

Это представлено в виде эталонной конфигурации, показанной на рис.2.12.

Рис. 2.12. Эталонная конфигурация для случая 1

2. Терминал - абонентская ступень коммутации - транзитная ступень коммутации - абонентская ступень коммутации - терминал.

Это представлено как эталонная конфигурация, показанная на рис.2.13.

Рис. 2.13. Эталонная конфигурация для случая 2

3. Терминал - абонентская ступень коммутации - транзитная ступень коммутации - транзитная ступень коммутации - абонентская ступень коммутации - терминал.

Это представлено как эталонная конфигурация, показанная на рис.2.14.

Рис. 2.14.

Базируясь на данном наборе требований параметров Качества обслуживания QoS, выбирается и определяется набор в GoS "из конца в конец" в пределах границы сети, для каждой сервисной категории, реализуемой сетью. Выбранные параметры GoS определены таким способом, что параметры Уровня Обслуживания ( GoS ) могут быть получены в четких контрольных точках, то есть в точках, значимых для нагрузки. Это должно позволить разделить "из конца в конец" цели Уровня Обслуживания ( GoS ) и получить цели Уровня Обслуживания ( GoS ) для каждого сетевого каскада или компонента на основе некоторых четких эталонных соединениях. Как определено в Рекомендациях Е.600, для целей проектирования нагрузки и соединений определены наборы ресурсов, обеспечивающие средства соединения между двумя или больше устройствами, или закрепленные за телекоммуникационными сетями. Могут существовать различные типы соединений, число и типы ресурсов для соединений могут варьироваться. Поэтому концепция эталонного соединения используется, чтобы идентифицировать типовые случаи различных типов соединений, не рассматривая специфические особенности их фактической реализации различными физическими средствами.

Как правило, путь соединения включает различные сегменты сети. Например, соединение может быть местным, национальным, или международным. Цели цель эталонных соединений - разъяснить и определить проблемы рабочих характеристик нагрузки при различных интерфейсах между различными доменами сети. Каждый домен может состоять из одной или более сетей поставщика услуг.

Рекомендация I.380/Y.1540 определяет параметры рабочих характеристик для передачи IР -пакетов; Рекомендация Y.1541 определяет соответствующие распределения и цели рабочих характеристик. Рекомендация Е.651 определяет эталонные соединения для сетей доступа IP. Должны быть определены еще другие эталонные соединения.

Получены цели для различных эталонных соединений в зависимости от целей уровня обслуживания ( GoS ) "из конца в конец". Например, вероятность блокировки соединения "из конца в конец" и задержка передачи пакета "из конца в конец" могут быть значимыми параметрами GoS. Цели уровня обслуживания ( GoS ) должны быть определены со ссылкой на величину нагрузки при нормальном и высоком значении нагрузки. Цели уровня обслуживания ( GoS ) распределяются по отдельным компонентам ресурса эталонных соединений с целью измерения нагрузки. При работе сети требуются измерения рабочих характеристик, чтобы гарантировать, что были достигнуты цели Уровня Обслуживания ( GoS ),

В сетях на основе IP распределение рабочих характеристик обычно делается на облаке ( Облако ( cloud ) - коммуникационная инфраструктура с однородными внешними интерфейсами, к которой можно подключиться в любом месте и связаться с любым абонентом.), то есть на наборе маршрутизаторов и линий связи, принадлежащих единственному (или в совместном пользовании) поставщику услуг Интернет ( ISP - Internet Service Provider). "Облако" связано с другим "облаком" линией связи, то есть маршрутизатор шлюза в одном "облаке" связан через линию связи с маршрутизатором шлюза в другом "облаке". Связь "из конца в конец" между хостами проводится с использованием пути, который состоит из последовательности "облаков", связанных линиями связи. Такая последовательность используется как гипотетический эталонный путь для распределения рабочих характеристик.

Краткие итоги

• Разработка телетрафика имеет дело с оптимизацией структуры сети и определением количества оборудования, которое зависит от величины нагрузки.
• В теории телетрафика мы обычно используем слово трафик (нагрузка), чтобы обозначить интенсивность нагрузки в единицу времени.
• Мгновенная интенсивность нагрузки для некоторой совокупности ресурсов - это число занятых в данный момент времени ресурсов. Обслуженная нагрузка - это та нагрузка, которую обслуживает группа приборов в течение интервала времени Т.
• Единица, которая обычно используется для измерения интенсивности нагрузки! - Эрланг erlang (символ Е ).
• Предложенная нагрузка - это обслуженная нагрузка в случае, когда не потерян ни один вызов. В этом случае считается, что число обслуживающих приборов бесконечно.
• Разность между предложенной нагрузкой и обслуженной нагрузкой равна отклоненному трафику.
• В системах передачи данных мы не обсуждаем времена обслуживания, а обсуждаем качество системы передачи. Работа такой системы может заключаться, например, в передаче пакетов данных.
• Мультискоростная нагрузка - это вызовы, занимающие больше чем один канал.
• Потенциальная нагрузка - нагрузка, которая была бы равна предложенной нагрузке, если не было бы никаких ограничений в использовании телефона из-за экономических причин, или готовности объекта к обслуживанию (всегда свободный и доступный телефон).
• Час наибольшей нагрузки - время последовательного часа наибольшей нагрузки ( ТСВН - time consistent busy hour), определяется как временной отрезок в 60 минут, начало которого кратно 15 минутам. В течение этого отрезка в среднем наблюдается самый высокий трафик.
• В зависимости от того, как работает система, мы отличаем системы с явными потерями (например, группы направлений) и системы с ожиданием (например, блоки управления и компьютерные системы) или смешанные системы с ограниченным ожиданием, если число мест ожидания (буферов) ограничено.
• Потери по вызовам (В): часть всех попыток вызовов превышает возможное число обслуживающих приборов.
• Потери по времени(Е): часть времени работы системы, когда все обслуживающие приборы заняты.
• Потери по нагрузке (С): часть предложенной нагрузки, которую невозможно обслужить даже с помощью несколько попыток.
• Цель теории телетрафика состоит в том, чтобы найти отношения между качеством обслуживания и стоимостью оборудования. Существующее оборудование, работающее с максимальной пропускной способностью даже в ходе неожиданных ситуаций в поведении нагрузки (например, всплеск обращений по телефону), должно продолжать работать и устанавливать соединения.
• Проблема, состоящая в задержке системы (возникновение очереди к системе), определяется время ожидания. Представляет интерес не только среднее время ожидания, но также и распределение времени ожидания.
• Если Абонент А хочет говорить с Абонентом В, эта попытка может закончиться успешным или неудавшимся результатом (попыткой). В последнем случае запрос может повториться позже и таким образом начать ряд из нескольких вызовов (попыток).
• Из вычислений вероятностей установления соединений видно, что даже если А-абонент ведет себя правильно и телефонная система совершенна, только 75 % попыток вызовов в сеансе связи индустриальных стран перейдут в состояние "разговор" (в развивающихся странах соответственно 44 %).
• Мы должны отличать время обслуживания, с момента занятия обслуживающего прибора до момента, когда обслуживающий прибор освободится (например, установление вызова, и завершения вызова), и продолжительность сеанса связи, которая является периодом времени, включающим только разговор А с В.
• Ситуация перегрузки расширяется по всей сети подобно цепной реакции. Чем более обширная и плотная сеть, тем более вероятно, что возникнет цепная реакция. Станция должна всегда создаваться так, чтобы она продолжала работать с полной емкостью в течение ситуаций перегрузки.
• Качество Обслуживания ( QoS ) определено в Рекомендации Е.800 ITU-T как совместный эффект сервисных рабочих характеристик, которые определяют степень удовлетворения пользователя обслуживанием. Качество обслуживания состоит из набора параметров, рабочих характеристик нагрузки сети.
• Уровень обслуживания ( GoS ). Он определен в Рекомендации Е.600 ITU-T как величина нагрузки и технические параметры, обеспечивающие при указанных условиях характеристики группы ресурсов. Эти технические характеристики уровня обслуживания могут быть вероятностью потери, задержки сигнала "ответ станции", и т. д.
• Качество обслуживания ( QoS ) рассматривает ситуацию с точки зрения клиента, Уровень Обслуживания ( GoS ) представляет точку зрения сети.
• Соглашение об уровне сервиса ( SLA - service level agreement) - это контракт между пользователем и сетевым оператором. В этом контракте определено, что действительно означают рассматриваемые параметры. Как предполагается, это будет сделано так, чтобы параметры были понятны клиентам и сетевым операторам. Кроме того, SLA определяет санкции в случае нарушения контракта.
• В системе Качества обслуживания ( QoS ) сетевые рабочие характеристики включают следующие концепции: надежность, рабочие характеристики передачи и правильность оплаты услуг.
• Эталонная конфигурация состоит из одного или более упрощенных рисунков путей, которые может пройти вызов (или соединение) в сети, включая соответствующие контрольные точки, где определены интерфейсы между объектами.
• Для различных эталонных соединений получены цели в зависимости от целей уровня обслуживания ( GoS ) "из конца в конец": например, вероятность блокировки соединения "из конца в конец" и задержка передачи пакета "из конца в конец".