Введение в разработку телетрафика

Сети с пакетной коммутацией

Рекомендации для управления нагрузкой и измерения нагрузки сетей с пакетной коммутацией перечислены в таблице 1.9. Они относятся к сетям B-ISDN (цифровым сетям интегрального обслуживания), которые используют технологию ATM, но большинство описанных методов применяются в других сетях с пакетной коммутацией, например, IP -сети, в которой доступ к соединению управляется.

Управление доступом соединения ( CAC - connection admission control) разделяет уровень пакета и уровень соединения. Когда пользователь запрашивает установление нового соединения, CAC решает, можно ли допустить соединение с точки зрения удовлетворения уровня обслуживания ( GoS ) на уровне пакета, с учетом и новых и существующих соединений. Это решение обычно принимается посредством распределения ресурсов (обычно с учетом пропускной способности) на каждое соединение и отказа от нового запроса, когда ресурсов недостаточно.

Таким образом, CAC обеспечивает перспективы уровня пакета и тем самым - уровень цели уровня обслуживания ( GoS ) пакета независимо от скорости соединений, предлагаемых на сети. Это делает класс обслуживания пакета независимым от предложенной нагрузки уровня соединения и от сетевого измерения нагрузки.

На уровне соединения: CAC при выборе принятия соединения принимает во внимание все возможности управления на уровне пакета. Он суммирует все возможности уровня пакета для обеспечения ресурсов, требуемых соединением. Это делает уровень соединения в сетях с пакетной коммутацией подобным соответствующему уровню в сети коммутации каналов. Например, этот уровень выделяет требуемое соединением количество ресурсов, названное эффективной или эквивалентной пропускной способностью (или, в ATM, эквивалентной скоростью передачи ячеек ). Такое количество ресурсов эквивалентно числу слотов, требуемых в мультислотовом соединении, в сети с коммутацией каналов.

Управление нагрузкой уровня соединения и сетевое измерение нагрузки должны гарантировать, что уровень соединения в соответствии с требованиями уровня обслуживания ( GoS ) удовлетворяет типовым вероятностям блокировки соединения. При этом нужно принимать во внимание эффективную пропускную способность, которая должна быть предоставлена каждому соединению.

Практически, это разделение между уровнем пакета и уровнем соединения еще не закончено, как будет описано далее.

Эффективная пропускная способность соединения зависит от физической или логической емкости линий связи, в которой работает это соединение (кроме характеристик трафика уровня пакетного соединения). В свою очередь, емкость линий связи должна быть рассчитана, принимая во внимание эффективную пропускную способность соединения. Таким образом, необходим итерационный процесс между подключением и уровнем пакета для сетевого измерения нагрузки.

Рекомендация E.735 определяет структуру для управления нагрузкой и измерения нагрузки в B-ISDN (широкополосной цифровой сети интегрального обслуживания). Рекомендации вводят приведенные выше концепции, определяют, что такое "соединение" и что такое "ресурс", и анализируют стратегии для логической сетевой конфигурации.

Рекомендация E.736 сосредоточена на уровне пакета. Она содержит методы для оценки рабочих характеристик уровня пакета, предлагает возможные стратегии мультиплексирования (распределение пиковой скорости, скорость конверта, мультиплексирование и совместно используемая статистическая скорость) и анализирует значения и приложения каждого из этих методов. На основании этого анализа рекомендация обеспечивает методы для управления на уровне пакета. Особое внимание уделяется методам для управления доступом соединения и для интеграции (или выделения) услуг с различными требованиями уровня обслуживания. При этом предусматривается применение разделения ресурсов или совместное использование одних и тех же ресурсов и регулировка потерь и задержек соединений в соответствии с приоритетом. Определены также адаптивные методы управления адресами ресурсов, необходимые, чтобы управлять потоком пакетов услуг с нестрогими требованиями задержки.

Рекомендация E.737 обеспечивает методы для сетевого измерения нагрузки группы каналов, адресации и управления нагрузкой уровня соединения, для конкретных сервисных методов защиты. Также обращается внимание на методы маршрутизации трафика, в том числе на такие вопросы, как моделирование эффективной пропускной способности соединения, множества слотов мультислотового соединения. Эта рекомендация не очень отличается от тех, что приняты при измерении нагрузки сети с коммутацией каналов. Однако она имеет некоторые особенности, которые присущи сетям с пакетной коммутацией. Например:

• вышеупомянутая итерация между эффективной пропускной способностью и сетевым измерением нагрузки;
• дискретизация требуемой пропускной способности величинами, кратными пропускной способности одного модуля (из-за того, что мультислот имеет дело только с целым числом слотов);
• наличие на пакетном уровне услуг с различными требованиями к качеству обслуживания.

Сигнализация и интеллектуальные сети (структурированные сети)

Рекомендации при управлении нагрузкой и измерении нагрузки сетей сигнализации и интеллектуальных сетей ( IN ) перечислены в таблице 1.10.

Рекомендации E.733 и E.734 относятся к измерению нагрузки, а Рекомендация E.744 - к управлению нагрузкой.

Рекомендация E.733 обеспечивает методологию для планирования и измерения нагрузки в сетях с системой сигнализации №7. Методология принимает во внимание тот факт, что эффективность линий связи сигнализации является одной из первоочередных задач. Наибольшую важность имеют рабочие характеристики сети при отказе и перегрузке трафика.

Рекомендация описывает эталонный трафик и эталонные периоды в соответствии с рекомендациями E.492 и E.500. Она должна использоваться для определения числа линий связи сигнализации и гарантировать, что не превышена емкость коммутационных элементов сети. Рекомендация указывает коэффициенты (в % от максимума ), для того чтобы определить максимальное использование линии связи проекта. Они гарантируют, что выполнены цели задержки из "конца в конец", описанные в рекомендации E.723. Во внимание принимаются задержки, вносимые из-за отказов, когда нагрузка линии связи - 2% от максимума. Приводятся начальные значения для используемого коэффициента (% в процентах от максимума) и методы, для того чтобы определить число линий сигнализации и требуемую пропускную способность коммутатора.

Рекомендация E.734 рассматривает распределение ресурса и методы измерения нагрузки для интеллектуальных сетей. Она обсуждает новые факторы проектирования трафика. Рассматриваются:

• услуги с эталонным периодом в час нормальной нагрузки;
• большое число ситуаций вызова, порождаемое некоторыми услугами, быстрая реализация новых услуг с нечетким прогнозом. Последний фактор требует достаточно гибких процедур распределения и измерения нагрузки, чтобы обеспечить настолько быстро, насколько это возможно, ресурсы, требуемые для реализации новых услуг или изменения порядка обслуживания пользователей.

Рекомендация обеспечивает критерии для распределения ресурсов и для определения места интеллектуальной сети, определяет элементы и точки разделения функций между этими элементами интеллектуальных сетей. Рекомендация также обеспечивает методы для измерения нагрузки на узлах интеллектуальной сети и поддержки, подсетей сигнализации. В ней обсуждается влияние на измерение нагрузки сети с коммутацией каналов. Трафик и процедуры управления перегрузкой для системы сигнализации № 7 и интеллектуальной сети определены в рекомендациях E.410 и серии Q. Эти процедуры вообще составляют ключевые параметры, которые определяют реализацию. Учитывая, что устойчивость - ключевое требование сигнализации и интеллектуальных сетей, надлежащая реализация этих рекомендаций является основным фактором.

Рекомендация E.744 обеспечивает рекомендации для этой реализации, указывая, как должны быть выбраны параметры управления в различных типах сетей. Рекомендация также содержит требования, которые будут использованы для узлов сигнализации и узлов интеллектуальной сети для определения потребности в управлении перегрузкой на уровне узла, а также требования к тому, как такое управление будет происходить при взаимодействии с управлением сетевого уровня.

Наконец, рекомендации содержат основные принципы для сохранения согласованного управления различными системами с учетом создания таких систем различными производителями и сетевыми реализациями. Эти принципы придают высокую степень уверенности в том, что процедуры управления будут работать должным образом.

Контроль рабочих характеристик

Для работы сети требуется непрерывный мониторинг показателей класса обслуживания. Хотя сеть измеряется корректно, но есть ситуации перегрузки и отказа, в которых в короткое время (минуты, часы) должны быть предприняты сетевые действия по управлению трафиком. В ситуациях, которые возникают при измерении нагрузки, ошибки прогноза трафика или приближения, допущения, сделанные в моделях измерения нагрузки, могут привести к отклонению от ожидаемого класса обслуживания ( GoS ). Мониторинг необходим, чтобы обнаружить эти проблемы и выдать информацию обратной связи для характеристики трафика и положения сети. В зависимости от обнаруженных проблем могут быть выполнены в приемлемые сроки реконфигурация сети, изменение принципов маршрутизации или настройка параметров управления нагрузкой. Может также быть проведена оценка безотлагательности планирования расширения сети в более длительные сроки. Рекомендации E.490, E.491, E.502, E.503, E.504, E.505 и E.745, которые содержат трафик и измерение рабочих характеристик, были описаны в секции. 1.5.2, рассматривающей оба вопроса.

Мы рассматриваем в этой секции две другие рекомендации, E.492 и E.493, которые связаны только с измерением рабочих характеристик (см. таблицу 1.11.)

Рекомендация E.492 обеспечивает определение эталонных периодов трафика для целей измерения, чтобы использовать эти данные в управлении уровнем обслуживания ( GoS ) для сетей и сетевых компонентов.

Она тесно связана с рекомендацией E.500, которая определяет периоды считывания для измерения интенсивности трафика, требуемые для измерения сетевой нагрузки. Эти периоды считывания должны быть совместимы с оперативно используемыми данными мониторинга сети. Рекомендация E.492 также определяет периоды нормальной и высокой нагрузки, которые являются представительскими для каждого месяца. Цель этих определений совпадает с аналогичными целями, определенными в рекомендации E.500 Она состоит в том, чтобы идентифицировать день и период считывания, чтобы сравнивать проверенный уровень обслуживания ( GoS ) с уровнем обслуживания ( GoS ) для периодов нормальной и высокой нагрузки.

Рекомендации E.493 указывают, как выполнить "из конца в конец" мониторинг уровня обслуживания ( GoS ) с учетом практических ограничений. Измерения блокировки или вероятностей плохого обслуживания являются прямыми. Однако такие же прямые измерения задержек "из конца в конец" при непрерывном управлении невыполнимы. Рекомендация предлагает методы определения приблизительной задержки "из конца в конец" (95% квантиль) посредством местных измерений каждого сетевого элемента автономно. Предложенные методы не требуют координации между сетевыми элементами, чтобы измерить их характеристики. Рекомендация также объясняет, как применить предложенные методы к управлению каждого уровня соединения параметры GoS, определенные в рекомендациях целей уровня обслуживания ( GoS ).

Другие рекомендации

Есть несколько других рекомендаций, область действия которых не соответствует ни одному из пунктов в приведенной здесь классификации. Они перечислены в таблице1.12.

Рекомендация E.600 обеспечивают список терминов и определения трафика, используемые во всех рекомендациях.

Рекомендация E.700 и E.750 - введение в рекомендации E.700/749 по разработке трафика для N -и B - цифровых сетей интегрального обслуживания и к E.750/799.

Рекомендация E.523 обеспечивает создание стандартных 24-часовых профайлов трафика для потоков информации между странами, которые расположены в различных временных поясах. Измерение этой информации может быть полезно для тех стран, где недоступны никакие измерения. Профайлы относятся к телефонному трафику и не должны использоваться для трафика данных, для которого профайлы могут резко отличаться.

Программа работы в течение периода изучения

Работа в ITU планируется в течение четырехлетних периодов, которые называются периодами изучения. В прошлом рекомендации, разработанные в течение периода изучения, одобрялись и издавались в конце периода. В настоящее время методы работы стали более динамичными и рекомендации могут быть одобрены и изданы в любой момент. Программа работы, готовая в течение периода изучения, может быть, если требуется, модифицирована в течение периода.

Заключение

Здесь дан краткий обзор технических рекомендаций ITU относительно трафика. За обширным набором рекомендаций стоит большой объем работы специалистов всего мира по разработке трафика.

Весь набор рекомендаций может стать ценной справочной информацией для инженеров, отвечающих за проектирование и работу телекоммуникационных сетей. Однако набор технических рекомендаций трафика никогда не может быть закончен. Непрерывно появляются наборы новых технологий, новые услуги, новые методы передачи телетрафика, для которых должны быть разработаны рекомендации.

Исследователи телетрафика должны быть готовы внести вклад в подготовку новых рекомендаций и в пересмотр старых.

Рекомендации ITU могут рассматриваться как мост между исследованиями по телетрафику и ежедневной технической практикой, провидимой операторами. Инновационные методы имеют больший шанс для практического использования, если они появляются в рекомендациях ITU. Поэтому для исследователя возможность внести вклад в ITU имеет несомненную ценность для пропаганды и развития своих идей. Ежедневная рабочая практика также получает выгоду от такого вклада. Широкое использование электронной почты облегчает неофициальное сотрудничество любого исследователя с работой ITU.

Краткие итоги

• Теория телетрафика может быть определена как приложение теории вероятностей к решению проблем планирования, оценки рабочих характеристик, операций и обслуживания телекоммуникационных систем.
• Термин телетрафик обозначает все виды трафика передачи данных и телекоммуникационного трафика.

• Цель теории телетрафика может быть сформулирована следующим образом:

  обеспечить измерение трафика в хорошо определенных единицах с помощью математической модели и получить соотношение между классом обслуживания и емкостью системы таким образом, чтобы запланировать и оптимизировать инвестиции.
• При применении на практике теория позволят решать ряд краткосрочных и долгосрочных проблем, возникающих в процессе эксплуатации.
• Для анализа телекоммуникационной системы должна быть установлена модель для описания всей системы или её части. Этот процесс моделирования имеет фундаментальное значение, особенно для новых приложений теории телетрафика; он требует хорошего знания технической системы и математических инструментальных средств.
• Структура системы определяется технической стороной, и в принципе, возможно ее описать с любым уровнем детализации. Например, на уровне принципиальной схемы.
• В телекоммуникационной системе стратегии применяются, чтобы дать приоритет тому или иному вызову и чтобы направить трафик к пункту назначения.
• Пользовательские требования моделируются статистическими свойствами трафика. Только измерениями на реальных системах можно подтвердить, что теоретическая модель согласуется с действительностью. Этот процесс должен обязательно иметь итерационную природу. Модель должна позволять проводить простую проверку параметров модели и сравнение их с данными наблюдения. Она должна гарантировать проведение практической проверки данных измерений.
• Для описания модели необходимо использовать статистические методы. Мы говорим, что события поступления вызова происходят согласно стохастическому процессу, и время между поступлениями вызовами подчиняется распределениям вероятностей, которые характеризуют данный стохастический процесс.
• Оборудование обычной телефонной станции состоит из речевых трактов и трактов управления.
• В системе с пространственным разделением речевые тракты состоят из пассивных компонентов (таких как реле, диоды или интегральные схемы). В системе с временным разделением речевые тракты строятся из заданных временных интервалов в пределах кадра. Тракты управления отвечают за установление соединения. Обычно это происходит через много каскадов, где каждый каскад оборудован устройством управления: процессором или регистром.
• В старых станциях тракт управления выполнен на реле и/или электронных устройствах, логические операции выполняются замонтированной логикой.
• В цифровых станциях устройства управления - это процессоры. Такое управление называется управлением с помощью программного обеспечения станциями.
• Существуют различные виды систем телекоммуникаций: телефонные сети, сети передачи данных, Интернет и т.д. Сегодня доминирует телефонная сеть, и физически другие сети будут часто объединяться с телефонной сетью. В будущих цифровых сетях запланировано объединить большое количество услуг в одну сеть ( цифровая сеть интегрального обслуживания, широкополосная цифровая сеть интегрального обслуживания ).
• Телефонная сеть традиционно была создана как иерархическая система. Абонентская подстанция подключена к центральной местной станции, которая снова связана с транзитной станцией, по крайней мере, одной для каждого номерной зоны. Транзитные станции обычно объединяются в сеть.
• Для надежности и безопасности должны почти всегда существовать по крайней мере два несовпадающих пути между любыми двумя станциями. Стратегия выбора путей должна сначала использовать самые дешевые соединения.
• Сеть, применяющая коммутаторы, - это сеть коммутации, ориентированная на соединение. Сеть пакетной коммутации может быть ориентирована на любой вариант (например, виртуальные соедине В сети распределения пакетов применяется принцип с промежуточным накоплением. Если все сообщения передают в единственном пакете, это называется коммутация сообщений.
• Локальные вычислительные сети - сети, где все пользователи через компьютер подключены к одной цифровой системе передачи, например, коаксиальному кабелю.
• Существует два главных типа локальных вычислительных сетей: множественный доступ с контролем несущей и разрешением конфликтов CSMA/CD (локальная сеть Ethernet) и маркерные сети.
• Оптимальное использование ресурса (ограниченного) числа каналов - главная проблема в сотовой технологии, в которой допускается повторное использование частот.
• Первичная функция ITU (T) - разработка международных эталонов и стандартов для телесвязи. Стандарты известны как рекомендации.
• Цель большинства рекомендаций состоит в том, чтобы гарантировать совместимость и взаимодействие телекоммуникационного оборудования в среде мультиоператоров и мультипродавцов. Но есть также рекомендации, которые относятся к оптимальным методам функционирования сетей.
• Рекомендации по разработке трафика могут быть классифицированы согласно четырем главным техническим задачам трафика: характеристики трафика; цели класса обслуживания ( GoS ); управление и определение объема трафика; управление рабочими характеристиками.
• Характеристика трафика представляется посредством моделей, которые приблизительно отображают статистическое поведение сетевого трафика при большом числе пользователей.
• Прогноз трафика предоставляет данные, которые нужны для планирования и определения параметров измерения существующего трафика. Прогноз необходим для предсказания требований трафика на период времени, установленный в процессе планирования.
• Рекомендации измерения рабочих характеристик и трафика могут быть классифицированы так: основанные на общих и рабочих аспектах (E.490, E.491, E.502 и E.503), основанные на технических аспектах (E.500 и E.501) и рекомендации, которые определяют требования измерения для специальных сетей (E.502, E.505 и E.745).
• Рекомендации по прогнозу применимы к международному трафику, а также к трафику в пределах страны. Рекомендации E.506 и E.507 имеют дело с прогнозом традиционных услуг, для которых есть исторические данные.
• Класс 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.
• Требования к качеству обслуживания необходимо 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 более упрощенных рисунков пути, по которому вызов (или соединение) может пройти в сети.
• Параметры GoS уровня ячейки "из конца в конец" - задержка передачи ячейки; вариация (отклонение времени) задержки ячейки; отношение ячеек с серьезными ошибками к числу ячеек в блоке; коэффициент потери ячейки; задержка передачи кадра; отношение потерянных кадров к общему числу переданных кадров.
• Измерение трафика гарантирует, что сеть имеет достаточно много ресурсов, чтобы поддержать предлагаемый трафик. Этот процесс включает измерение физических сетевых элементов, а также логических сетевых элементов, таких как виртуальные пути сети.
• Задачи управления трафиком - это маршрутизация, сетевое управление трафиком, сервисные методы защиты, управление трафиком на уровне пакета, управление в сетях сигнализации и интеллектуальных сетях.
• Работа в ITU планируется в течение четырехлетних периодов, которые называются периодами изучения.