автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.14, диссертация на тему:Исследование и разработка метода расчета пропускной способности модуля абонентских линий

Московский технический университет связи и информатики

На правах рукописи оа

Аль - Нассравин Мамун Зухер ■ > т | / '•}

1 Э

УДК 621.395.34

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МЕТОДА РАСЧЕТА ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ МОДУЛЯ АБОНЕНТСКИХ ЛИНИЙ

Специальность 05.12.14. - Сети, узлы связи и распределение информации

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва, 2000

Работа выполнена на кафедре систем управления городских телефонных сетей Московского технического университета связи и информатики

Научный руководитель - кандидат технических наук, профессор А. Г. Попова Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор В.И. Нейман,

кандидат технических наук, доцент В. А. Прокофьева Ведущая организация - Научно-технический центр КОМСЕГ

Защита диссертации состоится 2000 года в ^ часов

на заседании диссертационного совета К 118.06.02 по присуждению ученой степени кандидата технических наук в Московском техническом университете связи и информатики по адресу: 111024, Москва, Авиамоторная ул., д. 8-а. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Цифровые системы коммутации (ЦСК) являются базовым элементом современных сетей связи и созданы на принципах интеграции цифрового коммутационного поля, средств аналого-цифрового преобразования, цифровых систем передачи и вычислительной техники. На основе ЦСК создаются автоматические телефонные станции (АТС) и узлы коммутации. Наиболее дорогими в абонентской сети доступа являются абонентские линии. Принцип концентрации трафика с целью экономии межстанционных линий реализуется в модулях абонентских линий (МАЛ) всех АТС.

Современный этап развития техники связи отличается расширением номенклатуры оконечных средств пользователей и предоставляемых услуг. Новой тенденцией является использование персональных компьютеров (ПК) в качестве оконечного средства пользователя для доступа к возможностям всемирной сети Internet Длительность занятия линейного и коммутационного оборудования меняется от очень коротких занятий до сверхдлинных занятий при пользовании услугами сети Internet. Информационные потоки от абонентов телефонии дополняются сеансами связи с сетью Internet, сеансами верификации кредитных карточек, потоками факсимильных сообщений, вызовов мобильной связи и голосовой почты.

Вызовы от персональных компьютеров существенно отличаются от телефонных вызовов продолжительностью сеансов связи, которая составляет от десятков минут до нескольких часов. Анализ трафика пользователей Internet в России показал, «гго создаваемая ими па-грузка Internet может превышать нагрузку, создаваемую исходящими телефонными разговорами. Модули абонентских линий рассчитаны на традиционный состав абонентов телефонии. Увеличение числа активных пользователей Internet ухудшает показатели обслуживания обычных абонентов. Так, пользователи Internet в Москве отмечают недоступность провайдеров, необходимость использования функции «автодозвон», а также ограничение длительности сеансов связи 10-20 минутами из-за технического состояния телефонной сети. Для абонентов телефонии ухудшается доступ к групповому оборудованию системы коммутации, фактически их обслуживание прекращается на самой ранней стадии.

Массовое использование персональных компьютеров абонентами и реализация сеансов Internet по методу коммутации каналов, принятому в телефонии, создает пробегу перегрузки существующего и вновь устанавливаемого коммутационного оборудования и должно учитываться при проектировании новых систем коммутации.

Персональные компьютеры и ряд современных телефонных аппаратов располагают функцией «автодозвон». Отказ в обслуживании первичного вызова ведет к автоматическому повторному набору последнего номера. Каждая заявка на обслуживание будет представлена группой вызовов (первичный и повторные вызовы). Имеет место скрытый приоритет в использовании линий на выходе МАЛ для пользователей с функцией «автодозвон». Фактиче-

ски заявки от ПК или от современного телефонного аппарата обслуживаются с ожиданием. Необходима оценка влияния пользователей ПК и пользователей с функцией «автодозвон» на обслуживание пользователей телефонии. Современные микро-ЭВМ обеспечивают значительный запас производительности, поэтому предполагается, что активное использование функции «автодозвон» абонентами не вызывает выхода из стационарного состояния управляющего устройства МАЛ.

Расширение круга пользователей сети Internet и активное использование абонентами функции «автодозвон» определяет постановку задачи исследования. В модуль абонентских линий поступают независимые потоки заявок, а именно - телефонные вызовы и вызовы для организации сеансов в сети Internet . Оптимизация состава пользователей должна производиться с позиций минимальных потерь по вызовам абонентов телефонии и получения наибольших доходов за трафик Internet. Необходим анализ параметров концентрации нагрузки в модуле абонентских линий ЦСК различных фирм и разработка метода расчета пропускной способности МАЛ с учетом трафика Internet и использования абонентами функции «автодозвон».

Целью диссертации является исследование и разработка метода расчета пропускной способности абонентского модуля цифровой системы коммутации, учитывающего изменения номенклатуры оконечных средств пользователей. Для достижения поставленной цели решаются следующие основные задачи:

анализ тенденций изменения услуг и состава оконечных средств пользователей с позиций их влияния на структуру и варианты использования основного элемента телекоммуникационных сетей - цифровых систем коммутации;

анализ тенденций построения модулей абонентских линий в различных цифровых системах коммутации, определение диапазона концентрации нагрузки;

разработка математической модели функционирования модулей абонентских линий в условиях поступления телефонных вызовов и вызовов для реализации сеансов Internet, учитывающей существенные различия в длительности обслуживания и наличие скрытого приоритета в получении услуг связи пользователями с функцией «автодозвон»;

разработка математического метода расчета пропускной способности модуля абонентских линий (.j«.условиях изменения номенклатуры оконечных средств пользователей, представляемого как система массового обслуживания с отказами и ненадежными приборами при смешанном потоке заявок на обслуживание;

разработка имитационной модели функционирования модуля абонентских линий, учитывающей особенности двух потоков вызовов - телефонных и сеансов Internet, а также наличие функции «автодозвон» у части абонентов.

Методы исследования. В основу проводимых исследований положены методы теории массового обслуживания, теории телетрафика, теории надежности, вычислительной математики и программирования.

. Научная новизна работы заключается в следующем:

- разработана математическая модель функционирования модуля абонентских линий, представленного как полцодоступная система массового обслуживания с ненадежными приборами и со смешанным потоком заявок на входе, отличающаяся тем, что учитывает наличие потоков телефонных вызовов и вызовов для реализации сеансов Internet, более продолжительный характер занятия линий на выходе модуля абонентских линий сеансами Internet и влияние функции «автодозвон» как средства обеспечения скрытого приоритета для части пользователей. В качестве заявок первого типа, обслуживаемых в режиме с ожиданием, рассматриваются вызовы от настойчивых абонентов с функцией «автодозвон» (например, пользователи Internet, владельцы современных телефонных аппаратов). В качестве заявок второго типа, обслуживаемых с отказами, рассматриваются вызовы от абонентов телефонии;

- разработан метод расчета пропускной способности модуля абонентских линий, учитывающий наличие оконечных средств пользователей разного типа - телефонии и персональных компьютеров. В качестве критерия качества обслуживания заявок предлагается использовать вероятность потерь телефонных вызовов в модуле абонентских линий. В качестве дополнительного критерия качества обслуживания использована вероятность того, что время ожидания начала сеанса связи для владельца ПК будет больше заданного времени. Оптимизация работы модуля абонентских линий заключаются в получении наибольших дополнительных доходов за счет трафика Internet при сохранении вероятности потерь телефонных вызовов на допустимо низком уровне;

- разработаны рекомендации по ограничению допустимой длительности сеансов Internet для пользователей, включенных в модули абонентских линий. Исследованы варианты включения абонентских линий телефонии и абонентских линий от персональных компьютеров в модулях абонентских линий применительно к цифровым системам коммутации разного типа. Разработаны рекомендации по выбору состава абонентов, обоснованию коэффициента концентрации нагрузки, подтвержденные имитационным моделированием.

Основные положения, выносимые на защиту:

- формализация процесса поступления и обслуживания вызовов телефонии и сеансов Internet в виде системы массового обслуживания M/M/V с отказами и недостаточно надежными приборами, на вход которой поступает смешанный поток заявок на обслуживание, позволяет адекватно описать функционирование модуля абонентских линий цифровой ступени коммутации;

- метод расчета пропускной способности модуля абонентских линий, основанный на разработанной математической модели, позволяет рассчитать вероятность потерь по вызовам телефонии и продолжительность задержек в начале обслуживания сеансов Internet, а также задать требования по допустимому числу пользователей с персональными компьютерами в модуле абонентских линий и по продолжительности сеансов Internet;

- имитационное моделирование подтвердило достоверность и адекватность результатов математической модели;

- разработанный метод расчета пропускной способности абонентского модуля обеспечивает решение задач, возникающих на этапе выбора и проектирования новых цифровых систем коммутации, а также при исследовании функционирования действующих цифровых систем коммутации.

Личный вклад. Теоретические и практические исследования, расчеты и проведенное моделирование на ЭВМ, а также полученные из них выводы и рекомендации получены автором лично.

Практическая ценность. Разработанная в диссертации математическая модель позволяет исследовать зависимость пропускной способности модуля абонентских линий ЦСК от его струюурных параметров и состава абонентов. Метод расчета пропускной способности модуля абонентских линий может быть использован для оценки качества обслуживания при заданном составе абонентов, а также для обоснования допустимого числа пользователей Internet с учетом структурных параметров конкретной цифровой системы коммутации. Разработанная методика позволяет определять требования по допустимой продолжительности сеансов Internet

Реализация результатов работы. Основные теоретические и практические результаты, полученные в работе, использованы в учебном процессе кафедры СУ ГТС МТУ СИ, а также в научно-исследовательской работе АО МГТС, что подтверждено соответствующими актами.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были представлены и обсуждались на L1U научной сессии, посвященной дню Радио РНТОРЭС им. А. С. Попова, (Москва, 1998), на Международном форуме информатизации МФИ-98 «Телекоммуникационные и вычислительные системы» (Москва, ноябрь 1998 г.), на Международном форуме информатизации МФИ-99 «Коммуникационные технологии и сети» (Москва, ноябрь 1999 г.), на НТК МТУСИ (Москва, январь 2000 г.), на заседаниях кафедры систем управления городских телефонных сетей МТУСИ.

Публикации. Основные результаты диссертации изложены в 7 опубликованных работах.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложений. Она включает 95 страниц машинописного текста, 26 рисунков, 24 таблицы, 6 приложений. Список литературы включает 102 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснован выбор темы диссертации, се актуальность, новизна, сформулированы цель и задачи исследования, определены структура и объем диссертации, коротко изложено ее содержание.

В первой главе анализируются тенденции развития телекоммуникационных сетей, определяются перспективы предоставления пользователям новых услуг, анализируется построение перспективных цифровых систем коммутации с целью выявления характерных особенностей и тенденций изменения их структуры, которые будут проявляться в условиях эволюции средств абонентского доступа.

По всему миру наблюдается устойчивый рост числа персональных компьютеров (ПК), используемых абонентами для доступа к глобальным сетям Internet. Доля пользователей Internet в общей абонентской емкости сети Российской Федерации составляет порядка 1,5%, предполагается ее увеличение до 5%. В то же время в США число пользователей Internet по разным оценкам составляет от 15% до 35% общего числа квартирных абонентов телефонной сети. При этом ПК становится многофункциональным устройством благодаря дополнительным платам с соответствующим программным обеспечением. Перспективным вариантом подключения ПК является использование модемов для коммутируемых телефонных каналов, что объясняется широким распространением и доступностью таких каналов. Поэтому телефонные сети западных стран испытывают «перегрузки» и ухудшение качества связи.

Опережающими темпами идет установка беспроводных телефонных аппаратов, обеспечивающих пользователю мобильность в пределах офиса или квартиры. Высокими темпами растет емкость сетей подвижной связи, обеспечивающих мобильность в пределах местной сети и выход на зарубежные сети. Современные телефонные аппараты снабжаются функцией «автодозвон» или функцией «повторение последнего номера».

Разработаны и широко используются способы представления систем коммутации и их элементов в виде систем массового обслуживания (СМО), позволяющие использовать математический аппарат теории телетрафика. Для большого числа пользователей телефонии входной поток достаточно хорошо описывается пуассоновским процессом, а время занятия оборудования сети имеет экспоненциальное распределение. Оба этих фундаментальных предположения приводят к простым математическим моделям, но требуют уточнения при рассмотрении конкретных ситуаций.

Длительные сеансы связи Internet изменяют показатели функционирования систем коммутации в целом. Перспективным представляется использование положений теории надежности приборов, принципы которой были разработаны Б. В. Гнеденко. Предлагается рассматривать длительные занятия линий на выходе модулей абонентских линий сеансами Internet как выход из строя части линий пучка, фактически недоступных в течение длительного времени для обычных телефонных абонентов. Необходима разработка метода расчета пропускной

способности модуля абонентских линий и оптимизации потоков трафика применительно к существующим цифровым системам коммутации с учетом предоставления новых услуг и возможностей регулирования Internet нагрузки. В качестве средств регулирования можно назвать оптимизацию реального числа пользователей Internet при минимизации потерь по вызовам в модулях абонентских линий, разработку методики оценки допустимой продолжительности сеансов Internet, использование гибких тарифов.

Анализ возможностей ЦСК разных типов позволил установить общие черты в решении задачи сопряжения абонентских линий с цифровым коммутационным полем. Исследованы особенности построения цифровых системах коммутации типа Е10В, DX200 R5, АХЕ10, 5ESS, EWSD, S - 12.Часть материала из-за большого объема вынесена в приложения.

Блоком, реализующим абонентский доступ в цифровую систему коммутации, является модуль абонентских линий, емкость которого зависит от принятых технологических решений и быстродействия микропроцессора. Концентрация нагрузки может регулироваться в широком диапазоне явным или неявным способом. В первом случае может меняться число цифровых линий, связывающих МАЛ с коммутационным полем. Во втором случае снижение нагрузки на МАЛ может достигаться отключением части абонентских линий, то есть снижением полезной абонентской емкости. В ЦСК последних выпусков наметилась тенденция снижения концентрации нагрузки в абонентской части или полного отказа от нее. Режим работы оборудования ЦСК, находящихся в эксплуатации, должен корректироваться и оптимизироваться с учетом изменения структуры потоков информации от абонентов. Новым направлением развития ЦСК является реализация МАЛ, отвечающих требованиям ISDN. Возможность предоставления услуг ISDN хорошо согласуется с нуждами бизнесменов и малых коммерческих фирм. В то же время основную часть пользователей будут составлять абоненты, использующие традиционный набор услуг телефонной связи, или абоненты, предпочитающие использовать двухпроводные абонентские линии связи для работы на ПК.

• Наличие у пользователей новых по принципу воздействия на систему коммутации оконечных устройств (персональные компьютеры, видеотерминалы, факс-модемы) не учитывается алгоритмом обслуживания вызовов МАЛ. Любой вызов обслуживается в режиме коммутации каналов, то есть разговорный тракт устанавливается на все время соединения.

МАЛ может обеспечивать обслуживание различных пользователей. Оптимизация соотношения между ними представляет собой актуальную научную задачу, решение которой будет способствовать повышению качества обслуживания пользователей в системе в целом.

Вторая глава посвящена разработке и исследованию математической модели функционирования модуля абонентских линий, на который поступают поток вызовов телефонии и поток вызовов для реализации сеансов Internet.

Эволюция оконечных средств пользователей приводит к изменению характера заявок на обслуживание (вызовов). Массовое использование ПК обычными абонентами и реализация сеансов Internet по методу коммутации каналов, принятому в телефонии, создает проблему

перегрузки существующего коммутационного оборудования, разработанного без учета дополнительной нагрузки Internet и IN. Наличие функции «автодозвон» приводит к тому, что заявки от части пользователей обслуживаются с ожиданием. Необходима оценка влияния пользователей ПК и пользователей с функцией «автодозвон» на обслуживание пользователей телефонии.

Проанализированы следующие возможные подходы к представлению модуля абонентских линий в виде СМО полнодоступного пучка каналов, на который поступают два потока вызовов.

Первый подход. Представление МАЛ как СМО вида M/M/V с отказами, на вход которой поступают два неприоритетных потока заявок на обслуживание - сеансов Internet с интенсивностью ц 1 и вызовов телефонии с интенсивностью |д 2. При вычислении средней интенсивности обслуживания заявок ц* в СМО учитывалась емкость МАЛ, состав абонентов и величины ц | и ц 2- Использовалась теорема Б. А. Севастьянова, утверждающая, что для стационарных условий функционирования СМО первая формула Эрланга будет справедлива при произвольном распределении продолжительности обслуживания заявки, если средняя длительность занятия конечна. Рассмотренный подход имеет ряд недостатков: пользователи с функцией «автодозвон», имеют преимущество над обычными абонентами телефонии, что не учитывается данной моделью; показателем качества обслуживания является вероятность потерь по вызовам P,„3i общая как для телефонных вызовов, так и для сеансов Internet. Поэтому нельзя дать дифференцированную оценку качества обслуживания заявок различного вида.

Второй подход. Представление МАЛ в виде СМО M/M/V при поступлении смешанного потока заявок на обслуживание. Особенностью второго подхода является то, что заявки второго типа, застав все приборы занятыми обслуживанием, уходят из системы и теря- • ются, а заявки первого типа могут ожидать своей очереди. В качестве заявок первого типа предлагается рассматривать вызовы, направляемые в сеть Internet, а также вызовы от пользователей телефонии с функцией «автодозвон». В качестве заявок второго типа рассматриваются телефонные вызовы. Недостатком второго подхода описания работы МАЛ является использование допущения о том, что заявки как первого, так и второго типа обслуживаются с одинаковой интенсивностью.

Третий подход. Для описания функционирования МАЛ с абонентами Internet был рассмотрен подход, ранее предложенный Б. В. Гнеденко для полнодоступного пучка с недостаточно надежными приборами. При средней длительности занятия (сеанса связи Internet), равной 20 минутам, некоторые пользователи услуг сети Internet занимают канал по 2-4 часа. Предлагается рассматривать длительный сеанс Internet как выход линии из строя. Абоненты используют абонентскую линию и для телефонной связи, и для реализации сеансов Internet. Точные данные о направлении и характере вызова система коммутации получает после того, как обслуживание вызова уже «автодозвон» начато.

Совмещение рассмотренных выше подходов позволило разработать математическую модель функционирования модуля абонентских линий, отличающуюся тем, что она учитывает продолжительный характер занятия линий на выходе МАЛ сеансами Internet и влияние функции «автодозвон» как средства обеспечения скрытого приоритета для части пользователей. В основе разработанной математической модели (рис.1) лежит представление МАЛ как СМО вида M/.M/V с недостаточно надежными приборами, на вход которой поступает смешанный поток заявок на обслуживание. В качестве заявок первого типа рассматриваются вызовы от настойчивых абонентов, располагающих функцией «автодозвон». Заявки второго типа (от телефонных абонентов), застав все приборы занятыми обслуживанием, уходят из системы. Предлагается аналитическое решение, основанное на использовании математических выражений для СМО со смешанным потоком заявок на обслуживание и распределения Эрланга (для МАЛ малой емкости - распределения Энгсета).

Обозначим через - параметр потока вызовов от настойчивых абонентов, располагающих функцией «автодозвон», а через Х2 - параметр потока телефонных вызовов. Для определения величин Xi И Х2 используем Выражения Я. автодозвон I N автодозвон и "Ki~ Хта1 1N тел, где X автодозвон 1 - интенсивность поступления заявок на обслуживание от одного абонента, имеющего функцию «автодозвон»; X тел г интенсивность поступления заявок на обслуживание от одного абонента телефонии, не использующего функцию «автодозвон»; ^автодозвон - число абонентов МАЛ, имеющих функцию «автодозвон»; N тел _ число абонентов телефонии в МАЛ, не использующих функцию «автодозвон». Величины X автодозвон I и Хт£Л i учитывают только первичные вызовы, поскольку предполагается, что сеансы Internet являются дополнительными относительно традиционных телефонных вызовов и характер обслуживания абонентов с функцией «автодозвон» отражен наличием очереди. Наличие современных оконечных средств у ряда пользователей косвенно свидетельствует об уровне благосостояния, но интенсивность поступления заявок можно было бы учитывать объединением абонентов в категории - квартиры, учреждения, деловой сектор. Не выделяя категории абонентов, примем X* = X автодозвон I = '-тел 1 .

Линия на участке МАЛ - коммутационное поле группового искания, а также ряд других линий, образующих разговорный тракт, занимается сеансами Internet на длительное время. Восстановление работоспособности такой линии определяется длительностью сеанса Internet - Т internet- Будем определять интенсивность обслуживания заявок ц как ц = 1/ х> где величина X учитывает специфический характер занятия линий сеансами Internet (выход линии из строя для других абонентов на весь сеанс) и определяется как

%= ( 1/a+l/b)'1 +v(b/a+l)"', (1)

где a - средняя длительность занятия канала при обеспечении телефонного разговора;

v - средняя длительность сеанса Internet;

b = I/O -число сеансов Internet, которое в среднем будет обслуживаться на каждой занятой линии (временном канале) в час. Будем определять величину Cl как

10

П = А.1п,егп«/(30Уцсл), (2)

где Я ¡тспм ~ N internet Я Internet I - параметр потока сеансов Internet от абонентов MAJI; N internet_ число абонентов с ПК, пользующихся услугами Internet, включенных в МАЛ; Я internet 1 ~ параметр потока сеансов Internet от одного пользователя;

= 30 Vuc„ - число временных каналов на выходе модуля абонентских линий ; VUCJ1. число цифровых соединительных линий на выходе модуля абонентских линий.

Через Т обозначим долю абонентов с ПК, пользующихся услугами Internet, в общем числе абонентов МАЛ: Ч* = N internet /N.

Коэффициент концентрации в МАЛ обозначим через ст и определим как ст = N/ Умал. Величина Q определяется как

Q — N Internet ^ Internet I / VMan = СГ Ч*Я Internet 1. (3)

Величина b определяется по формуле

b=I/Q = (<T^lntemetl)''- (4)

Вероятность потери телефонного вызова будем определять по формуле, учитывающей мешающее влияние вызовов второго типа от абонентов с функцией «автодозвон»:

EvMM (Я,/ц

Ротк= -------------------------------------------, (5)

- Я,/ц +Vn EvMaJ1 (Xi/ц +Я2/ц), где Х| и Яг - интенсивности поступления заявок на обслуживание первого и второго типа. Величина ц определяется по формулам (I) и (4) как Н = 1/{(1/а +1/Ъ)"' +v (b/а +1)'1}, (6)

где Ь = (аЧ/Х|„кте,0"'.

Преобразование формулы (5) с учетом Я, и Яг, а также Я'приводит к выражению

VMa.i EvMM {(Я*/ц)(ЪГавтодозвон + N „.,)} Ротк= ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------(7)

^мал " 0^* ^автодозвон ^й) "К^* ^автодозвон

'V)

)(.NaBT0J0350H + N тгл)}

Справедливо выражение N = NaBroio3Bon + N хсл. Упростим выражение (7) и представим его как

Еумал (Я* N /ц)

Ротк= ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------(8)

У МП - (Я* Ншгодотоо,, /р) +<Я* Ыавтодозвон /ц) Еу„м (Я* N /ц )

Достижения в области разработки быстродействующих процессоров и их систематическое внедрение в ЦСК позволили сделать предположение о том, что устройство управления МАЛ справится с потоком повторных вызовов. Поэтому приоритетным направлением иссле-

II

дования является изучение влияния функции «автодозвон» части абонентов на вероятность потерь по вызовам за счет занятости всех каналов на выходе МАЛ. Введем обозначение Э = NanrojimiioH I N, где 9 - доля абонентов с функцией «автодозвон» в МАЛ. Величина 3 может принимать значения от 0 до 1. Если 3 = 0, в МАЛ нет телефонных аппаратов с «автодозво-ном» и нет абонентов с персональными компьютерами. Потери по вызовам в этом случае определяются первой формулой Эрланга, в которую преобразуется формула (8).Более реальным является случай, когда 9 =4*, то есть функцию «автодозвон» реализуют только абоненты с персональными компьютерами. К абонентам, оконечные устройства которых имеют функцию «автодозвон», следует добавлять так называемых «активных» абонентов, которые, не располагая специальными техническими средствами, могут реализовать эту функции многократным повторением последнего набранного номера. Значение 3 может увеличиваться до 50%, 75% и даже 100%. В последнем случае все абоненты будут поставлены в одинаковые условия, которые без учета влияния на систему управления характеризуются как обслуживание с ожиданием.

После ввода величины 3 получим выражение (8) в упрощенном виде VmuEW^N/ц)

Ротк= ------------------------------------------------------------------------------------------------------------(9)

VHM-(»X*N/n) + (3 X.* N / ц) EvMajl (X* N /ц ) Вероятность того, что время ожидания начала обслуживания для заявки первого типа (активного абонента, абонента с ПК) будет больше времени t Р (>t)

Р (>t) = Р отке <УмаЛ к'9ц (Ю)

Среднее время ожидания начала обслуживания заявок первого типа Т ожидании

Т о*идани»= 3600 х Р этк / ц(V -X.*3N/(i), секунды. (И)

В третьей главе разработан метод расчета пропускной способности МАЛ различных ЦСК с учетом влияния пользователей с ПК В качестве критерия качества обслуживания вызовов предлагается использовать вероятность потерь телефонных вызовов в МАЛ. В качестве дополнительного критерия качества обслуживания будем использовать вероятность того, что время ожидания начала сеанса связи для владельца ПК будет больше некоторого времени Р(> 1ож сеанса)- Оптимизация работы МАЛ в новых условиях должна заключаться в сохранении вероятности потерь телефонных вызовов на допустимо низком уровне при условии получения наибольших дополнительных доходов за счет трафика Internet.

В ЦСК имеется несколько МАЛ, нагрузка от которых поступает на коммутационное поле группового искания. Далее через выделенное направление связи может быть организован доступ в провайдеру услуг Internet. Такой подход, например, используется на Московской городской телефонной сети. Специальное направление обеспечивает доступ к цифровой первичной сети связи и далее через узел коммутации услуг выход на провайдера. Рассмотрен перспективный подход к расчету линий в специальном направлении связи для доступа к сети Internet с учетом качества обслуживания в МАЛ.

АОО о

Поток вызовов от оконечных^^^V устройств пользователей с

ООО

Система массового обслуживания видаМ/М/V с отказами н недостаточно надежными приборами

в условиях поступления смешанного потока заявок на обслуживание

Поток сеансов

Internet, вызывающих длительноезанятие линий, которое рассматривается как выход линии из строп ьо ьремя занятна

О

о

Рис. 1. Математическая модель представления модуля абонентских линий в

виде СМО, учитывающая характер поступления вызовов при наличии функции "автодозвон" и продолжительное занятие линий сеансами Internet

Предполагается использовать разработанный метод как инструмент для оптимизации соотношения между пользователями телефонии и пользователями Internet, введения ограничений на продолжительность сеансов Internet, принятия решений по альтернативным вариантам выхода пользователей на сеть Internet. Использование разработанного метода для расчета пропускной способности МАЛ конкретных систем коммутации показало, что наличие пользователей Internet отрицательно сказывается на качестве обслуживания абонентов

телефонии. Увеличение доли пользователей, реализующих функцию «автодозвон», ведет к существенному (на порядок) росту вероятности потерь по вызовам. Увеличение среднего времени ожидания начала обслуживания в МАЛ Т ожидания будет заметно для пользователей н составит несколько секунд при значениях 3 =0,7... 1,0, то есть в том случае, когда практически все абоненты пользуются функцией «автодозвон». Расчеты показали, что последняя модификация системы коммутации DX 220 (версия R5) наилучшим образом соответствует требованиям пользователей телефонии и Internet. А именно, при средней длительности сеанса Internet, равной 20 минутам, незначительное снижение качества обслуживания будет наблюдаться только при Ч* =0,7... 1,0.

В четвертой главе представлена разработанная методика расчета МАЛ с учетом влияния пользователей Internet, включающая следующие этапы.

1.Оцениваются технологические параметры МАЛ и определяется область изменения коэффициента концентрации нагрузки а.

2.3адаются параметры потоков вызовов для пользователей телефонии и Internet. З.Определяется доля пользователей Internet в общем числе абонентов МАЛ Ч*. Величина lF может быть задана в виде предполагаемого диапазона.

4.Выполняется проверка на максимально допустимую длительность сеанса Internet в заданном модуле абонентских линий v граничное- Выполняется проверка на выполнение условия V < V граничное.

Запишем граничное условие, определяющее возможность использования формулы (9). Значения величины Е vMajl (X* N /ц) имеют смысл при выполнении неравенства

(X*N/M)<VMM . (12)

Определим величину ц граничное как

Н пличное = N/VMM) = (X*a). (13)

Подставив вместо ц граничное выражение из формулы (1), получим

v гр«« = (Ь/а +1){(Х*а)"'- (1/а + 1/Ь)"'}, (14)

где b = (аЧ'Х internct i)"1.

5. Выполняется расчет вероятности потерь по вызовам для абонентов телефонии Ротк среднего времени ожидания начала обслуживания для пользователей Internet Т ожидания в зада! ном диапазоне изменения величины 9, показывающей долю абонентов, реализующих функшп «автодозвон». Диапазон изменения S составляет S =4' ... 1 и отражает степень оснащенност абонентов современными телефонными аппаратами и персональными компьютерами. При

& =4' получаем оптимистическую оценку, при 9 = 1- пессимистическую оценку.

6. Анализируются зависимости величин Р от, и Т ожидания от величины V, а также от величин параметров потоков заявок на обслуживание.

7. Может быть выбран оптимальный режим использования МАЛ с целью сохранения высокого качества обслуживания, которое выражается низкой величиной потерь по вызовам

(порядка 5 промиль) и средним временем ожидания обслуживания в МАЛ для пользователей Internet, сопоставимым с 0,5 с-1,5 с (время слушания абонентом сигнала «Ответ станции»).

Применительно к ЦСК типа DX 220 версии R3 величина с =8,133. Расчет проводился Для X internet I = 1 вызов в ЧИН, /.гсл | = 2 вызова в ЧНН, ц | = 3 и цг = 20 и показал, что при Ч/ = 0,05 длительность сеансов Internet ограничена величиной 0,626 часа или 37,6 минуты. При Ч* = 0,10 длительность сеансов Internet должна быть ограничена величиной 0,344 часа или 20,6 минуты. В цифровой системе коммутации типа DX 220 версии R4 число цифровых линий на выходе МАЛ увеличено до 26, соответственно величина ст = 5. Расчет показал, что при Ч* = 0,05 длительность сеансов Internet ограничена величиной 4,10 часа. При Ч* = 0,10 длительность сеансов Internet ограничена величиной 2,10 часа. При Ч* = 0,20 длительность сеансов Internet должна быть ограничена величиной 1,10 часа.

Применительно к последней версии ЦСК типа DX 220 R5 величина ст =130/60 = 2,166. При Ч' = 0,10 длительность сеансов Internet должна быть ограничена величиной 5,5 часа. Расчет показал, что при Ч* = 0,5 длительность сеансов Internet должна быть ограничена величиной 3,57часа. Концентрация нагрузки в МАЛ ЦСК типа DX 220 версии R3 и версии R4 идет в два этапа, причем на первом этапе задействованы абонентские модули малой емкости, в которых а = 2,133. Будут справедливы ограничения для модуля абонентских линий цифровой системы коммутации типа DX 220 версии R5. Можно сделать вывод о том, что абонентские модули системы DX 220 версии R3 и версии R4 по своим параметрам не критичны к потоку заявок Internet.

Характер изменения допустимой длительности сеансов Internet v,^,,.,,,« от коэффициента концентрации нагрузки ст и от доли пользователей Internet в общем числе абонентов МАЛ Ч* представлен в таблицах 1 и 2. Увеличение ст изменяет требования к длительности сеанса Internet VjpaHniHoj, а именно при Ч/ = 0,1 допустимая продолжительность сеансов Internet снижается, начиная с величины 20,25 часа при ст = 2 и завершая величиной 0,05 часа (то есть порядка 3 минут) при ст = 10. Следует отметить, что в аналоговых системах коммутации величина сг равна 10 ... 15, то есть они не приспособлены к обслуживанию пользователей Internet. В цифровых системах коммутации ст составляет 4 ...10, причем уменьшение концентрации нагрузки снижает требования к длительности сеансов Internet. Последние выпуски ЦСК, предназначенные для включения абонентов ISDN, характеризуются значением ст, близким к величине 2. Поэтому они хорошо приспособлены к влиянию пользователей сети Internet. Рост числа пользователей Internet существенно ограничивает допустимую продолжительность сеансов Internet.

Экспериментальное исследование функционирования МАЛ методами статистического моделирования показало хорошее соответствие между реальным процессом обслуживания и аналитическими выражениями для его описания. Моделирование было проведено для значений величины у = 0,02, 0,04, 0,06 , 0,08 и 0,10 для условия <р = vy, а также для фиксированного значения ц/ = 0,10 и трех значений <р = 0,1 до 0,7, которые соответствуют разным вариан-

15

там оснащения абонентов функцией «автодозвон». Анализ результатов статистического мо делирования и их сравнение с результатами теоретических расчетов показал, что расчетные значения хорошо согласуются с результатами эксперимента, их отклонения друг от друга не превышают 10% с доверительной вероятностью 0,95.

Зависимости рис.2 иллюстрируют результаты моделирования и аналитического расчета.

Рис. 2. Результаты расчета вероятности потерь по вызовам Р отк по математической модели и результаты статистического моделирования в зависимости от величины Э, которая показывает долю абонентов с функцией «автодозвон»

В приложениях содержится описание принципов построения ЦСК разных фирм-производителей, а также акты использования результатов диссертационной работы.

Заключение

Диссертация посвящена разработке и исследованию метода расчета пропускной способности модуля абонентских линий цифровых систем коммутации в условиях изменения номенклатуры оконечных средств пользователей. Основные результаты работы заключаются в следующем:

1. Анализ тенденций совершенствования оконечных средств пользователей показал, что использование абонентами персональных компьютеров создает дополнительную нагрузку на оборудование ЦСК и, в частности, на модули абонентских линий. Сеансы связи с Internet отличаются повышенной продолжительностью по сравнению с телефонными разговорами. Часть пользователей реализует установление соединений, используя функцию «автодозвон» и получая приоритет перед другими абонентами. Актуальной проблемой является разработка метода расчета пропускной способности модуля абонентских линий, учитывающего особенности влияния функции «автодозвон» и характер дополнительной нагрузки Internet.

2. Для описания процесса функционирования модуля абонентских линий, в который включаются абоненты телефонии и пользователи с персональными компьютерами, разработана математическая модель полнодоступной системы массового обслуживания с ненадеж-

ными приборами и смешанным потоком заявок на обслуживание. Модель позволяет решать задачи обоснования концентрации трафика в МАЛ, рационального распределения пользователей с персональными компьютерами по различным МАЛ, обоснования допустимой продолжительности сеансов Internet.

3.Получены аналитические выражения для расчета вероятности потерь по вызовам телефонии и вероятности ожидания начала сеанса Internet, учитывающие влияние на функционирование МАЛ продолжительных сеансов Internet и наличие скрытого приоритета в доступе к линиям на выходе МАЛ при использовании частью пользователей функции «автодозвон».

4. Разработан метод расчета пропускной способности МАЛ, позволяющий проводить оценку качества функционирования МАЛ различных систем коммутации и прогнозирование предстоящего изменения с учетом роста спроса на услуги Internet, а также с учетом тенденций изменения длительности сеансов связи и их совпадения или несовпадения с телефонными часами наибольшей нагрузки. Разработанный метод отличается тем, что при определении средней величины интенсивности обслуживания вызовов ц учитывается характер сеансов Internet - длительное занятие линий, сопоставимое с продолжительным выходом линии из строя во время занятия, и избыточный (дополнительный) характер сеансов потока заявок на выход Internet, сопоставимый с потоком отказов. Для рассчитанной величины ц дается оценка функционирования МАЛ как СМО, учитывающей наличие скрытого приоритета в обслуживании абонентов с функцией «автодозвон».

5. Расчет МАЛ различных систем коммутации показал, что наличие пользователей Internet отрицательно сказывается на качестве обслуживания абонентов телефонии. Пример расчета МАЛ показал, что рост числа пользователей Internet до 10% от общего числа абонентов ведет к росту потерь по вызовам на порядок, если функцией «автодозвон» пользуются только пользователи Internet, и на два порядка, если функцией «автодозвон» пользуются все абоненты. МАЛ будет не работоспособным при таких высоких потерях - как с позиций абонентов телефонии, так и с позиций пользователей Internet . Более современная система коммутации DX 220 R5 наилучшим образом соответствует требованиям пользователей телефонии и Internet. А именно, при средней длительности сеанса Internet, равной 20 минутам, незначительное снижение качества обслуживания будет наблюдаться только при 4х =0,7... 1,0. Анализ результатов статистического моделирования и их сравнение с результатами теоретических расчетов показал, что расчетные значения хорошо согласуются с результатами эксперимента.

6. Дополнительная нагрузка от пользователей Internet может вызывать отказы в направлениях связи к провайдерами Internet. Перспективным средством борьбы с такими отказами является выделение в ЦСК специального направления для доступа в Internet.

7. Разработана методика расчета допустимой длительности сеансов Internet в зависимости от параметров МАЛ и состава пользователей. Можно оказывать влияние на длительность сеансов Internet v, интенсивность заявок на реализацию сеансов Internet. Среди наиболее важ-

17

ных параметров МАЛ, которые могут регулироваться в процессе проектирования и эксплуатации можно указать на величину а - коэффициент концентрации нагрузки в модуле абонентских линий, на величину Y - долю пользователей Internet в общем числе абонентов и на величину Э - долю абонентов, использующих функцию «автодозвон».

Опубликованные работы

1 .Аль-Нассравин Мамун Зухер. Модели распределенных систем управления и методы их анализа. Тезисы доклада. LI 11 научная сессия, посвященная дню Радио РНТОРЭС им. А. С. Попова, М„ 1998, с.34-35.

2. Аль - Нассравин Мамун Зухер. Организация системы управления ЦСК. Тезисы доклада. Международный форум информатизации МФИ-98 «Телекоммуникационные и вычислительные системы», М., 1998 г.

3. Попова А.Г., Аль - Нассравин Мамун Зухер. Подход к расчету и оптимизации потоков трафика в цифровых системах коммутации. Тезисы доклада. Международный форум информатизации МФИ-99 «Коммуникационные технологии и сети», М., 1999 г., с.145-146.

4. Аль - Нассравин Мамун Зухер. Об одном подходе к описанию функционирования ступени абонентского искания с учетом влияния абонентов Internet. Тезисы доклада. НТК профессорско-преподавательского, научного и инженерно- технического состава МТУСИ. Москва, январь 2000 г., с.293-294.

5. Аль - Нассравин Мамун Зухер. Методы анализа распределенных систем управления в цифровых системах коммутации. Депонированная статья в ЦНТИ «Информсвязь», N 2124 св-98 от 05 мая 1998, с.45-48.

6.Аль - Нассравин Мамун Зухер. Анализ принципов обеспечения абонентского доступа в современных цифровых системах коммутации. Депонированная статья в ЦНТИ «Информсвязь», N 2152 св-98 от 27 апреля1999,с.63-73.

7.Аль - Нассравин Мамун Зухер. Математический метод оптимизации состава абонентов ступени абонентского нскания. Депонированная статья в ЦНТИ «Информсвязь», 2000г., 8с.

Введение.

1 .Анализ тенденций совершенствования оконечных устройств пользователя и изменения условий функционирования цифровых систем коммутации . 12 1.1 .Анализ перспективных направлений развития услуг связи.

1.2. Анализ принципов обеспечения абонентского доступа в современных цифровых системах коммутации.

1.2.1 .Анализ особенностей включения пользователей в цифровую систему коммутации EWSD.

1.2.2. Особенности включения пользователей в систему коммутации типа ЕЮ В

1.2.3. Анализ вариантов реализации абонентского доступа в цифровых системах коммутации типа DX 200.

1.2.4.Анализ возможностей включения абонентов в цифровую систему коммутации 5ESS.

1.2.5. Принципы включения абонентов в систему коммутации AXE

1.2.6. Абонентский доступ в системе коммутации "S-12".

1.2.7. Тенденции реализации включения пользователей в цифровые системы коммутации.

1.3. Анализ методов описания функционирования цифровых систем коммутации.

1.4. Анализ особенностей функционирования и выбор критериев оценки качества обслуживания заявок в модулях абонентского искания.

1.5. Выводы.

2.Разработка математической модели функционирования модуля абонентских линий цифровой системы коммутации.

2.1. Представление модуля абонентских линий как СМО вида М/М/У с отказами, на вход которого поступают два неприоритетных потока заявок на обслуживание.

2.2.Представление МАЛ в виде СМО M/M/V при поступлении смешанного потока заявок на обслуживание.

2.3. Представление МАЛ в виде СМО M/M/V с недостаточно надежными приборами.

2.4. Математическая модель обслуживания вызовов в модуле абонентских линий цифровой системы коммутации, учитывающая особенности обслуживания заявок от пользователей с персональными компьютерами.

2.5.Вывод ы.

3. Разработка математического метода расчета пропускной способности модуля абонентских линий, представляемого как СМО с отказами и ненадежными приборами при смешанном потоке заявок на обслуживание.

3.1.Цели и задачи разработки математического метода.

3.2. Разработка математического метода расчета пропускной способности модулей абонентских линий.

3.3. Расчет модулей абонентских линий с использованием разработанного метода.

3.4. Проблемы расчета направлений связи цифровых систем коммутации с учетом возросшего спроса на услуги Internet.

3.5.Вывод ы.

4. Анализ и сравнение результатов теоретических и экспериментальных исследований функционирования модуля абонентских линий.

4.1. Разработка методики оценки допустимой длительности сеансов Internet для пользователей, включенных в модуль абонентских линий.

4.2.Экспериментальное исследование функционирования модуля абонентских линий методами статистического моделирования.

4.3. Выводы.

Актуальность проблемы. Цифровые системы коммутации (ЦСК) являются базовым элементом современных сетей связи и созданы на принципах интеграции цифрового коммутационного поля, средств аналого-цифрового преобразования, цифровых систем передачи и вычислительной техники. На основе ЦСК создаются автоматические телефонные станции (АТС) и узлы коммутации. Наиболее дорогими в абонентской сети доступа являются абонентские линии. Принцип концентрации трафика с целью экономии межстанционных линий реализуется в модулях абонентских линий (МАЛ) всех АТС.

Современный этап развития техники связи отличается расширением номенклатуры оконечных средств пользователей и предоставляемых услуг. Новой тенденцией является использование персональных компьютеров (ПК) в качестве оконечного средства пользователя для доступа к возможностям всемирной сети Internet. Длительность занятия линейного и коммутационного оборудования меняется от очень коротких занятий до сверхдлительных занятий при пользовании услугами сети Internet. Информационные потоки от абонентов телефонии дополняются сеансами связи с сетью Internet ,сеансами верификации кредитных карточек, потоками факсимильных сообщений, вызовами мобильной связи и голосовой почты.

Вызовы от персональных компьютеров существенно отличаются от телефонных вызовов продолжительностью сеансов связи, которая составляет от десятков минут до нескольких часов. Анализ трафика пользователей Internet в России показал, что создаваемая ими нагрузка Internet может превышать нагрузку, создаваемую исходящими телефонными разговорами. Модули абонентских линий рассчитаны на традиционный состав абонентов телефонии. Увеличение числа активных пользователей Internet ухудшает показатели обслуживания обычных абонентов. Так, пользователи Internet в Москве отмечают недоступность провайдеров, необходимость использования функции «автодозвон», а также ограничение длительности сеансов связи 10-20 минутами из-за технического состояния телефонной сети. Для абонентов телефонии ухудшается доступ к групповому оборудованию системы коммутации, фактически их обслуживание прекращается на самой ранней стадии.

Массовое использование персональных компьютеров абонентами и реализация сеансов Internet по методу коммутации каналов, принятому в телефонии, создает проблему перегрузки существующего и вновь устанавливаемого коммутационного оборудования и должно учитываться при проектировании новых систем коммутации.

Персональные компьютеры и ряд современных телефонных аппаратов располагают функцией «автодозвон». Отказ в обслуживании первичного вызова ведет к автоматическому повторному набору последнего номера. Каждая заявка на обслуживание будет представлена группой вызовов (первичный и повторные вызовы). Имеет место скрытый приоритет в использовании линий на выходе МАЛ для пользователей с функцией «автодозвон». Фактически заявки от ПК или от современного телефонного аппарата обслуживаются с ожиданием. Необходима оценка влияния пользователей ПК и пользователей с функцией «автодозвон» на обслуживание пользователей телефонии. Современные микроЭВМ обеспечивают значительный запас производительности, поэтому предполагается, что активное использование функции «автодозвон» абонентами не вызывает выхода из стационарного состояния управляющего устройства МАЛ.

Расширение круга пользователей сети Internet и активное использование абонентами функции «автодозвон» определяет постановку задачи исследования. В модуль абонентских линий поступают независимые потоки заявок, а именно - телефонные вызовы и вызовы для организации сеансов в сети Internet . Оптимизация состава пользователей должна производиться с позиций минимальных потерь по вызовам абонентов телефонии и получения наибольших доходов за трафик Internet. Необходим анализ параметров концентрации нагрузки в модуле абонентских линий ЦСК различных фирм и разработка метода расчета пропускной способности МАЛ с учетом трафика Internet и использования абонентами функции «автодозвон».

Целью диссертации является исследование и разработка метода расчета пропускной способности абонентского модуля цифровой системы коммутации, учитывающего изменения номенклатуры оконечных средств пользователей. Для достижения поставленной цели решаются следующие основные задачи: анализ тенденций изменения услуг и состава оконечных средств пользователей с позиций их влияния на структуру и варианты использования основного элемента телекоммуникационных сетей - цифровых систем коммутации; анализ тенденций построения модулей абонентских линий в различных цифровых системах коммутации, определение диапазона концентрации нагрузки; разработка математической модели функционирования модулей абонентских линий в условиях поступления телефонных вызовов и вызовов для реализации сеансов Internet, учитывающей существенные различия в длительности обслуживания и наличие скрытого приоритета в получении услуг связи пользователями с функцией «автодозвон»; разработка математического метода расчета пропускной способности модуля абонентских линий в условиях изменения номенклатуры оконечных средств пользователей, представляемого как система массового обслуживания с отказами и ненадежными приборами при смешанном потоке заявок на обслуживание; разработка имитационной модели функционирования модуля абонентских линий, учитывающей особенности двух потоков вызовов - телефонных и сеансов Internet, а также наличие функции «автодозвон» у части абонентов.

Методы исследования. В основу проводимых исследований положены методы теории массового обслуживания, теории телетрафика, теории надежности, вычислительной математики и программирования. Научная новизна работы заключается в следующем:

- разработана математическая модель функционирования модуля абонентских линий, представленного как полнодоступная система массового обслуживания с ненадежными приборами и со смешанным потоком заявок на входе, отличающаяся тем, что учитывает наличие потоков телефонных вызовов и вызовов для реализации сеансов Internet, более продолжительный характер занятия линий на выходе модуля абонентских линий сеансами Internet и влияние функции «автодозвон» как средства обеспечения скрытого приоритета для части пользователей. В качестве заявок первого типа, обслуживаемых в режиме с ожиданием, рассматриваются вызовы от настойчивых абонентов с функцией «автодозвон» (например, пользователи Internet, владельцы современных телефонных аппаратов). В качестве заявок второго типа, обслуживаемых с отказами, рассматриваются вызовы от абонентов телефонии;

- разработан метод расчета пропускной способности модуля абонентских линий, учитывающий наличие оконечных средств пользователей разного типа -телефонии и персональных компьютеров. В качестве критерия качества обслуживания заявок предлагается использовать вероятность потерь телефонных вызовов в модуле абонентских линий. В качестве дополнительного критерия качества обслуживания использована вероятность того, что время ожидания начала сеанса связи для владельца ПК будет больше заданного времени. Оптимизация работы модуля абонентских линий заключается в получении наибольших дополнительных доходов за счет трафика Internet при сохранении вероятности потерь телефонных вызовов на допустимо низком уровне;

- разработаны рекомендации по ограничению допустимой длительности сеансов Internet для пользователей, включенных в модули абонентских линий. Исследованы варианты включения абонентских линий телефонии и абонентских линий от персональных компьютеров в модулях абонентских линий применительно к цифровым системам коммутации разного типа. Разработаны рекомендации по выбору состава абонентов, обоснованию коэффициента концентрации нагрузки, подтвержденные имитационным моделированем.

Основные положения, выносимые на защиту:

- формализация процесса поступления и обслуживания вызовов телефонии и сеансов Internet в виде системы массового обслуживания M/M/V с отказами и недостаточно надежными приборами, на вход которой поступает смешанный поток заявок на обслуживание, позволяет адекватно описать функционирование модуля абонентских линий цифровой ступени коммутации;

- метод расчета пропускной способности модуля абонентских линий, основанный на разработанной математической модели, позволяет рассчитать вероятность потерь по вызовам телефонии и продолжительность задержек в начале обслуживания сеансов Internet, а также задать требования по допустимому числу пользователей с персональными компьютерами в модуле абонентских линий и по продолжительности сеансов Internet;

- имитационное моделирование подтвердило достоверность и адекватность результатов математической модели;

- разработанный метод расчета пропускной способности абонентского модуля обеспечивает решение задач, возникающих на этапе выбора и проектирования новых цифровых систем коммутации, а также при исследовании функционирования действующих цифровых систем коммутации.

Личный вклад. Теоретические и практические исследования, расчеты и проведенное моделирование на ЭВМ, а также полученные из них выводы и рекомендации получены автором лично.

Практическая ценность. Разработанная в диссертации математическая модель позволяет исследовать зависимость пропускной способности модуля абонентских линий ЦСК от его структурных параметров и состава абонентов. Метод расчета пропускной способности модуля абонентских линий может быть использован для оценки качества обслуживания при заданном составе абонентов, а также для обоснования допустимого числа пользователей Internet с учетом структурных параметров конкретной цифровой системы коммутации. Разработанная методика позволяет определять требования по допустимой продолжительности сеансов Internet.

Реализация результатов работы. Основные теоретические и практические результаты, полученные в работе, использованы в учебном процессе кафедры СУ ГТС МТУ СИ, а также в научно-исследовательской работе АО МГТС, что подтверждено соответствующими актами.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были представлены и обсуждались на Ы11 научной сессии, посвященной дню Радио РНТОРЭС им. А. С. Попова, (Москва, 1998), на Международном форуме информатизации МФИ-98 «Телекоммуникационные и вычислительные системы» (Москва, ноябрь 1998 г.), на Международном форуме информатизации МФИ-99 «Коммуникационные технологии и сети» (Москва, ноябрь 1999 г.), на НТК МТУСИ (Москва, январь 2000 г.), на заседаниях кафедры систем управления городских телефонных сетей МТУСИ.

Публикации. Основные результаты диссертации изложены в 7 опубликованных работах.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложений. Она включает 95 страниц машинописного текста, 26 рисунков, 24 таблицы, 6 приложений. Список литературы включает 102 наименования.

4.3. Выводы

1 .Разработана методика оптимизации параметров модуля абонентских линий для сохранения высокого качества обслуживания, которое выражается величиной потерь по вызовам (менее 5 промиль) и средним временем ожидания обслуживания в модуле абонентских линий для пользователей Internet, сопоставимым с 0,5 с-1,5 с. Проведены расчеты для различных цифровых систем коммутации.

2. Результаты статистического моделирования, выполненные на персональном компьютере, и их сравнение с результатами теоретических расчетов показали, что расчетные значения хорошо согласуются с результатами эксперимента, их отклонения друг от друга не превышают 10% с доверительной вероятностью 0,95.

3. Результаты расчета вероятности потерь по вызовам Ротк , полученные по математической модели и путем статистического моделирования в зависимости от величины показали ,что увеличение доли абонентов с функцией «автодозвон» от 10% до 70% приводит к увеличению Ротк почти в в три раза ( от 0,060661 до 0,154918 ).

Заключение

Диссертация посвящена разработке и исследованию метода расчета пропускной способности модуля абонентских линий цифровых систем коммутации в условиях изменения номенклатуры оконечных средств пользователей. Основные результаты работы заключаются в следующем:

1. Анализ тенденций совершенствования оконечных средств пользователей показал, что использование абонентами персональных компьютеров создает дополнительную нагрузку на оборудование ЦСК и, в частности, на модули абонентских линий. Сеансы связи с Internet отличаются повышенной

148 продолжительностью по сравнению с телефонными разговорами. Часть пользователей реализует установление соединений, используя функцию «автодозвон» и получая приоритет перед другими абонентами. Актуальной проблемой является разработка метода расчета пропускной способности модуля абонентских линий, учитывающего особенности влияния функции «автодозвон» и характер дополнительной нагрузки Internet.

2. Для описания процесса функционирования модуля абонентских линий, в который включаются абоненты телефонии и пользователи с персональными компьютерами, разработана математическая модель полнодоступной системы массового обслуживания с ненадежными приборами и смешанным потоком заявок на обслуживание. Модель позволяет решать задачи обоснования концентрации трафика в МАЛ, рационального распределения пользователей с персональными компьютерами по различным МАЛ, обоснования допустимой продолжительности сеансов Internet.

3.Получены аналитические выражения для расчета вероятности потерь по вызовам телефонии и вероятности ожидания начала сеанса Internet, учитывающие влияние на функционирование МАЛ продолжительных сеансов Internet и наличие скрытого приоритета в доступе к линиям на выходе МАЛ при использовании частью пользователей функции «автодозвон». Произведен расчет пропускной способности МАЛ для различных ЦСК.

4. Разработан метод расчета пропускной способности МАЛ, позволяющий проводить оценку качества функционирования МАЛ различных систем коммутации и прогнозирование предстоящего изменения с учетом роста спроса на услуги Internet, а также с учетом тенденций изменения длительности сеансов связи и их совпадения или несовпадения с телефонными часами наибольшей нагрузки. Разработанный метод отличается тем, что при определении средней величины интенсивности обслуживания вызовов (i учитывается характер сеансов Internet - длительное занятие линий, сопоставимое с продолжительным выходом линии из строя во время занятия, и избыточный (дополнительный) характер сеансов потока заявок на выход Internet, сопоставимый с потоком отказов. Для рассчитанной величины \i дается оценка функционирования МАЛ как СМО, учитывающей наличие скрытого приоритета в обслуживании абонентов с функцией «автодозвон».

5. Расчет МАЛ различных систем коммутации показал, что наличие пользователей Internet отрицательно сказывается на качестве обслуживания абонентов телефонии. Пример расчета МАЛ показал, что рост числа пользователей Internet до 10% от общего числа абонентов ведет к росту потерь по вызовам на порядок, если функцией «автодозвон» пользуются только пользователи Internet, и на два порядка, если функцией «автодозвон» пользуются все абоненты. МАЛ будет не работоспособным при таких высоких потерях - как с позиций абонентов телефонии, так и с позиций пользователей Internet . Более современная система коммутации DX 220 R5 наилучшим образом соответствует требованиям пользователей телефонии и Internet. А именно, при средней длительности сеанса Internet, равной 20 минутам, незначительное снижение качества обслуживания будет наблюдаться только при =0,7. 1,0. Анализ результатов статистического моделирования и их сравнение с результатами теоретических расчетов показал, что расчетные значения хорошо согласуются с результатами эксперимента.

6. Дополнительная нагрузка от пользователей Internet может вызывать отказы в направлениях связи к провайдерами Internet. Перспективным средством борьбы с такими отказами является выделение в ЦСК специального направления для доступа в Internet.

7. Разработана методика расчета допустимой длительности сеансов Internet в зависимости от параметров МАЛ и состава пользователей. Можно оказывать влияние на длительность сеансов Internet v, интенсивность заявок на реализацию сеансов Internet. Среди наиболее важных параметров МАЛ, которые могут регулироваться в процессе проектирования и эксплуатации можно указать на величину ст - коэффициент концентрации нагрузки в модуле абонентских линий, на величину - долю пользователей Internet в общем числе абонентов и на величину S - долю абонентов, использующих функцию «автодозвон».

1. В. Б. Булгак, Л. Е. Варакин, Ю. К. Ивашкевич, В. Д. Москвитин, В. Г. Осипов. Концепция развития связи Российской Федерации. - Технологии электронных коммуникаций, том 61.- М.: 1996 г.-112 с.

2. Варакин Л.Е., Соколов Н.А. Универсальная Персональная Связь. -Электросвязь, N 7, 1993, с. 4 6.

3. CCITT. Draft Recommendation I.37X «Network Capabilities to support Universal Personal Telecommunication (UPT)».-Temporary Document N54 (XVIII), Geneva, 1992, 34 p.

4. Булгак В.Б. Стратегические аспекты развития электросвязи в Российской Федерации. Электросвязь, N 1, 1993, с. 2-4.5.3ахаров Т.П. Развитие электросвязи. Вестник связи, N1, 1992, с. 25 - 28.

5. Н.А.Соколов. Эволюция местных телефонных сетей. Пермь, Книга, 1994 , 375 с.

6. Громаков Ю.А. Тенденции развития сотовых систем подвижной радиосвязи. -Электросвязь, N 8, 1993, с. 2 8.

7. CCITT. Integrated Services Digital Network. Blue Book, Vol. Ill - Fascicle Ш.8, Geneva, 1989, 282 p.

8. R.A. Miska, N. Peshavaria. Personal communications: a matter of time technology. Trends in Telecommunications, 1992, Vol. 8, No 1, pp. 15-24.

9. D. Grillo, R.J.G. MacNamee, B. Rashidzadeh. Towards third generation mobile system: a European possible transition path. -Computer Networks and ISDN Systems, Vol. 25, 1993, pp. 947 -961.

10. Варакин Л.Е. Экономика, связь, развитие общества: макроэкономические закономерности развития связи. Электросвязь, N1,1994,с. 3-7.

11. Варакин Л.Е. Электросвязь и экономика: информационно-экономический закон. Электросвязь, N 12,1992, с.5-8.13. 1994 International Telecom Statistics. München: Siemens, 1994.

12. Руководящий документ по общегосударственной системе автоматизированной телефонной связи (ОГСТфС). Книга I. М.: Прейскурантиздат, 1988, 448 с.

13. Кудрявцев Г. Г., Варакин JI. Е. Экономические аспекты развития телефонных сетей. Электросвязь, N1,1990, с. 2 - 7.

14. Болотин Б.М., Шейнис В .Я. Экономика развивающихся стран в цифрах. Опыт справочно-статистического исследования. 1950 -1985 годы. М.: Наука, 1988,120 с.

15. Стародубцев В.Н. Терминалы телематических служб на базе персональных ЭВМ. Электросвязь, 1992, N2, с. 11 -13.

16. Ф. Дженнингс. Практическая передача данных: Модемы, сети и протоколы: Пер. с англ. М. : Мир, 1989, 272 с.

17. Кибакин В.М., Завьялов В.Н. Сети ПВ в общей структуре телекоммуникаций. Вестник связи, N4, 1993, с. 15.

18. Блэк Ю. Сети ЭВМ: протоколы, стандарты, интерфейсы. М.: МИР, 1990, 510с.

19. Vision O.N. Е Optimized Network Evolution. - München: Siemens, 1991.

20. CCITT. Integrated Services Digital Network. Blue Book, Vol. Ill - Fascicle Ш.8, Geneva, 1989, 282 p.

21. Боккер П. Цифровая сеть с интеграцией служб. Понятия, методы, системы: Пер. с нем. М.: Радио и связь, 1991, 304 с.

22. I. Sakakibara, F. Higashiyama. Future Development of Optical Subscriber Network. NTT Review, Vol. 3, No 6,1991, pp. 21 - 26.

23. Д. Яременко. Устройства абонентского доступа ISDN.-Connect. Мир связи, N 10, 1998, с.78-81.

24. А. Ивакин. Технологии высокоскоростного доступа: цифровой абонентский доступ. Connect. Мир связи, 1998, N 9, с.68-72.

25. B.C. Лагутин, А.Г. Попова, И.В. Степанова. Сети телекоммуникаций в условиях эволюции оконечных устройств. М.: Радио и связь, 1998.-78 с.

26. Милиар Смит С.М. Телекоммуникации в 2010 году. Электросвязь, N9,1994, с.2-5.

27. А. Володин. Телефоны становятся умнее. Connect. Мир связи, N 9,1998, с.74-80.

28. S. Titch. BAMS sells mobile fax machines. Telephony/November 16, 1992, pp. 23 - 28.

29. L.K. Vanston, W.J. Kennedy, S. Nance. Forecast for Facsimile. TE&M, September 15, 1991, pp. 48 - 52

30. Лагутин B.C. Цифровая сеть общего пользования г. Москва. -«Электросвязь», N6, 1995, с.7-9.

31. Лагутин B.C., Попова А.Г., Степанова И.В. Реализация современных услуг связи на цифровых системах коммутации. М.: МГТС, 1997.- 82 с.

32. В.В.Никандров. Доступ к Internet.- Connect. Мир связи, N 9, 1998, с.65-68.

33. Захаров Г.П. Сети с искусственным интеллектом: концепция построения и вопросы терминологии. Системы и средства телекоммуникаций, N 1, 1993, с.З .

34. Варакин Л.Е., Кучерявый А.Е., Соколов Н.А., Филюшин Ю.И. Интеллектуальная сеть: концепция и архитектура.- Электросвязь, N 1, 1992, с.7 .

35. Першакова А.В. Перспективы развития Интеллектуальных сетей в Европе. -Научно-технический Сборник «Связь», Выпуск 3, 1993, с. 24 27.

36. CCITT. COM XVIII-R 72-Е (COM XI-R 108-Е). «Part II of the report New Draft Recommendations on Intelligent Network Architecture» - Geneva, 1991, 55 p.

37. S. Akselsen, A.K. Eidsvik, T. Folkow. Telemedicine and ISDN. IEEE Communications Magazine, January 1993, Vol. 31 No 1, pp. 46 - 51.

38. Варакин JI.E., Кучерявый A.E., Соколов H.A., Филюшин Ю.И. Интеллектуальная сеть: концепция и архитектура. Электросвязь, N 1, 1992, с. 7-10.

39. Рудов Ю.К, Яковлев А.В., Лукинов В.Н. Пути создания оборудования для широкополосных цифровых сетей интегрального обслуживания. Системы и средства телекоммуникаций, N2, 1993, с. 12 - 15.

40. Электронные цифровые системы коммутации: Учеб. пособие для вузов/ И.Ф.Болгов, Т.И. Гуан , O.A. Соболев, A.B. Танько. М.: Радио и связь, 1985, 144 с.

41. D. Clark. ISDN PABX Applications. Communications International, May 1993, Vol. 27, p. 26 - 26.

42. Цифровая коммутационная система 5ESS. AT&T Network Systems International ВV, Hilversum, Netherlands, 1996.

43. Цифровая коммутационная система AXE-10. Ericsson Training Center, Moscow, 1998.

44. Introduction to System 12. Alcatel Bell, Lenbell, 1987.

45. Башарин Г. П., Харкевич А. Д., Шнепс М. А. Массовое обслуживание в телефонии. М.: Наука, 1968.- 244с.

46. Ионии Г. Л. Теория телетрафика. Рига: РПИ, 1975. — 182 с.

47. Клейнрок Л. Вычислительные системы с очередями.- М.: Мир, 1979.600 с.

48. Корнышев Ю. Н., Фань Г. Л. Теория распределения информации.- М.:1986.

49. Лившиц Б. С., Пшеничников А. П., Харкевич А. Д. Теория телетрафика.- М.: Связь, 1979—224 с.

50. Саати Т. Л. Элементы теории массового обслуживания и ее приложения.- М.: Советское радио, 1971.—515 с.

51. Системы распределения информации. Методы расчета. — М.: Связь, 1979.— 344 с.

52. Эллдин А., Линд Г. Основы теории телетрафика.- М.: Связь, 1972.- 200 с.

53. Новиков О. А., Петухов С. И. Прикладные вопросы теории массового обслуживания.- М.: Советское радио, 1969.

54. Шнепс М. А. Численные методы теории телетрафика. М.: Связь, 1974.

55. Лившиц Б. С., Фидлин Л. В. Системы массового обслуживания с конечным числом источников.— М.: Связь, 1968.—167 с.

56. Ивченко Г. И., Каштанов В. А., Коваленко И. Н. Теория массового обслуживания. — ГЛ.: Высшая школа, 1982. — 256 с.

57. В.О.Шварцман. Сравнение стандартов МСЭ и Internet.-«BecTHHK связи», N4,1999, с.118-122.

58. Б.Ревелова,О.И.Копытко. Влияние трафика Internet на телефонную сеть.-«Вестник связи», N4,1999, с. 12-16.

59. M.r.EaraiaHOB.ISDN и IP- телефония. «Вестник связи», N 4,1999, с. 17-22.

60. В.О.Шварцман. Истоки и перспективы компьютерной телефонии. «Вестник связи», N4, 1999, с.30-38.

61. Зверев Б.В., Микуцкий А.Г. Услуги телефонной связи через Интернет. -«Электросвязь»,N6,1998,с. 15-18.

62. Правила присоединения ведомственных и выделенных сетей электросвязи к сети связи общего пользования. «Технология и средства связи», N1, 1997, с.23-35.

63. Теория телетрафика: Пер. с нем. / Под ред. Г. П. Башарина. М.: Связь, 1971.-400 с.

64. Правила оказания услуг телефонной связи. Утверждены постановлением Правительства РФ от 26 сентября 1997 года ,N1235.- «Вестник связи», N 4,1999.

65. М.Шварц. Сети связи. Протоколы, моделирование и анализ: в 2-х частях.-М.:Наука,1992, 336с.

66. М.А.Шнепс. Системы распределения информации. Методы расчета: Справочное пособие.- М.: Связь, 1979- 344с.

67. Б.С.Лившиц, Я. В. Филин, А. Д. Харкевич. Теория телефонных и телеграфных сообщений.- М.: Связь, 1971 .- 304 с.72 .Ю.Н.Корнышев А.П.Пшеничников, А.Д.Харкевич. Теория телетрафика. -М.: Радио и связь, 1996.-272 с.

68. Аль-Нассравин Мамун Зухер. Модели распределенных систем управления и методы их анализа. Тезисы доклада. L111 научная сессия, посвященная дню Радио РНТОРЭС им. А. С. Попова, М., 1998, с.34-35.

69. Аль Нассравин Мамун Зухер. Организация системы управления ЦСК. Тезисы доклада. Международный форум информатизации МФИ-98 «Телекоммуникационные и вычислительные системы», М., ноябрь 1998 г.

70. Попова А.Г., Аль Нассравин Мамун Зухер. Подход к расчету и оптимизации потоков трафика в цифровых системах коммутации. Тезисы доклада. Международный форум информатизации МФИ-99 «Коммуникационные технологии и сети», М., ноябрь 1999 г., с. 145-146.

71. Аль Нассравин Мамун Зухер. Методы анализа распределенных систем управления в цифровых системах коммутации. Депонированная статья в ЦНТИ «Информсвязь», N 2124 св-98 от 05 мая 1998,с.45-48.

72. Аль Нассравин Мамун Зухер. Анализ принципов обеспечения абонентского доступа в современных цифровых системах коммутации. Депонированная статья в ЦНТИ «Информсвязь», N 2152 св-98 от 27 апреля 1999,с.63-73.

73. Аль Нассравин Мамун Зухер. Математический метод оптимизации состава абонентов ступени абонентского искания. Депонированная статья в ЦНТИ «Информсвязь», 2000г., 8с.

74. Беллами Дж. Цифровая телефония. Пер. с англ.- М.: Радио и связь, 1986. 544 с.79.

75. Ионин Г.Л., Седол Я.Я. Статистическое моделирование систем телетрафика. -М.: Радио и связь, 1982.-182 с.

76. Матвеев В. Ф., Ушаков В.Г. Системы массового обслуживания. М.: МГУ,1984.-240 с.

77. Нейман В.И. Структуры систем распределения информации. 2-ое изд. Перераб. и доп.- М.: Радио и связь, 1983.217 с.

78. Берлин А. Н. Алгоритмическое обеспечение АТС.- М.: Радио и связь, 1986.128 с.

79. Боэм Б.И. Характеристики качества программного обеспечения. Пер. с англ.- М.: Мир, 1981.-208 с.

80. Бенеш В.Э. Математические основы теории телефонных сообщений. Пер. с англ./ Под ред. И. Н. Коваленко. - М.: Связь, 1086.- 291 с.

81. Ермаков С. М., Михайлов Г.А. Курс статистического моделирования. М.: Наука, 1976.

82. Степанов С.Н. Численные методы расчета систем с повторными вызовами. М.: Наука, 1983. 228 с.

83. Поляк Д.Г. Оценка точности статистического моделирования систем массового обслуживания. Техническая кибернетика, 1970,Nl,c.80-88.

84. Лазарев В.Г., Пийль E.H., Турута E.H. Построение программируемых управляющих устройств. -М.: Энергоатомиздат, 1984.- 192 с.

85. Шварц М. Сети связи. Протоколы, моделирование и анализ. Пер. с англ./ Под ред. Неймана В.И.- М.:Наука,1992.

86. Культин Н. Б. Программирование в Turbo Pascal 7.0 и Delphi.- Спб.: BHV -Санкт-Петербург, 1998 240с.,ил.93 .Прайс Д. Программирование на языке Паскаль: Практическое руководство. Пер. с англ. М.: Мир,1987.- 232 е.,ил.

87. Фокс Дж. Программное обеспечение и его разработка: пер. с англ. М.: Мир,1985. - 368 е.,ил.95.3елковиц М., Шоу А., Гэннон Дж. Принципы разработки программного обеспечения: пер. с англ. -М.: Мир,1982.-232 е., ил.

88. Немнюгин С.А. Turbo Pascal. СПб: Издательство «Питер», 2000. - 496 е., ил.

89. Вебер Р. Конфигурирование ПК на процессорах Pentium, ММХ, AMD: пер. с нем. М.: Мир, 1998.- 416 с., ил.

90. Андердал Б. Самоучитель Windows 98. СПб: Издательство «Питер», 1998. -368 е., ил.

91. Карпенко С., Шишигин И. Internet в вопросах и ответах. Спб.: BHV -Санкт-Петербург, 1996 - 464 е., ил.

92. Скотт Мюллер. Модернизация и ремонт персональных компьютеров: пер. с англ. М.: «Издательство БИНОМ», 1997. - 896 е., ил.

93. UPGRADE новый уровень ваших компьютеров. Выпуск 7. -«ПИРИТ», 1999.- 176 с. - www, pirit. ru.

94. Фигурнов В.Э. IBM PC для пользователя. Изд. 7-е. М.: ИНФРА-МД997. -640 е., ил.