Базовые понятия теории телетрафика

Теория телетрафика – базовый теоретический курс специальности «Сети связи и системы коммутации», основу которого составляет теория массового обслуживания.

Теория телетрафика рассматривает системы, которые условно можно считать состоящими из трех элементов:

1. Поток вызовов П;

2. Обслуживающее устройство ОУ или коммутационная система КС;

3. Алгоритм взаимодействия П и ОУ (дисциплина обслуживания).

Задачи, решаемые теорией телетрафика:

1. Исследование потока П, прогнозирование его характеристик;

2. Исследование и нахождение оптимальной структуры ОУ;

3. Исследование и нахождение оптимальных алгоритмов взаимодействия П и ОУ;

4. Определение объема необходимого оборудования для обслуживания потока П с заданным качеством;

5. Определение качества обслуживания потока П.

Сообщение – это форма представления информации, имеющая признаки начала и конца, и предназначенная для передачи через сеть или коммутационную систему.

Примеры сообщений – телефонный разговор, телеграмма, факсимильное сообщение, пакет данных, и т.д.

В теории телетрафика различают следующие виды сообщений:

1. Обслуженное – переданное через сеть связи или КС;

2. Потерянное – поступившее в сеть связи, но не переданное получателю по разным причинам (занятость или недоступность соединительных линий, повреждения, и т.д.);

3. Задержанное – поступившее в сеть и ожидающее начала передачи;

4. Условно потерянное – поступившее в сеть и задержанное сверх допустимого срока.

Вызов – требование источника на установление соединения, поступившее в сеть связи, КС, коммуникационного оборудования, с целью передачи или обслуживания сообщения.

Необходимо отметить, что вызов, в отличие от сообщения, характеризуется только моментом поступления.

В качестве источников вызовов могут выступать телефонный, телеграфный или факсимильный аппарат, персональный компьютер, абонентский терминал, управляющее устройство.

Часто одни и те же устройства могут служить и источниками, и приемниками вызовов.

Виды вызовов:

1. Обслуженный – получивший соединение. Различают полностью обслуженный вызов (получивший соединение с требуемым приемником) и частично обслуженный вызов (получивший соединение на участке сети);

2. Успешный – окончившийся передачей сообщения приемнику;

3. Потерянный – получивший отказ в установлении соединения. Вызовы, получившие ошибочные соединения, также относятся к потерянным.

4. Задержанный – ожидающий начала установления соединения.

5. Первичный – первый для данного сообщения вызов;

6. Повторный (вторичный) – поступивший в сеть связи через некоторый промежуток времени после того, как был потерян предыдущий вызов, соответствующий тому же сообщению.

Занятие – любое использование прибора, линии, устройства с целью установления соединения независимо от того, закончилось оно передачей сообщения или нет.

Занятие характеризуется моментом занятия и длительностью занятия.

Освобождение – возвращение прибора, линии, устройства в исходное состояние. Освобождение характеризуется только моментом наступления.

С учетом данных определений можно определить первое базовое понятие теории телетрафика – поток вызовов.

Поток вызовов – это множество последовательных моментов поступления вызовов.

Аналогично можно определить потоки сообщений, занятий, освобождений или других однородных событий.

Потоки вызовов будут рассмотрены на следующем вопросе.

Следующим базовым понятием является ОУ или коммутационная система, особенности которого рассматриваются на других дисциплинах.

В сетях электросвязи используются средства коммутации, которые – в общем случае – выполняют две основные функции:

· распределение информации;

· концентрация трафика.

Распределение информации – доставка сообщения по заданному (постоянно или оперативно) адресу.

Концентрация трафика – функция оборудования коммутации, которая позволяет эффективно использовать транспортные ресурсы. Характерный пример: концентрация абонентского трафика в соотношении "8 к 1" (она соединительная линия на восемь абонентских линий).

Третье базовое понятие – дисциплина обслуживания.

Обслуживание заявок может осуществляться по различным алгоритмам. В ряде систем массового обслуживания (СМО) алгоритм не выбирается. Такая ситуация, как правило, свойственна тем техническим системам, в которых не используется программное обеспечение. Для многих элементов, используемых в современных инфокоммуникационных системах, предусмотрен выбор алгоритма обслуживания заявок. Этот выбор осуществляется как на этапе проектирования сети, так и в процессе ее эксплуатации. В некоторых случаях алгоритм обслуживания заявок определяется международными или национальными стандартами.

Классификация алгоритмов обслуживания заявок в СМО может быть выполнена различными способами. На рисунке приведен первый способ классификаций. Он хорошо представляет алгоритмы, используемые в эксплуатируемых коммутационных станциях телефонной сети.

Рисунок 1. Первая классификация алгоритмов обслуживания заявок

Явные потери – неотъемлемый атрибут основных компонентов декадно-шаговых телефонных станций. Если отсутствует свободный обслуживающий прибор, то вызов теряется. Абонент практически сразу получает акустический сигнал "Занято". Алгоритм с явными потерями используется и в цифровых коммутационных станциях. В частности, при отсутствии свободных СЛ в требуемом направлении (во всех возможных путях установления соединения) вызов также теряется.

Условные потери подразумевают, что при отсутствии свободного обслуживающего прибора заявка ожидает его освобождения. Обычно считается, что условные потери не приводят к отказу в обслуживании. С другой стороны, очевидно, что чрезмерное время ожидания может привести к тому, что абонент откажется от попытки вызова.

Комбинированные потери позволяют определить более реальные – с практической точки зрения – алгоритмы обслуживания заявок. Три из них показаны в нижней части рисунка. Обслуживание с ограниченным временем ожидания давно используется в телефонных станциях. Например, если Вы слышите акустический сигнал "Ответ станции", но не набираете номер в течение некоторого интервала времени, то обслуживание будет прервано. Вы услышите акустический сигнал "Занято".

С алгоритмом, который ограничивает число мест для ожидания, многие абоненты сталкиваются при попытке дозвониться до справочной службы "09". Если все места для ожидания заполнены, вежливый голос приносит Вам свои извинения и просит повторить вызов позже. Некоторые справочные системы, используемые в телефонной сети, сочетают оба вида ограничений – по длительности ожидания и числу мест в очереди.

На рисунке приведен второй способ классификаций. Он более подходит для алгоритмов, используемых в устройствах управления современных систем коммутации. В данном случае основным классификационным признаком служит тот тип приоритета, который используется для обработки заявки.

Рисунок 2. Вторая классификация алгоритмов обслуживания заявок

Заявки могут обрабатываться без приоритета. Такой алгоритм характерен, например, для устройств управления электромеханических коммутационных станций. Приоритетные стратегии обработки заявок можно разделить на три основные группы, которые следует рассмотреть подробнее. Комбинированные алгоритмы предусматривают переход к приоритетному обслуживанию при определенных условиях (например, резкий рост трафика, приводящий к снижению показателей качества обслуживания).

Для анализа приоритетных стратегий целесообразно ввести простую модель. Все заявки, поступающие в СМО, делятся на группы, которым присваивается приоритет от 1 до . Заявка с приоритетом имеет преимущество перед заявками, которым присвоены приоритеты с до .

В СМО с относительными приоритетами обслуживание заявок не прерывается. Допустим, заявка с приоритетом застала все обслуживающие приборы занятыми. Тогда она встает в очередь перед всеми заявками, имеющими более низкий приоритет. Среди заявок с приоритетом она будет последней.

СМО с абсолютными приоритетами основаны на прерывании обслуживания заявок. Такая возможность предусмотрена для всех случаев, когда обслуживаются заявки более низкого приоритета. При этом могут использоваться три основных варианта возобновления прерванного процесса обслуживания заявок.

В некоторых СМО используются смешанные приоритеты. Тогда множество разбивается на несколько классов – . Чем меньше индекс у класса , тем выше абсолютный приоритет у обслуживаемых заявок. В пределах каждого класса заявкам назначаются относительные приоритеты.

Понятие «обслуживания заявок « включает также алгоритмы их выбора из очереди. Классификация основных алгоритмов выбора заявок на обслуживание приведена на рисунке. Предлагаемая классификация очень проста. Она включает всего один уровень алгоритмов.

Рисунок 3. Классификация алгоритмов выбора заявок на обслуживание

Случайный выбор заявок на обслуживание позволяет отказаться от каких-либо процедур формирования очереди. В инфокоммуникационных системах этот алгоритм используется редко. Обслуживание в порядке очереди – классический алгоритм выбора заявок из очереди. Он известен по англоязычным аббревиатурам FIFO (First In, First Out) и FCFS (First come, first served). Выбор заявки на обслуживание из конца очереди обычно используется в системах, подобных складам, но применяется также и в сетях связи. Этот алгоритм известен по аббревиатурам LIFO (Last In, First Out) и LCFS (Last come, first served).

Нами рассмотрены алгоритмы обслуживания заявок, которые можно назвать классическими. Они используются в инфокоммуникационных сетях различного назначения. Иные алгоритмы приняты для мультисервисных сетей (NGN). Речь идет об обработке IP пакетов, в составе которых передается информация различного вида.