Лекция 7 Основные характеристики телекоммуникационных сетей 1

Лекция 7
Основные характеристики
телекоммуникационных сетей
1
Вопросы лекции
1.
2.
3.
4.
Пропускная способность
Функционирующая нагрузка
Живучесть сети
Надежность функционирования сети
2
Пропускная способность
Пропускная способность – это характеристика сети связи,
оценивающая возможность сетевых элементов выполнить
обслуживание заявок абонентов.
Пропускная способность для первичных и вторичных сетей связи
определяется по различным показателям
Первичная сеть.
Пропускная способность определяется числом каналов
направлениях и на ветвях сети связи либо линейной скоростью
каналов/трактов передачи.
Вторичная сеть
Пропускная способность оценивается объемом информации,
который передается от источников информации до
потребителей при заданных вероятностно-временных
ограничениях, определяемых требованиями к качеству
обслуживания.
3
Пропускная способность
Пропускная способность сети – это интегральная характеристика сети
Определяется как сумма пропускных способностей по всем
направлениям связи в сети.
Y   Yij
i
j
Пропускная способность направления связи численно равна
величине интенсивности обслуженной/исполненной нагрузки
Yij = Cijtc
где
Сij – интенсивность исполненного потока заявок в каждом ij –ом
направлении связи
tc – среднее время обслуживания заявки

Для вторичных сетей связи исполненная нагрузка оценивается при
выполнении норм на качество обслуживания заявок
4
Пропускная способность
Для телефонных сетей применяется способ обслуживания с
потерями. Поэтому, основным показателем качества является
вероятность потери вызова – р
Пропускная способность направления связи Yij(pij) равна
исполненной нагрузке в этом направлении при исполнении
требования к качеству обслуживания pj
Yj(pj)= Zj ( 1 – p j)
Важно!!!
Пропускная способность сети оценивается на множестве
значений обслуженных нагрузок по всем направлениям связи.
Суммарная пропускная способность всех направлений
определяет объем сообщений или нагрузку (в Эрлангах),
прошедших через сеть от источников сообщений к
потребителям информации, т.е. пропускную способность сети в
целом.
5
Пропускная способность
Пропускная способность сети связи – это суммарная нагрузка,
исполненная в единицу времени по всем направлениям связи, при
обеспечении заданных показателей качества обслуживания.
1
Z2
Источники заявок/
сообщений
Z
Zj
2
Y2
Y
Yj
R1
j
Сеть
связи
{pj}
Потребители
информации
(заявок/сообщений)
в направлениях
сети
j
Rj
2
Yj(pj)= Zj ( 1 – p j)
R
Z1
Y1
R2
1
Rj= Zj p
j
6
Пропускная способность
В общем виде, для сети пропускная способность может быть
представлена в виде матрицы
Матрица обслуженных нагрузок
Y11(p11)
Y21(p21)
Y=
Y12(p12)
Y22(p22)
…
Yi1(pi1)
…
…
…
Yi2(pi2)
…
…
…
…
YN1(pN1)
…
YN2(pN2)
…
Y1j(p1j)
Y2j(p2j)
…
…
…
Y1N(p1N)
Y2N(p2N)
…
Yij(pij)
…
…
…
YiN(piN)
…
YNj(pNj)
…
…
YNN(pNN)
В случае, если для каждого направления выполняется условие Jij = Jji, где
i,j  N а так же Yij+Yji = Yij, можно использовать наддиагональную
матрицу
Наддиагональная матрица обслуженных нагрузок
Y12(p12)
…
…
Y=
…
…
…
…
…
Y1j(p1j)
Y2j(p2j)
…
Yij(pij)
…
…
…
…
…
…
…
Y1N(p1N)
Y2N(p2N)
…
YiN(piN)
…
YN-1N(pN-1N)
7
Пропускная способность
Численное значение пропускной способности можно рассчитать по
формулам
I
Y ( p )   Yi ( pi )
i
N 1 N
Y ( p)   Yi j ( pi j )
i 1 j  2
где N – число узлов ( коммутационных центров) сети
I – число направлений связи в сети
8
Функционирующая нагрузка

Функционирующая с сети нагрузка – это суммарная
нагрузка, исполненная по всем ветвям сети
Матрица функционирующих нагрузкок
Ym12
Yф =
…
…
…
Ym1j
Ym2j
…
…
…
…
…
…
…
Ymij
…
…
…
…
…
Ym1N
Ym2N
…
YmiN
…
Ym(N-1)N
Ymij – величина исполненной нагрузки на ветви mij
M
Yô   Yk ( pi j )
m 1
N 1 N
Yô   Ymi j ( pi j )
i 1 j  2
M – количество ветвей в сети
9
Функционирующая нагрузка

Соотношение между пропускной способностью сети и
функционирующей нагрузкой описывается
неравенством
Y(p) ≤ Y ф
Неравенство основано на том, что в состав
направления связи может входить несколько ветвей.
Равенство может быть только для
некоммутируемых сетей, т.к. каждому направлению
связи ветвь и установление соединения может
осуществляться только по одному пути.
Y ф = Y(p) ( k -1)
k – среднее число узлов (КЦ) во всех путях
10
Функционирующая нагрузка
Пример расчета пропускной способности Y(p) и функционирующей
Yф нагрузок для сетей радиальной и кольцевой структурой
m23
3
m
2
1
N=3, M=2, I=3
23
m12
m
1
12
2
m13
3
N=3, M=3, I=3
Условия сравнения
• симметричность занятия ресурсов в направлениях
Jij = J ji
• число направлений в сети
I = N(N-1)/2 = 3
• в каждом направлении существует лишь один путь ( маршрут)
установления соединения
11
Функционирующая нагрузка
2
m23
3
12
2
N=3, M=2, I=3
1
23
m
m12
m
1
m13
3
N=3, M=3, I=3
Расчет нагрузок радиальной сети
Y (p) = Y12(p)+Y13(p)+Y23(p)
Для ветви m12: Ym12=Y12(p)+Y13(p)
Для ветви m23: Ym23=Y23(p)+Y13(p)
Yф = Ym12+Ym23=
=Y12(p)+2Y13(p)+Y23(p)
Yф > Y (p)
Расчет нагрузок кольцевой сети
Y (p) = Y12(p)+Y13(p)+Y23(p)
Каждому направлению Jij
соответствует ветвь m ij
Y ф =Ym12+Ym23+Ym13=
= Y12(p)+Y13(p)+Y23(p)
Y ф = Y (p)
12
Живучесть сети

Внешние воздействия на сеть:
 Землетрясение, наводнение, пожар, аварийные
строительные работы
 Преднамеренные разрушительные действия, ОМП
противника
Эти воздействия приводят к структурно-топологическим
изменениям, нарушению связности и снижению пропускной
способности направлений связи в сети.
Живучесть сети – это характеристика способности сети
обеспечить установление соединений и передачу сообщений
между источниками и потребителями информации при
выходе из строя ее элементов или участков без
нормирования качества обслуживания
13
Живучесть сети
Факторы, определяющие живучесть сети

Процессы и явления, вызывающие выход из строя элементов
сети




Агрессивные воздействия внешней среды
Вредное влияние сооружений, расположенных близко к сетевым
элементам ( ЛЭП, радиопомехи, обрыв в СЭП или нарушения
заземления и т.п.)
Воздействие оружия противника
Меры предупредительного характера, препятствующие
возникновению отказов сетевых элементов или повышающих
связность сети



Рациональное построение структуры и топологии сети
Использование высоконадежной и живучей аппаратуры и средств
управления сетью
Применение специальных мер защиты объектов связи (
ограждение, экранирование)
14
Живучесть сети
Виды живучести сети

Структурная

Функциональная
Сеть обладает структурной живучестью если граф сети,
описывающий ее структуру, останется связным после
воздействия внешних факторов, т. е. в каждом направлении
связи сохраниться хоть один путь доставки сообщений
Функциональной живучестью сети называют свойство сети
обеспечивать установление соединений и передачу сообщений
в направлениях связи при внешних воздействиях на ее
элементы или участки, при учете функциональных
возможностей используемых средств связи в этих
направлениях.
15
Живучесть сети
Количественная оценка живучести – это вероятность выживания
направлений связи сети
Если предположить, что i,j –ом направлении связи существует один
путь передачи сообщений, то живучесть пути Wij можно
определить в виде – вероятности сохранения связности в
последовательной цепочки ветвей и узлов
M ij
K ij
m 1
k 1
W  Wmij Wkij
1
ij
где
Мij – количество ветвей в i,j –ом пути
Wmij – вероятность выживания m –й ветви i,j –ого пути
Кij – количество узлов ( коммутационных центров) i,j –ого пути
Wkij – вероятность выживания k –го узла i,j –ого пути
16
Живучесть сети
При наличии в направлении связи нескольких Х путей
доставки сообщений, то
X
Wij  1   (1  Wij )

 1
Влияние на живучесть сетевых возможностей:
• увеличение числа обходных путей ведет к повышению живучести
направления
• наибольший прирост живучести дает первый обходной путь. Последующие
обходные пути вносят незначительное увеличение живучести направления
связи
• существенный прирост живучести наблюдается при показателе живучести
ветвей Wm = 0,5…0,75
• значимость каждого вновь добавляемого пути оказывается ниже
предыдущего
17
Надежность функционирования сети
Надежность функционирования сети – это характеристика,
определяющая возможность абонентов обмениваться
информацией по сети в условиях возникновения
технических отказов и эксплуатационных ошибок без
заметного ухудшения вероятностно-временных
показателей качества обслуживания заявок.
Отказы и ошибки функционирования сетевых элементов
возникают в процессе реальной эксплуатации.
С точки зрения сети, надежность – это характеристика
проявления внутренних процессов на коммутационных
узлах и линейном оборудовании сети
18
Надежность функционирования сети
Надежность сети определяется надежностью входящих в нее
элементов.
Для оценки надежности сети, целесообразно, сеть «разбить» на
направления, каждому из которых задано требование к
качеству обслуживания и присущи показатели надежности
составляющих элементов.
Совокупность показателей надежности функционирования всех
направлений связи, характеризует надежность сети в целом.
Формально независимая оценка надежности направлений связи не
означает их функциональную независимость, т.к. одни и те же
элементы могут входить в состав различных направлений
19
Надежность функционирования сети
Показатель надежности функционирования сети – вероятность W(t)
безотказного обслуживания поступающих в сеть заявок.
Для ветви m
где
Wm(t)= Rm (1-pm)
Rm – вероятность безотказной работы ветви
pm – потери заявок на ветви ( показатель качества
обслуживания)
t – период времени безотказной работы ( гарантированный период )
Различные отказы: отказ в обслуживании может быть вызван

занятостью обслуживающих приборов ( это показатель качества
обслуживания

выходом из строя обслуживающего прибора ( это показатель
надежности функционирования)
20
Литература











Романов А. И. Телекоммуникационные сети и управление: Учебное
пособие –К. ИПЦ « Киевский университет», 2003, -247с.
Корнышев Ю.Н., Фань Г.Л. Теория распределения информации – М.:
Радио и связь, 1985
Сети ЭВМ. Под редакцией В.М. Глушкова – М.: Связь, 1977
Бусленко Н. П. Моделирование сложных систем – М. : Наука, 1978
Гнеденко Б.В., Коваленко И.Н. Введение в теорию массового
обслуживания – М.: Наука, 1966
Клейнрок Л. Коммутационные сети – М.: Наука, 1970
Шварц М. Сети ЭВМ. Анализ и проектирование - М.: Радио и связь,
1981
Советов Б.Я. и др. Построение сетей интегрального обслуживания –
Л.: Машиностроение, Лен отд-е, 1990
Клейнрок Л. Вычислительные сети с очередями – М.: Мир, 1979
Хилс М.Т. Принципы коммутации в электросвязи - М.: Радио и связь,
1984
Френк Г. , Фриш И. Сети, связь и потоки – М.: Связь, 1978
21
Спасибо за внимание!
22