Введение к работе
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, что 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 .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 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 МУМ/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 МТУСИ, а также в научно-исследовательской работе АО МГТС, что подтверждено соответствующими актами.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были представлены и обсуждались на L1П 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.
