
Телекоммуникационные системы и сети. Структура и основные функции. Том 1 / Содержание / Раздел 7. Методы распределения информации / Тема 7.7. Способы распределения нагрузки в сетях связи
- Раздел 1. Основы построения телекоммуникационных систем
- Тема 1.1. Місце систем телекомунікацій в інформаційній інфраструктурі сучасного суспільства
- Тема 1.2. Общая архитектура и задачи телекоммуникационных систем
- Тема 1.3. Классификация сетей, клиентов, операторов и услуг связи
- Тема 1.4. Краткая характеристика существующих телекоммуникационных технологий
- Тема 1.5. Требования к современным и перспективным ТКС
- Тема 1.6. Контрольные вопросы и задания
- Раздел 2. Сети связи последующего поколения: архитектура, основные характеристики и услуги
- Тема 2.1. Определение и характеристика основных возможностей NGN
- Тема 2.2. Инфокоммуникационные услуги. Особенности услуг связи следующего поколения
- Тема 2.3. Многоуровневая архитектура и функциональный состав NGN
- Тема 2.4. Перспективы концепции NGN
- Тема 2.5. Контрольные вопросы и задания
- [→] Раздел 3. Стандартизация сетевых протоколов и телекоммуникационного оборудования
- Тема 3.1. Открытые системы и их взаимодействие
- Тема 3.2. Основные организации по стандартизации сетевых решений
- [→] Тема 3.3. Эталонная модель взаимодействия открытых систем
- 3.3.1. Многоуровневый подход и декомпозиция задачи сетевого взаимодействия
- 3.3.2. Интерфейс, протокол, стек протоколов
- 3.3.3. Общая характеристика модели OSI
- 3.3.4. Физический уровень. Функции и примеры протоколов
- 3.3.5. Канальный уровень. Функции и примеры протоколов
- 3.3.6. Сетевой уровень. Функции и примеры протоколов
- 3.3.7. Транспортный уровень. Функции и примеры протоколов
- 3.3.8. Сеансовый уровень. Функции и примеры протоколов
- 3.3.9. Представительский уровень. Функции и примеры протоколов
- 3.3.10. Прикладной уровень. Функции и примеры протоколов
- [→] 3.3.11. Деление ЭМВОС на сетенезависимые и сетезависимые уровни
- Тема 3.4. Стандартные стеки сетевых протоколов
- 3.4.1. Стек протоколов OSI
- 3.4.2. Стек протоколов TCP/IP
- 3.4.3. Стек протоколов IPX/SPX
- 3.4.4. Стек протоколов NetBIOS/SMB
- 3.4.5. Стек протоколов технологии Х.25
- 3.4.6. Стек протоколов технологии Frame Relay
- 3.4.7. Стек протоколов технологии B-ISDN и АТМ
- 3.4.8. Семейство протоколов DECnet
- 3.4.9. Сетевая модель DoD
- 3.4.10. Связь стандартов IEEE 802 с моделью OSI
- 3.4.11. Стек протоколов сетей следующего поколения
- Тема 3.5. Стандартизация сетевого оборудования
- Тема 3.6. Контрольные вопросы и задания
- Раздел 4. Линии связи
- Тема 4.1. Физические параметры среды распространения электромагнитных волн
- Тема 4.2. Общие сведения о линиях связи
- Тема 4.3. Основные свойства кабельных линий связи
- Тема 4.4. Линии связи на основе медных кабелей
- Тема 4.5. Теория волоконных световодов
- Тема 4.6. Свойства неоднородных линий
- Тема 4.7. Конструкции кабелей связи
- Тема 4.8. Электромагнитные влияния в линиях связи
- Тема 4.9. Структурированные кабельные системы
- Тема 4.10. Атмосферная лазерная связь
- Тема 4.11. Особенности радиолиний, радиорелейных и спутниковых линий связи
- 4.11.1. Общие принципы построения радиолиний связи
- 4.11.2. Распространение радиоволн в радиолиниях связи
- 4.11.3. Особенности распространения радиоволн в радиорелейных линиях связи
- 4.11.4. Особенности распространения радиоволн в спутниковых линиях связи
- 4.11.5. Особенности построения радиолиний связи
- 4.11.6. Общие характеристики построения спутниковых линий связи
- 4.11.7. Зоны видимости для систем спутниковой связи
- 4.11.8. Статистическая структура сигналов СЛС
- 4.11.9. Основные составляющие систем спутниковой связи
- 4.11.10. Методы организации спутниковой связи
- 4.11.11. Обоснование выбора параметров аппаратуры при проектировании радиорелейных линий
- 4.11.12. Выбор энергетических характеристик радиорелейных линий
- 4.11.13. Устойчивость функционирования радиорелейных линий
- Тема 4.12. Контрольные вопросы и задания
- Раздел 5. Способы формирования групповых сигналов
- Тема 5.1. Краткая характеристика способов формирования групповых сигналов
- Тема 5.2. Способы формирования аналоговых групповых сигналов
- Тема 5.3. Способы формирования цифровых групповых сигналов
- Тема 5.4. Объединение синхронных цифровых потоков
- Тема 5.5. Объединение асинхронных цифровых потоков
- Тема 5.6. Объединение низкоскоростных потоков
- Тема 5.7. Кодовое уплотнение сигналов
- Тема 5.8. Виды сигналов в системах с кодовым разделением
- Тема 5.9. Технология спектрального уплотнения
- Тема 5.10. Формирование группового сигнала с использованием IP-технологий
- Тема 5.11. Контрольные вопросы и задания
- Раздел 6. Методы доступа
- Тема 6.1. Общая характеристика методов доступа
- Тема 6.2. Методы решения конфликтов в алгоритмах доступа
- Тема 6.3. Модели и архитектура сети доступа
- Тема 6.4. Оптические технологии в сети доступа
- Тема 6.5. Методы использования физических ресурсов в сетях доступа
- Тема 6.6. Особенности использования пространственно-поляризационных параметров при радиодоступе
- Тема 6.7. Контрольные вопросы и задания
- Раздел 8. Системы синхронизации
- Тема 8.1. Виды синхронизации, их роль, место и задачи в современных цифровых системах связи
- Тема 8.2. Фазовая (частотная) синхронизация
- Тема 8.3. Тактовая (символьная) синхронизация
- Тема 8.4. Джиттер и вандер цифровых сигналов
- Тема 8.5. Цикловая (кадровая) синхронизация
- Тема 8.6. Сетевая синхронизация цифровой связи
- Тема 8.7. Контрольные вопросы и задания
- Раздел 9. Системы сигнализации
- Тема 9.1. Виды и состав сигналов
- Тема 9.2. Классификация протоколов сигнализации
- Тема 9.3. Внутрисистемная сигнализация в ЦСК
- Тема 9.4. Особенности сигнализации в стыках V.5
- Тема 9.5. Абонентская сигнализация
- Тема 9.6. Оборудование сигнализации современных ЦСК
- Тема 9.7. Специфические особенности украинских систем сигнализации
- Тема 9.8. Методология спецификации и описания систем сигнализации
- Тема 9.9. Цифровая многочастотная сигнализация R2D
- Тема 9.10. Общеканальная система сигнализации № 7
- Тема 9.11. Сигнализация DSS1
- Тема 9.12. Сигнализация в корпоративных сетях
- Тема 9.13. Сигнализация в сетях с коммутацией пакетов
- Тема 9.14. Сигнализация в сетях B-ISDN/ATM
- Тема 9.15. Сигнализация в сети ІР-телефонии
- Тема 9.16. Контрольные вопросы и задания
- Раздел 10. Технологии и протоколы управления в ТКС
- Тема 10.1. Содержание задач управления в сетях следующего поколения
- Тема 10.2. Подсистема управления услугами
- Тема 10.3. Подсистема контроля и управления сетью
- Тема 10.4. Подсистема сетевого управления на уровнях транспорта и доступа
- 10.4.1. Базовая архитектура управления на уровнях транспорта и доступа ТКС
- 10.4.2. Классификация и маркировка пакетов трафика
- 10.4.3. Управление интенсивностью трафика
- 10.4.4. Управление очередями на сетевых узлах
- 10.4.5. Маршрутизация: цели, основные задачи и протоколы
- 10.4.6. Сигнальные протоколы резервирования сетевых ресурсов
- 10.4.7. Функции управления канального уровня относительно обеспечения QoS
- 10.4.8. Уровни качества обслуживания и соответствующие им модели обслуживания
- Тема 10.5. Перспективы развития технологий сетевого управления
- Тема 10.6. Контрольные вопросы и задания
- Раздел 11. Конвергенция в телекоммуникационных системах
- Тема 11.1. Конвергенция в ТКС: история, цели и задачи
- Тема 11.2. Виды конвергенции
- Тема 11.3. Примеры решений относительно конвергенции в системах телекоммуникаций
- Тема 11.4. Качество конвергентных услуг
- Тема 11.5. Контрольные вопросы и задания
- Раздел 12. Методы обеспечения информационной безопасности объектов телекоммуникационной системы
- Тема 12.1. Основные термины и понятия в сфере информационной безопасности
- Тема 12.2. Основные подходы к обеспечению информационной безопасности
- Тема 12.3. Криптографическая защита информации
- Тема 12.4. Использование механизма электронной цифровой подписи
- Тема 12.5. Техническая защита информации
- Тема 12.6. Контрольные вопросы и задания
- Раздел 13. Электропитание телекоммуникационных систем связи
- Тема 13.1. Общие положения
- Тема 13.2. Системы электропитания предприятий электросвязи
- Тема 13.3. Типовое оборудование электроустановок предприятий электросвязи
- Тема 13.4. Дистанционное электропитание
- Тема 13.5. Источники бесперебойного питания (ИБП)
- Тема 13.6. Электромагнитная совместимость источников электропитания
- Тема 13.7. Перспективы развития электропитания ТКС
- Тема 13.8. Контрольные вопросы и задания
7.7.1. Распределение нагрузки в телефонных сетях
Телефонні мережі являють собою, як правило, сукупність телефонних станцій, з’єднаних пучками міжстанційних ліній або каналів. Пучком ліній називається сукупність ліній, що обслуговують навантаження, яке надходить від певної групи джерел навантаження до певної групи приймачів цього навантаження.
Потоком вхідного або обслуженого навантаження називається навантаження, що надходить на лінії, або обслужене лініями одного пучка.
Величини потоків телефонного навантаження повністю визначаються взаємною зацікавленістю в телефонному зв’язку абонентів різних станцій. Тому при проектуванні АТС точно встановити величини міжстанційних потоків навантаження неможливо. Це можна зробити тільки після введення АТС у дію шляхом спеціальних спостережень за потоками навантаження.
Нехай спостереження за інтенсивностями потоків навантаження здійснюються періодами до 15 хв. Часові положення проміжків тривалістю в 1 годину, що починаються зі зсувом у 15 хв, позначимо моментами часу t1, t2, ..., tr, розташованими в середині кожного із проміжків. Середні значення інтенсивностей навантаження від АТС до ATCj у ці проміжки часу позначимо вектором
Yij = {yij(t1), yij(t2), ..., yij(tr)} | (7.7.1) |
Нехай на напрямку ij ГНН припадає на k-й проміжок часу. Інтенсивність навантаження в ГНН позначимо yij(tk).
При m АТС на мережі інтенсивності міжстанційних потоків навантаження повністю характеризуються квадратною матрицею векторів
![]() | (7.7.2) |
На телефонних мережах мають місце об’єднання й поділ потоків навантаження. Під час розгляду цих явищ користуються поняттями вихідного та вхідного навантажень.
Поділ потоків. Під вихідним від ATCi навантаженням мають на увазі суму потоків навантаження, що виходять від АТСi до всіх АТС мережі. Вектор інтенсивностей вихідного від АТСi навантаження визначиться як сума елементів i-го рядка матриці (7.7.2):
![]() | (7.7.3) |
За правилом додавання векторів вираз (7.7.3) з урахуванням (7.7.1) можна записати в такому вигляді
![]() | (7.7.4) |
Інтенсивність вихідного навантаження в ГНН визначається з виразу
![]() | (7.7.5) |
В окремому випадку при збігу часових положень ГНН на напрямках міжстанційного зв’язку ij (j = 1, 2, ..., m).
![]() | (7.7.6) |
При цьому має місце співвідношення
![]() | (7.7.7) |
Очевидність цього співвідношення ілюструється найпростішим прикладом підсумовування інтенсивностей двох потоків з не співпадаючим ГНН (рис. 7.7.1).
Рис. 7.7.1. Залежності зміни інтенсивностей двох потоків навантаження з незбіжними ГНН і сумарної інтенсивності цих потоків по годинниках доби:
а — перший варіант ГНН; б — другий варіант ГНН; в — об’єднаний варіант ГНН
Об’єднання потоків. Під вхідним на ATCj навантаженням розуміється сума потоків навантаження, що входять на ATCj від усіх АТС мережі. Вектор інтенсивностей вхідного на ATCj навантаження визначається як сума елементів j-го стовпця матриці (див. рис. 7.3.10).
![]() | (7.7.8) |
За аналогією з (7.7.4)
![]() | (7.7.9) |
Інтенсивність вхідного навантаження в ГНН визначається з виразу
![]() | (7.7.10) |
При збігу часових положень ГНН на напрямках ij (i = 1, 2, ..., m)
![]() | (7.7.11) |
(7.7.7) має місце співвідношення
![]() | (7.7.12) |
З формул (7.7.6) і (7.7.1) випливає, що при об’єднанні й поділі потоків навантаження в умовах збігу часових положень ГНН на всіх напрямках міжстанційного зв’язку ij (i = 1, 2, ..., m) інтенсивності результуючих потоків у ГНН однозначно визначаються через інтенсивності в ГНН їхніх потоків, тобто замість матриці векторів (7.16) достатньо мати квадратну матрицю скалярів ||y*ij(tk)||.
Далі в тих випадках, коли інтенсивності всіх міжстанційних потоків навантаження розглядаються в той самий часовий інтервал, для простоти позначень замість yij(tk) писатимемо yij.
За умови збігу часових положень ГНН на всіх напрямках міжстанційного зв’язку ij (i = 1, 2, ..., m) інтенсивність сумарного навантаження в ГНН, що виходить від усіх АТС мережі, визначиться з виразу
![]() | (7.7.13) |
а інтенсивність сумарного навантаження в ГНН, що входить на всі АТС мережі, з виразу
![]() | (7.7.14) |
З порівняння (7.7.13) і (7.7.14) випливає
y*вих = y*вх | (7.7.15) |
тобто інтенсивність сумарного навантаження, що виходить від усіх АТС мережі, дорівнює інтенсивності сумарного навантаження, що входить на всі АТС мережі.
Деякі закономірності формування потоків навантаження. Закономірності формування потоків навантаження можуть бути з’ясовані тільки шляхом постановки спостережень на діючих мережах. Спостереженнями встановлено, що тимчасове положення ГНН на напрямку ij істотно залежить від структурного складу абонентів АТСi та ATCj. Якщо ці АТС обслуговують переважно абонентів квартирного сектора, то має місце вечірній ГНН, якщо народногосподарського сектора, то ранковий ГНН. За інших однакових умов величини інтенсивностей потоків навантаження в ГНН в*ij (i = 1, 2, ..., r) тим більше, чим територіально ближче розташовані абоненти ATСi до абонентів ATCj. Зокрема, величина інтенсивності внутрішньостанційного навантаження ATCj y*ij за інших однакових умов зазвичай буває більше інтенсивностей потоків навантаження до інших АТС мережі.
Аналіз закономірностей формування абсолютних значень потоків навантаження зазвичай виконувати досить складно, оскільки ємність мережі в часі не залишається постійною, АТС різняться ємністю та структурним складом абонентів. Тому часто використовуються відношення інтенсивностей навантаження на напрямках міжстанційного зв’язку до інтенсивності навантаження, що виходить від АТС:
kij/yвихi (i, j = 1, 2, ..., m).
Ці відношення називають коефіцієнтами розподілу навантаження. Очевидне виконання такої умови:
![]() | (7.7.16) |
При відомих значеннях коефіцієнтів розподілу інтенсивності потоків навантаження визначаються з виразу
yij = kijyвихi (i, j = 1, 2, ..., m). | (7.7.17) |
Величина коефіцієнта розподілу kij тим більша, чим більше відношення інтенсивності вихідної від ATCj навантаження до інтенсивності сумарної вихідної від усіх АТС мережі навантаження:
![]() | (7.7.18) |
На рис. 7.7.2 як приклад наведено залежність kij = f(i), побудовану за даними норм технологічного проектування. Коефіцієнт розподілу від ATСi до ATСi kij називають коефіцієнтом внутрішньостанційного повідомлення.
Рис. 7.7.2. Залежність коефіцієнта внутрішньостанційного сполучення kii від відношення інтенсивності вихідного від АТСi навантаження до інтенсивності вихідного усіх АТС навантаження мережі — wi
Для проектування матриці інтенсивностей потоків навантаження у загальному випадку необхідно задати рядок векторів Yвихi (i = 1, 2, ..., m) та матрицю векторів
![]() | (7.7.19) |
Труднощі прогнозування коефіцієнтів kij полягають в тому, що їх значення, крім j, залежать ще від цілої низки факторів, які визначають взаємне телефонне тяжіння абонентів ATСi до абонентів ATCj. Кількісною оцінкою телефонного тяжіння є коефіцієнти тяжіння.
При рівномірному телефонному тяжінні між абонентами всієї мережі інтенсивність навантаження від ATСi до ATСj y′ij (i, j = 1, 2, ..., m) пропорційна частці інтенсивності навантаження, що виходить від ATCj, у сумарній інтенсивності навантаження, що виходить від усіх АТС мережі:
![]() | (7.7.20) |
Спостереженнями на діючих мережах установлено, що ця рівність зазвичай не виконується, оскільки тяжіння між абонентами різних АТС є нерівномірним. Якщо в ліву частину виразу (7.7.20) підставити фактичне значення навантаження yij, то для виконання рівності праву частину цього виразу необхідно помножити на коефіцієнт тяжіння fij:
![]() | (7.7.21) |
З виразів (7.7.20) та (7.7.21) випливає, що
![]() | (7.7.22) |
Коефіцієнт тяжіння fij абонентів АТСi до абонентів ATСj являє собою відношення фактичного значення інтенсивності навантаження від ATCi до ATCj до того значення інтенсивності навантаження, що було б між цими станціями при рівномірному телефонному тяжінні на мережі. При рівномірному тяжінні fij = 1 (i, j = 1, 2, ..., m).
Значення коефіцієнтів тяжіння можна обчислити тільки для діючих станцій. Для проектованих АТС їх значення прогнозуються на підставі аналізу закономірностей розподілу навантаження на діючих мережах.
Нехай для всіх станцій мережі в результаті прогнозу визначені значення інтенсивностей вихідних навантажень Yвихi (i = 1, 2, ..., m) і матриця векторів коефіцієнтів тяжіння ||fij||. Потрібно розрахувати матрицю векторів міжстанційних потоків навантаження ||Yij||.
Значення інтенсивностей міжстанційних потоків навантаження в кожний фіксований часовий інтервал розраховуються за (7.7.21). Перевіркою правильності розподілу yвихi є виконання рівності
![]() | (7.7.23) |
Якщо ця рівність не виконується, то обчислені значення yij множаться на коефіцієнт, що дорівнює
![]() | (7.7.24) |
Труднощі прогнозування матриці ||fij|| полягають у складній залежності зміни значень коефіцієнтів fij зі зростанням ємності телефонної мережі. Ця залежність є більш простою для так званих нормованих коефіцієнтів тяжіння.
Розподілятимемо інтенсивність вихідної від АТСi навантаження yвихi і пропорційно умовним вихідним навантаженням АТС мережі. Під умовним вихідним навантаженням ATCj розуміється добуток фактичного значення вихідного навантаження yвихj на коефіцієнт nij, що характеризує телефонне тяжіння абонентів ATCi до абонентів ATCj. Відповідно до правила пропорційного розподілу отримуємо
![]() | (7.7.25) |
Порівнюючи (7.7.25) з (7.7.21), можемо записати
![]() | (7.7.26) |
звідки
![]() | (7.7.27) |
Права частина виразу (7.7.27) від j не залежить, отже, для фіксованого і
![]() | (7.7.28) |
приймаючи nii = 1, одержимо
![]() | (7.7.29) |
Значення коефіцієнтів тяжіння істотно залежать від відстані між абонентами. На рис. 7.7.3 як приклад наведено усереднену залежність значень нормованих коефіцієнтів тяжіння від найкоротшої відстані між АТС для телефонної мережі, побудованої без вузлів. Аналітично крива рис. 7.6.1 може бути апроксимована рівнянням виду
![]() | (7.7.30) |
де значення постійних коефіцієнтів a, b, c залежать від ємності телефонної мережі й інших факторів. Нехай для всіх станцій мережі в результаті прогнозу визначені значення інтенсивностей вихідних навантажень Yвихi (i = 1, 2, ..., m) і матриця нормованих коефіцієнтів тяжіння ||nij||. Потрібно розрахувати матрицю міжстанційних потоків навантаження ||Yij||.
Рис. 7.7.3. Залежність нормуючих коефіцієнтів тяжіння nij від найкоротшої відстані між АТС lij
Значення інтенсивностей міжстанційних потоків навантаження в кожний фіксований часовий інтервал розраховуються за формулою (7.7.25).
Окрім коефіцієнтів fij та nij у літературі описані й інші коефіцієнти для обліку тяжіння між абонентами. Однак які би коефіцієнти не застосовувалися, прогнозування їхніх значень може здійснюватися тільки на підставі спостережень за їхніми значеннями на діючих мережах.
Приклад 7.5. Задано: інтенсивність навантаження, що надходить на проектовану АТСК1 у ранковий і вечірній ГНН: y1y = 504,6 Ерл; y1Y = 475,4 Ерл. Усе навантаження, що надходить від абонентів проектованої АТСК, розподіляється між чотирма АТС мережі (включаючи й проектовану). Інтенсивності вихідних навантажень від усіх АТС мережі в ранковий і вечірній ГНН наведено в табл. 7.7.1.
Таблиця 7.7.1
Параметр
|
Величина навантаження, Ерл, для АТС з індексом
|
|||
1
|
2
|
3
|
4
|
|
yiy
|
504,6
|
403
|
554
|
375
|
yiв
|
475,4
|
605
|
275
|
508
|
Нормовані коефіцієнти тяжіння в ранковий і вечірній ГНН від проектованої ATС до всіх АТС мережі:
n11y = 1; n12y = 0,53; n13y = 0,71; n14y = 0,42;
n11в = 1; n12в = 0,69; n13в = 0,4; n14в = 0,45.
Необхідно розрахувати інтенсивності міжстанційних потоків навантаження для розрахунку числа з’єднувальних ліній.
Розв’язання. Інтенсивності міжстанційних потоків у ранковий та вечірній ГНН розраховуються за (7.7.24):
Оскільки розрахунок числа з’єднувальних ліній здійснюється за максимальною інтенсивністю навантаження, тo інтенсивності навантаження, які шукають, будуть:
y11P = 200,7 Ерл; y12P = 161,2 Ерл; y13P = 156,1 Ерл; y14P = 88,2 Ерл.
Приклад 7.6. Задано: на комутаційну систему по чотирьох напрямках надходять навантаження, розрахункові інтенсивності яких дорівнюють:
yP1 вх = 10 Ерл; yP2 вх = 15 Ерл; yP3 вх = 20 Ерл; yP4 вх = 25 Ерл.
У комутаційній системі ці навантаження перерозподіляються по трьох напрямках пропорційно коефіцієнтам k1 = 0,25; k2 = 0,35; k3 = 0,4. Потрібно визначити розрахункові інтенсивності навантажень у трьох напрямках, включених у виходи комутаційної системи.
Розв’язання. За формулою розрахункового навантаження та математичного сподівання
розраховуємо за заданими величинами yp вх відповідні їм математичні сподівання навантажень:
y1 вх = 8,076 Ерл; y2 вх = 12,513 Ерл; y3 вх = 17,257 Ерл; y4 вх = 21,768 Ерл.
Сумарне середнє навантаження, що надходить на входи комутаційної системи, дорівнює
Середня величина навантаження на виходах щабля ГШ
yвих = 0,99yвх = 0,99 × 59,614 = 59 Ерл.
Це навантаження розподіляється по трьох напрямках:
y1 вих = k1 × yвих = 0,25 × 59 = 14,75 Ерл; y2 вих = 20,65 Ерл; y3 вих = 23,6 Ерл.
За формулою розраховуються розрахункові інтенсивності потоків навантаження:
y1 вих = 17,34 Ерл; yp2 вих = 23,72 Ерл; yp3 вих = 26,87 Ерл.