p(i) = |
P(i) |
, i = 0,1, … , v. |
(2.9) |
||
N |
|
||||
|
|
|
|||
Нахождение величины интересующего нас показателя качества совместного обслуживания заявок для каждою из п анализируемых потоков:
πk = ∑i=v−bv |
k+1 p(i), k = 1,2, … , n. |
(2.10) |
Нахождение среднего числа занятых канальных единиц:
a |
(P |
)/(P ) для i ≤ ν |
|
|
Yk(i) = { |
k i−bk |
i |
(2.11) |
|
0 |
для i > ν |
|||
|
|
|||
|
|
|
Таким образом, для каждого из n потоков решается задача определения доли потерянных заявок, а также среднего значения канального ресурса линии, занятого на их обслуживание.
Для повышения точности решения задач планирования мультисервисных сетей необходимо учитывать реализацию механизмов допуска заявок к канальному ресурсу
иособенности формирования входных потоков заявок. Для внесения в модель простейших сетевых аспектов, когда ограниченный доступ к линии передачи интерпретируется как ограниченные передаточные возможности в местах прохождения информационных потоков, предшествующих рассматриваемой линии.
Вэтом смысле более действенным средством в предоставлении преимущества
ивыравнивании показателей качества обслуживания заявок оказывается резервирование канального ресурса для выделенной группы потоков.
32
3 МОДЕЛИРОВАНИЕ ОБРАБОТКИ ТРАФИКА В СЕТЯХ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ 3G
3.1Определение анализируемого участка в сетях 3G
Описанная в главе 2 модель обслуживания мультисервисного трафика может быть использована как для расчета характеристик радио-интерфейса, так и для других участков сети, в частности, для участка сети между БС и радиоконтроллером (для системы UMTS – Iub-интерфейс).
Данный участок был выбран не случайно, так как он является одним «узких» мест сети и накладывает немалые ограничения на емкость и пропускную способность системы. В связи с этим необходимо учитывать характеристики Iub-интерфейса при проектировании, чтобы получить наиболее близкое к оптимальному построение сети по критерию эффективность-стоимость. Также следует помнить, что планирование сети производится на несколько лет вперед с учетом роста нагрузки, а значит, в
процессе эксплуатации сеть будет модернизироваться и расширяться для поддержания требуемого качества обслуживания. Полный анализ системы позволит выявить проблемные места сети и снизить затраты на оптимизацию сети. Это еще одна причина, почему необходимо включать расчет параметров Iub-интерфейса в анализ системы для его полноты.
При оценке результатов планирования сети для анализа технических аспектов качества ее работы, как правило, используют следующие основные параметры:
вероятность блокировки вызова из-за недостатка ресурса сети; вероятность разрыва соединения из-за неуспешной попытки межсотового переключения связи
(хэндовера); интервал времени между передачей запроса на установление соединения вызывающим терминалом и окончанием процедуры установления соединения;
интервал времени между передачей запроса на установление соединения вызываемому терминалу и окончанием процедуры установления соединения;
интервал времени между передачей терминалом запроса на разъединение соединения и получение им подтверждения о разъединении.
33
В работе в качестве основного критерия оценки качества выбрана вероятности блокировки вызова из-за недостатка ресурсов сети. Для того чтобы требовать гарантированное качество обслуживания (QoS) для всех установленных соединений,
необходимо отказывать некоторым запросам на установление новых соединений
(например, в случаях, когда новое соединение может привести к деградации QoS
существующих соединений). Качество считается удовлетворительным, если данный параметр принимает значение в диапазоне 10-1 - 10-3.
3.2Расчет вероятности блокировки вызова для Iub-интерфейса в сети UMTS
Для определения исходных данных необходимо рассмотреть схему организации Iub-интерфейса, используемую в расчетах.
Реальные широкополосные мобильные сети строятся на архитектуре,
представленной на рисунке 3.1.
Рисунок 3.1 - Схема организации Iub-интерфейса
Для передачи пользовательской и сигнальной информации используются цифровые потоки Е1, пропускная способность которых составляет 2048 кбит/с.
34
Несколько таких потоков организуют виртуальные тракты (VP – Virtual Path) для различных классов трафика (технология IMA, описанная выше). Для более гибкого распределения ресурсов и за счет этого повышения емкости каждому тракту присваиваются свои характеристики качества обслуживания QoS. Примеры классов трафика для ATM технологии приведены в таблице 3.1.
Таблица 3.1 – Классы трафика для ATM
Классы обслуживания ATM |
Классы обслуживания UMTS |
Пример услуги |
|
|
|
|
|
|
Фоновый/интерактивный трафик |
|
|
Трафик класса «Best Effort» |
(интернет/пользовательские |
Веб-серфинг |
|
|
данные) |
|
|
|
|
|
|
Трафик реального времени |
Диалоговый (КК) |
Речь |
|
|
|
|
|
Трафик реального времени |
Потоковый (КК) |
Соединение через |
|
модем |
|||
|
|
||
|
|
|
|
Трафик реального времени |
Интерактивный/фоновый (КП) |
онлайн игры, FTP |
|
|
|
|
|
Трафик реального времени |
Диалоговый (КП) |
Речь (VoIP) |
|
|
|
|
|
Трафик реального времени |
Потоковый (КП) |
Мобильное ТВ |
|
|
|
|
В таблице 3.1 обозначены:
КК – технология коммутация каналов;
КП – технология коммутация пакетов.
По тракту радиосвязи БС-МС производится поочерёдная передача пакетов для разных соединений. Весь этот ресурс, за который идет борьба между поступающими вызовами, разделяется на более мелкие части – так называемые базовые передаточные единицы (BBU). Одна BBU обеспечивает скорость передачи bBBU = 16
кбит/с, что достаточно для речевого соединения.
Услуги реального времени имеют наивысший приоритет и обслуживаются в первую очередь. Не занятые ресурсы сети используются для обслуживания трафика класса «Best Effort» по остаточному принципу, так как этот класс менее требователен
35
к задержкам и основным критерием QoS служит ограничение по скорости передачи данных. Верхняя граница обусловлена возможностями сети в текущий момент времени, а нижняя определяется исходя из содержимого трафика.
Таблица 3.2 – Классы разделения поступающего трафика
№ п/п |
Вид услуги |
Требуемая скорость |
Требуемое |
|
передачи |
количество BBU |
|||
|
|
|||
|
|
|
|
|
1 |
Речь |
16 кбит/с |
1 |
|
|
|
|
|
|
2 |
FTP |
30 кбитс |
2 |
|
|
|
|
|
|
3 |
Сетевые игры |
56 кбит/с |
4 |
|
|
|
|
|
|
4 |
Мобильное ТВ |
170 кбит/с |
11 |
|
|
|
|
|
|
5 |
Мобильный интернет |
384 кбит/с |
24 |
|
|
|
|
|
Далее в работе рассматривается следующая конфигурация Iub-интерфейса:
так как на сетях мобильных операторов большой пятерки (МТС, Билайн, Мегафон, Ростелеком, Теле 2) используется 5-я версия сетей UMTS,
поддерживающие максимальную скорость передачи «вниз» 7,2 Мбит/с (для упрощения расчеты проводятся для БС с односекторной сотой), задается емкость Iub-
интерфейса 4-мя потоками E1, что составляет 8,192 Мбит/с;
предельная емкость интерфейса будет определяться вероятностью блокировки, равной 5%.
Исходные данные были выбраны исходя из характеристик сетей 3G/UMTS и
для реально предоставляемых услуг в данных сетях для большей наглядности. Далее рассматривается несколько вариантов зависимости вероятности
блокировки от доли нагрузки 1, 2, 3, 4 и 5 классов трафика соответственно (профилей нагрузки):
Профиль 1: 70%, 10%, 8%, 5%, 7%;
Профиль 2: 50%, 15%, 13%, 10%, 12%;
Профиль 3: 30%, 17%, 15%, 13%, 25%.
36
Данные соотношения были выбраны из соображений повышения спроса на услуги с КП (мультимедиа и мобильный интернет, речевые услуги предоставляются на базе протокола IP – VoIP).
Также стоить учесть, что согласно данным исследования компании AT&T доля трафика телефонии в совокупности от общей доли всемирного трафика не превышает
2% что свидетельствует о загрузки сетей связи преимущественно пакетным пульсирующим трафиком передачи данных.
Результаты полученные в процессе моделирования в программной среде
MathCAD 15 представлены на рисунках ниже.
Рисунок 3.2 – График зависимости вероятности блокировки вызовов от интенсивности поступающей нагрузки для 1 профиля
37
Рисунок 3.3 - График зависимости вероятности блокировки вызовов от интенсивности поступающей нагрузки для 2 профиля
Рисунок 3.4 – График зависимости вероятности блокировки вызовов от интенсивности поступающей нагрузки для 3 профиля
38
Рисунок 3.5 – График зависимости средней вероятности блокировки от интенсивности поступающей нагрузки для различных профилей
Средние потери вызовов рассчитываются с учетом весовых коэффициентов, в
роли которых выступает доля поступающего трафика для каждого класса по формуле:
π |
= |
∑k=1n ak∙πk |
(3.1) |
|
n |
||||
ср |
|
|
||
|
|
∑k=1 ak |
|
Анализируя графики рисунков 3.2 – 3.5 Из графиков видно, что при изменении профиля нагрузки в сторону увеличения доли ресурсоемкого трафика, вероятности блокировки возрастает. Это вызвано тем, что заявки 2-5 классов требуют больше ресурсов, чем речевые вызовы. Следовательно, после предоставления требуемых каналов остается меньше свободных ресурсов, чем, если бы основная нагрузка была бы речевой.
Также можно заметить, что вероятность отказа в обслуживании узкополосного трафика, после определенного значения поступающей нагрузки, уменьшается при доминировании широкополосного, как показано на рисунке 3.6. Это объясняется тем,
39
что менее требовательный к ресурсам трафик вытесняет более требовательный, в
связи с чем оставшиеся ресурсы интерфейса, которых уже недостаточно для обслуживания, например интернет трафика, отводятся на обслуживание речевых соединений.
Рисунок 3.6 – График зависимости вероятности блокировки 1 класса трафика от интенсивности поступающей нагрузки для различных профилей нагрузки
Данные показатели наглядно демонстрируют, в каких случаях необходимо предпринимать те или иные меры по оптимизации доступа (например, применять иные технологии доступа в определенные моменты времени или повышать пропускную способность путем добавления новых элементов сети), если проблемы возникли в процессе эксплуатации сети. Также результаты данной модели помогут определить оптимальную конфигурацию сети (в частности Iub-интерфейса) на основе прогнозируемой нагрузки при проектировании сети 3G.
40
3.3 Расчет среднего значения канального ресурса линии, занятого на обслуживание заявок
Помимо потерь вызовов существует немаловажный показатель, который характеризует объем обслуженного трафика – среднее значение канального ресурса,
занятого на обслуживание заявок. Данный показатель представляет важность для таких сервисов, как мобильный интернет, FTP и мультимедиа (сетевые игры,
мобильное ТВ). С помощью модели обслуживания, описанной в главе 2, в работе рассчитан данный показатель для различных классов вызовов.
Рисунок 3.7 – График зависимости занятых ресурсов от интенсивности поступающей нагрузки для 1 профиля
41