 |
|
Генерування навантаження в телефонних мережах
Навантаження в телефонних мережах генерується безліччю абонентів. Коли абонент А бажає додзвонитися до абонента Б, він знімає слухавку свого телефону і набирає номер абонента Б. При цьому локальна АТС абонента А отримує імпульс, за яким виконуються наступні дії:
· абоненту А надсилається сигнал “готовність станції” (довгий гудок);
· від абонента А приймається адресна інформація абонента Б;
· здійснюється вибір напрямку для з’єднання;
· здійснюється комутація у відповідних блоках (шукачах) в локальній АТС абонента А, транзитних АТС та в локальній АТС абонента Б (при умові наявності вільних ліній у потрібному напрямку);
· абоненту Б (якщо він вільний) надходить дзвінок про виклик;
· під час розмови підтримується двосторонній (дуплексний) канал зв’язку між абонентами А і Б, відповідно усе задіяне при цьому обладнання (абонентські лінії А і Б, з’єднувальні лінії між АТС, комутаційні елементи тощо) знаходиться в стані “зайняте”;
· після завершення розмови абоненти А і Б кладуть слухавки і звільняють усе задіяне обладнання, воно переходить у стан “вільне”.
Таким чином, виклик від абонента А проходить декілька етапів обробки (ступенів шукання), як показано на рис. 3.1, причому на кожному етапі виклик може отримати відмову в обслуговуванні через перевантаження обладнання або внаслідок помилки абонента. В цьому разі абонент А може припинити спроби дозвону або здійснювати повторні виклики (один або більше) залежно від терміновості чи важливості повідомлення, яке має бути передане під час цього виклику.
SS – абонентський шукач;
GS – груповий шукач
Рисунок 3.1. Процес обробки виклику між абонентами А і Б
На рис. 3.2 показано структуру тривалості етапів обробки у випадку успішного виклику. Цей простий рисунок дозволяє наочно уяввти випадковий процес, характерений для обслуговування телефонного навантаження.
Рисунок 3.2. Тривалість етапів обробки успішного виклику.
Етап 
починається з моменту підняття слухавки абонентом А і закінчується набором першої цифри номера. Якщо абонент не починає набір номера, то через деякий час 
він почує сигнал "Зайнято". Існує певний мінімальний час 
, до якого набір номера неможливий. Це час, необходідний для подачй абоненту акустичного сигналу "Відповідь станції". Таким чином, випадкова величина розподілена на інтервалі ( , ).
Час 
починається з моменту набора першої цифри номера і закінчується, коли передано всю адресну інформацію. Число цифр залежить від типу з’єднання. Між цифрами можуть бути паузи. Отже випадкова величина розподілена на деякому відрізку ( 
, 
).
Випадкова величина 
нормується в рекомендациях ITU серії Q. За цей час має бути створений тракт між терміналами абонентів А і Б. Якщо такий процес не може бути реалізований або лінія абонента Б недоступна, то абонент А отримує акустичний сигнал "Зайнято".
За час 
повинен закінчитися процес прослуховування абонентом А акустичного сигналу "Контроль посилки виклику". Нескладно переконатися, що розподілена на відрізку ( 
, 
).
Далі починається фаза розмови (обміна інформацією). Випадкову величину 
найчастіше вважають експоненціально розподіленою. Правда, в деяких дослідженнях, основаних на результатах вимірювань, рекомендується використовувати інші закони розподілу. Можна зазначити, що в загальному випадку для випадкової величини вважається прийнятним діапазон 
.
Випадкова величина 
визначає інтервал часу, який починається після завершення розмови, а закінчується звільненням усіх комутациійних станцій і транспортних ресурсів. Ця величина (як і ) порівняно з рештою досить мала, що часто дозволяє виключити їх з формул для розрахунку тривалості зайняття.
Можна ввести два коефіцієнти, які характеризуватимуть відношення між тривалістю розмови та часом зайняття.
. (3.1)
Цей коефіцієнт дозволяє оцінити частку тривалості розмови в сумарному часі зайняття. Другий коефіцієнт – 
оцінює неефективне зайняття мережі (накладні витрати або час, за який абонент не сплачує):
. (3.2)
При зростанні тривалості телефонної розмови (в загальному випадку – часу інформаціного обміну) 
і наближаються до одиниці й нуля відповідно. Оператор в принципі може впливати на тривалість телефонної розмови або інформаціного обміну, змінюючи, наприклад, тарифну політику. Але можливітсь управління такого роду обмежена потребами абонентів. Ефективний спосіб для досягнення ефективних величин і – зниження невиробничих витрат часу на операції, що здійснюються при встановленні з’єднання.
Кожний з комутаторів (шукачів) та пучків з’єднувальних ліній між ними можна розглядати як СМО, яку “завантажує” своїми викликами деякий потік (термін "навантаження" використовується в телефонії як синонім терміну "трафік"). Зайнятість цієї системи залежить від:
· інтенсивності надходження запитів на обслуговування (параметру потоку викликів),
· тривалості окремої розмови ( ),
· рівня відмов.
У телефонних мережах інтенсивність надходження запитів залежить від кількості та типу абонентів, що обслуговуються локальними АТС, і часу доби. Найчастіше розрізняють абонентів квартирного і ділового секторів, таксофони, а також лінії від ВАТС. Звичайно, абоненти різних типів створюють навантаження на локальну АТС, що відрізняється за своїм характером протягом доби. На рис. 3.3 представлені результати виміру навантаження для трьох АТС з різною часткою абонентів квартирного сектора ( 
).
Рисунок 3.3. Добове навантаження АТС з різною часткою квартирних абонентів
Як видно з рисунку, для більшості станцій місцевих та міжнародних мереж характерна наявність трьох періодів найбільшої інтенсивності навантаження – періодів найбільшого навантаження (ПНН): з 9.00 до 12.00 та з 14.00 до 17.00 – виробничі піки, та з 19.00 до 22.00 – вечірній пік. На місцевих АТС зі значною перевагою ( = 0,9) квартирних абонентів перші два ПНН дещо згладжені, а третій, вечірній, – суттєвіший.
У вихідні та святкові дні інтенсивність абонентів знижується за рахунок відсутності трафіку бізнес-абонентів. Але і робочі дні тижня дещо відрізняються один від одного – найбільше абоненти розмовляють у понеділок та п’ятницю (див. рис. 3.4)
При дослідженні добового розподілу інтенсивності навантаження окрім ПНН, які приймаються рівними трьом годинам, виділяють безперервні годинні інтервали, під час яких спостерігається максимальний пік абонентської активності. Ці періоди називаються години найбільшого навантаження (ГНН). Згідно рекомендацій ITU-T визначають статистичні ГНН і ПНН, реєструючи інтенсивності навантаження кожні 15-хвилин протягом n днів. За статистичну ГНН приймають одну й ту ж для всіх n днів вимірювань годину доби, коли середня за ці дні інтенсивність навантаження максимальна.
Рисунок 3.4. Зміна телефонного трафіку протягом тижня
Фрагмент результатів таких вимірювань для ранішнього ПНН пучка з’єднувальних ліній однієї з сільських АТС середньої ємності наведений в таблиці 3.1.
Таблиця 3.1.
Визначення ГНН для ранішнього ПНН
| Дні вимірю-вань | Інтенсивність навантаження по годинним інтервалам, Ерл | ||||||||
| 9.00 – 10.00 | 9.15 – 10.15 | 9.30 – 10.30 | 9.45 – 10.45 | 10.00 – 11.00 | 10.15 – 11.15 | 10.30 – 11.30 | 10.45 – 11.45 | 11.00 – 12.00 | |
| 19,67 | 20,28 | 18,86 | 17,94 | 16,86 | 15,66 | 15,30 | 14,50 | 15,90 | |
| 16,88 | 19,03 | 19,15 | 18,38 | 17,03 | 16,20 | 15,45 | 15,69 | 15,16 | |
| ... | . | . | . | . | . | . | . | . | . |
| 17,19 | 18,51 | 19,06 | 17,86 | 16,58 | 16,01 | 15,96 | 16,60 | 16,03 | |
| 17,70 | 19,82 | 20,04 | 18,89 | 18,28 | 17,48 | 16,98 | 16,84 | 16,09 | |
| 19,64 | 21,27 | 21,63 | 21,49 | 20,59 | 19,54 | 18,56 | 17,11 | 17,34 | |
| ... | . | . | . | . | . | . | . | . | . |
| 17,86 | 19,55 | 20,82 | 20,89 | 19,39 | 19,04 | 18,06 | 16,51 | 15,48 | |
| 18,81 | 20,24 | 20,62 | 19,57 | 18,52 | 17,92 | 16,84 | 15,78 | 15,00 | |
| ... | . | . | . | . | . | . | . | . | . |
| 23,13 | 23,85 | 25,60 | 25,03 | 24,15 | 22,23 | 20,30 | 17,47 | 16,82 | |
| 17,93 | 19,46 | 19,96 | 17,77 | 16,48 | 16,28 | 15,66 | 18,66 | 16,03 | |
| 18,05 | 20,13 | 21,80 | 22,42 | 21,46 | 21,16 | 20,92 | 19,92 | 18,63 | |
| 17,83 | 19,22 | 19,69 | 17,92 | 15,48 | 14,30 | 13,28 | 13,15 | 14,39 | |
| M(Y) | 17,79 | 19,32 | 19,98 | 19,52 | 19,40 | 18,09 | 17,41 | 16,85 | 16,92 |
| D(Y) | 5,28 | 5,57 | 6,16 | 5,40 | 6,48 | 4,99 | 3,85 | 3,62 | 3,38 |
Саме для статистичної ГНН і провадяться усі розрахунки. Тобто, система має задовільно обслуговувати пікові навантаження, тоді у більш “спокійні” періоди якість буде вищою за необхідну. Звісно, що в решту часу (зокрема, вночі) ресурси телефонної мережі будуть використовуватися не так ефективно, як у ГНН. Але оператор зв’язку з допомогою технічних і маркетингових операцій може забеспечити економічне функціонування своєї інфокомунікаційної системи.
Частка навантаження, створюваного в ГНН –YГНН, часто оцінюється коефіцієнтом концентрації – kГНН. Для його оцінки беруть відношення навантаження в ГНН до добового навантаження – Yдоб
. (3.3)
Діапазон значень цього коефіцієнту досить широкий. Для багатьох телефонних мереж у великих містах kГНН = 0,1. В менших мережах величина kГНН може приймати значення 0,2.
Для пучків каналів міжміських та міжнародних мереж згідно рекомендації Е.500 ITU-T визначається 2 рівня ГНН: рівень А – середнє значення за 30 найбільш навантажених днів року (нормальний рівень), та рівень В – за 5 самих навантажених днів 30-денного періоду (підвищений рівень).
Середній час тривалості розмови суттєво залежить від типу виклику, як показано в табл. 3.2. Крім того, оскільки спроба з’єднання може бути перервана на будь-якому етапі, то середній час зайнятості комутаторів на початку комутаційного ланцюга менше, ніж в кінці. Слід відзначити, що комутаційне обладнання та з’єднувальні лінії займаються не тільки під час успішної розмови, але й в ході невдалих спроб. Тому середній час зайнятості комутаторів дещо менший, ніж середня тривалість розмови.
Таблиця 3.2.
Середній час тривалості різних типів викликів
| Тип виклику | Середній час зайнятості, с |
| Міський | 45 - 120 |
| Міжміський | 180 - 300 |
| Міжнародний | 300 - 600 |
| Чекання відповіді абонентом А | |
| Прослуховування сигналу “зайнято” | |
| Час до початку набору номеру | |
| Час набору однієї цифри | 1.5 (дисковий) 0.6 (кнопковий) |
| Час до повторної спроби набору |
Рівень відмов залежить як від властивостей потоку викликів (абонентської інтенсивності та середньої тривалості розмови), так і від кількості та продуктивності установленого обладнання. Можна виділити чотири основні причини невдалої спроби виклику. Кожній причині властиві імовірності її появи – 
:
· абонент Б зайнятий – 
;
· абонент Б не відповідає до початку повторної спроби – 
;
· неповний або неправильний набір номеру (помилка абонента A) – 
;
· перевантаження системи і технічні помилки – 
;
Частка викликів, що закінчилися вдалим установленням з’єднання ( 
), може бути отримана за очевидною формулою:
. (3.4)
Звичайно в телефоннтх мережах величина має значення 0,5 – 0,7. Статистика відмов в обслуговуванні телефонної системи з прийнятною якістю обслуговування може мати наступний вигляд (табл. 3.2).
Таблиця 3.2
Приблизна статистика телефонної системи
| Причина відмови в обслуговуванні | Рівень |
| Неповний або неправильний набір номеру (помилка абонента A) | 5 – 10 % |
| Перевантаження системи і технічні помилки | 1 – 5 % |
| Абонент Б зайнятий | 10 – 20 % |
| Абонент Б не відповідає до початку повторної спроби | 10 – 15% |
| Кількість успішних розмов | 74 – 50 % |
| Кількість спроб на один успішний набір | 1,4 |
Таким чином, технічні причини відмови в обслуговуванні складають меншу частку невдалих спроб. Але саме це значення нормується в телефонних мережах. І розрахунки СМО мають визначати необхідну кількість каналів обслуговування для забезпечення прийнятного рівня якості.