Некоммерческое акционерное общество
АЛМАТИНСКИЙ ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ
Кафедра автоматической электросвязи
КАЧЕСТВО ОБСЛУЖИВАНИЯ В ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СЕТЯХ
Методические указания к выполнению расчетно - графических работ
для магистрантов специальности 6В0719 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации.
Алматы 2010
СОСТАВИТЕЛЬ: Туманбаева К.Х. Качество обслуживания в телекоммуникациях. Методические указания к выполнению расчетно - графических работ для магистрантов специальности 6В0719 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации. - Алматы: АИЭС, 2010.- 15 с.
Методические указания содержат исходные данные и рекомендации для выполнения расчетно-графических работ по дисциплине «Качество обслуживания в телекоммуникационных сетях». Выполнение работ позволяет приобрести навыки применения теоретических знаний, решения инженерных задач по расчету количественных показателей качества услуг телекоммуникационных сетей.
Введение
По дисциплине «Качество обслуживания в телекоммуникационных сетях» согласно учебному плану выполняются три расчетно-графические работы. Каждая расчетно-графическая работа состоит из двух заданий.
Тема первой работы: «Характеристики качества обслуживания и их расчет для коммутируемых сетей связи». В этой работе необходимо привести количественные показатели качества обслуживания для коммутируемых сетей связи, выполнить расчет основных показателей.
Тема второй работы: «Расчет характеристик качества обслуживания в IP-сетях». В работе должны быть представлены основные характеристики качества обслуживания при пакетной передаче, примеры расчета этих характеристик.
Тема третьей работы: «Расчет показателей качества обслуживания в сети мобильной связи». Третья работа посвящена качеству обслуживания в сети мобильной связи, в ней нужно представить характеристики качества обслуживания и их расчет.
Номера вариантов определяются по порядковому номеру в списке журнала группы.
Требования к оформлению расчетно-графических работ
Пояснительная записка должна быть напечатана на листах формата А4 (210х297). Допускается оформление расчетно-графических работ на линованных в клетку листах формата А4 (210х297).
Задания оформляются в указанном порядке. Перед каждым заданием необходимо привести условие и исходные данные для требуемого варианта. После этого приводится краткий теоретический материал. Решения снабжают пояснениями, в случае необходимости делается ссылка на используемую литературу.
В работе должны быть представлены структурная схема алгоритма и листинг разработанной программы. Результаты, полученные с помощью компьютерных программ, должны быть оформлены в виде таблиц и графиков.
1 Задания к расчетно-графическим работам
1.1 К работе №1. Характеристики качества обслуживания и их расчет для коммутируемых сетей связи
Задание 1
Представить характеристики качества обслуживания для коммутируемой сети связи.
Задание 2
Оценить показатели качества для коммутируемой сети в соответствии со своим вариантом.
На полнодоступную систему с ожиданием, имеющую V выхода, поступает простейший поток с параметром λ. Время обслуживания одного вызова - случайная величина, распределенная по показательному закону со средним t . Определить характеристики качества обслуживания: вероятность ожидания вызова в очереди, среднее время ожидания в очереди и среднюю длину очереди.
1.2 К работе №2. Расчет характеристик качества обслуживания в IP-сетях.
Задание 1
Представить характеристики качества обслуживания в IP – сетях.
Задание 2
Расчет основных количественных показателей.
Пусть дан фрагмент сети без установления соединения с коммутацией пакетов, состоящий из двух узлов и соединяющих их дуплексных каналов. Интенсивность потока во входящем узле λ пак./ед.вр., пропускная способность дуплексного канала между узлами положим равной
СТ = NCL
где N – число исходящих каналов;
CL – пропускная способность абонентской линии.
Пусть каждый принятый пакет генерирует отдельное подтверждение фиксированной длины LI битов, mc - поле случайной длины.
Найти среднее время отклика TD от узла к узлу. Разработать программу для расчета данного параметра, построить зависимость TD от величины mc.
1.3 К работе №3. Расчет показателей качества обслуживания в сети мобильной связи.
Задание 1
Представить характеристики качества обслуживания в сетях мобильной связи.
Задание 2
Расчет основных количественных показателей качества предоставления услуги SMS.
Собрать необходимую статистику с помощью мобильного телефона и рассчитать такие показатели, как:
1) доступность услуги;
2) время передачи;
3) время задержки доступа;
4) относительное количество выполненных передач SMS.
2 Методические указания
2.1 К работе №1. Характеристики качества обслуживания и их расчет для коммутируемых сетей связи
2.1.1 Методические указания к первому заданию
Эффективность работы коммутационной системы можно определить с помощью характеристик качества обслуживания. Если система работает с явными потерями (вызов, которому отказано в обслуживании теряется), то характеристиками качества обслуживания являются: вероятность потери вызова, вероятность потери по времени и вероятность потери по нагрузке.
Если коммутационная система работает с ожиданием (вызов, которому отказано в обслуживании – ждет в очереди), то характеристиками качества обслуживания являются: средняя длина очереди, среднее время ожидания в очереди, вероятность ожидания поступившего вызова в очереди.
Вероятность потери вызова 
, поступившего в промежутке
времени [t1,t2), есть отношение среднего числа интенсивностей потоков
потерянных и поступивших вызовов в этом промежутке времени
.
Вероятность совпадает с вероятностью явной потери
поступившего сообщения в рассматриваемом промежутке. Если числитель и знаменатель
этого уравнения умножить на среднее время одного занятия
h, то
получим равносильное отношение интенсивностей избыточной 
и поступающей 
нагрузок. Для
стационарных потоков вероятность 
– величина постоянная и не зависит от
длины и расположения рассматриваемого промежутка времени
.
В этом случае возможно также другое, эквивалентное определение вероятности потери вызова
.
Здесь 
и 
– соответственно число потерянных и число
поступивших вызовов в промежутке t.
Вероятность потери по времени 
в промежутке времени [t1,t2)
есть вероятность занятости в этом промежутке времени всех соединительных линий
в требуемом направлении. Подобное состояние, когда заняты все доступные пути,
называют состоянием насыщения системы. Вероятность характеризует потенциальную
возможность потери вызова в в промежутке [t1,t2).
Вероятность потери по нагрузке 
в промежутке времени [t1,t2)
есть отношение интенсивностей потерянной 
и поступившей 
нагрузок в этом промежутке
.
При равенстве интенсивностей потенциальной и
поступающей нагрузок 
.
При теоретических исследованиях указанные характеристики определяют как для конечных, так и бесконечных интервалов времени. При измерениях на реальных системах вычисляют частное значение потерь по времени как долю потерянных вызовов за определенный промежуток времени и частное значение потерь по времени как долю рассматриваемого промежутка, когда заняты все доступные источнику соединительные пути в требуемом направлении.
Для сравнения и анализа коммутационной системы и отдельных пучков линий вводится понятие пропускной способности. Под пропускной способностью коммутационной системы понимается интенсивность обслуженной этой системой нагрузки в рассматриваемом промежутке времени при заданном качестве обслуживания. При обслуживании с явными потерями нормируется вероятность потери вызова, с ожиданием – вероятность ожидания. Пропускная способность коммутационной системы в общем случае зависит от свойств поступающего потока вызовов, закона распределения времени обслуживания, структуры и емкости коммутационной системы и способа включения ее выходов, дисциплины обслуживания вызовов и установления нормы качества обслуживания. Структура коммутационной системы характеризуется большим числом параметров: числом звеньев, количеством и емкостью коммутаторов в каждом звене, способом связи коммутаторов соседних звеньев между собой и т.д. Способ включения выходов коммутационной системы может быть полнодоступный и неполнодоступный. Неполнодоступное включение, в свою очередь характеризуется доступностью, числом нагрузочных групп, способом занятия линий.
Наряду с пропускной способностью всей системы часто рассматривают пропускную способность отдельных линий и среднюю пропускную способность одной линии. Эти величины называют использованием и средним использованием линии.
Материал для выполнения задания можно взять из / 1,2 / и конспекта лекций.
2.1.2 Методические указания ко второму заданию
Решение поставленной задачи позволяет оценить характеристики качества обслуживания полнодоступной системы с ожиданием:
а) вероятность ожидания в очереди для поступившего вызова (вторая формула Эрланга)
где А – поступающая нагрузка. А = λt;
б) математическое ожидание длительности пребывания в очереди
;
в) математическое ожидание длины очереди
.
Величина 
вычисляется по первой формуле Эрланга
.
2.2 К работе №2. Расчет характеристик качества обслуживания в IP-сетях.
2.2.1 Методические указания к первому заданию
Сети с коммутацией пакетов на основе протокола IP не обеспечивают гарантированной пропускной способности, поскольку не гарантируют доставку.
Для приложений, где не важен порядок и интервал прихода пакетов, время задержек между отдельными пакетами не имеет решающего значения. IP-телефония является одной из областей передачи данных, где важен порядок прихода пакетов и важна динамика передачи сигнала, которая обеспечивается современными методами кодирования и передачи информации. Транспортные протоколы стека TCP/IP, функционирующие поверх протокола IP, не обеспечивают высокого качества обслуживания трафика, чувствительного к задержкам. Протокол TCP, хоть и гарантирует достоверную доставку информации, но переносит ее с непредсказуемыми задержками. Протокол UDP, который, как правило, используется для переноса информации в реальном времени, обеспечивает меньшее, по сравнению с протоколом TCP, время задержки, но, как и протокол IP, не содержит никаких механизмов обеспечения качества обслуживания.
В соответствии с Рекомендацией МСЭ-Т I.380/Y.1540 основными параметрами, характеризующими QoS в сетях IP, являются:
— задержка переноса пакетов;
— вариация задержки пакетов (джиттер);
— коэффициент потери пакетов;
— коэффициент ошибок по пакетам.
Потеря пакетов может происходить из-за ошибок при маршрутизации или вследствие перегрузок. Вероятность потери пакета (Packet Loss Rate, PLR) есть отношение количества утерянных пакетов к общему количеству переданных за достаточно большой промежуток времени.
Иногда пакеты могут поступать пользователю, которому они не предназначены. Будем называть такие случаи доставкой пакета не по адресу (вставкой пакета). Вероятность доставки пакета не по адресу (Packet Insertion Rate, PIR) есть количество пакетов, доставленных не по адресу, за достаточно большой интервал наблюдения.
Природа этих ошибок во многом определяется техническими устройствами, в которых они возникают. Ошибки, зависящие от систем передачи, определяются в основном физической средой (коаксиальный кабель, волоконно-оптическая линия и др.) и рядом других факторов (видом кодирования, скремблирования и т. д.).
Под временнóй прозрачностью сети принято понимать её свойство поддерживать значение времени задержки и джиттера (разброса) задержки, при которых обеспечивается требуемое качество обслуживания.
Временную прозрачность принято оценивать двумя показателями: временем задержки и джиттером задержки.
Время задержки определяется разницей во времени между началом передачи пакета источником и окончанием приема этого же пакета получателем.
Задержка может быть различной для каждого пакета и представляет собой случайную величину. Числовыми характеристиками этой случайной величины являются среднее время задержки и дисперсия времени задержки.
2.2.2 Методические указания ко второму заданию
В сети передачи данных, не ориентированной на соединение, каждый пакет доставляется индивидуальным маршрутом, и передача пакета считается завершенной только после получения подтверждения о его приеме. На рисунке 2.1 приведен фрагмент сети, состоящий из двух узлов и соединяющих их дуплексных каналов. Для сопоставимости результатов с сетью с коммутацией каналов будем считать полную интенсивность потока во входящем узле, равной λ, пропускную способность дуплексного канала между узлами положим равной СТ=NСL в каждом направлении, где величина СL определяет максимальную скорость доступа к узлу от индивидуального абонента (пропускная способность абонентской линии). В этой сети принципиально отсутствуют расходы времени на установление соединения, однако, в качестве накладных расходов выступает время на получение подтверждений о приеме пакета.
Рисунок 2.1 – Фрагмент сети без установления соединения
Рассмотрим два способа передачи подтверждений. Первый состоит в передаче от узла В отдельных пакетов с информацией о подтверждении, а второй предполагает, что в информационные пакеты обратного направления встраиваются специальные поля битов подтверждения о приеме пакетов встречного направления.
Рассмотрим сначала первый способ. Пусть каждый принятый пакет генерирует отдельное подтверждение фиксированной длины LI бит. Тем самым в каждом узле образуется поток пакетов переменной длины, состоящих из некоторого фиксированного поля длины LI и поля случайной длины со средним значением mc. Такие пакеты поступают в очередь на входном узле и обслуживаются в порядке поступления.
Очевидно, что здесь мы должны использовать модель СМО с произвольным распределением времени обслуживания в силу специфики структуры пакетов. Поставим задачу: найти среднее время отклика TD от узла до узла, используя модель M/G/1. На рисунке 2 показано, как можно рассматривать входную очередь и какой вид функции распределения времени обслуживания следует принять.
Найдем среднее значение времени обслуживания на один пакет. Поскольку весь выходной поток узла считывается в канал со скоростью СТ, можно записать, что время на передачу будет равно
.
Первая составляющая представляет собой время на передачу «заголовков», а вторая составляющая – время на передачу собственно данных. Средняя длина подтверждений также равна th. Таким образом, среднее «эквивалентное» время обслуживания в системе M/G/1 следует принять равным
.
Поскольку поступления двух типов входящих сообщений равновероятны, и обслуживание происходит в порядке поступления, можно считать, что коэффициент использования для данной системы будет определяться как
.
Здесь был введен параметр ρM=λtm - эффективный коэффициент использования передаваемых через канал битов. Его смысл полностью совпадает с введенным выше с тем же обозначением коэффициента для сети с коммутацией каналов. Действительно из соотношений
Таким образом, мы ввели для сети с коммутацией пакетов параметр сравнения, совпадающий с параметром сети, ориентированной на соединение.
Для СМО типа M/G/1 среднее время ожидания зависит от второго момента распределения времени обслуживания. Найдем
.
Используя формулу Полячека-Хинчина, получаем выражение для среднего значения времени ожидания пакета в системе
В конечном счете общее время отклика от узла до узла складывается из только что полученного времени задержки в очереди в узле А и задержки в очереди подтверждений в узле В, а также среднего времени передачи пакета и времени передачи подтверждения. Искомое время равно
.
2.3 К работе №3. Расчет показателей качества обслуживания в сети мобильной связи.
2.3.1 Методические указания к первому заданию.
Самым заметным прорывом в области услуг связи за последние несколько лет можно смело назвать массовое проникновение мобильной связи. С тех пор этот рынок продолжает эволюционировать в полном соответствии с общемировыми тенденциями. Перспективность данного вида связи сегодня уже не нуждается в доказательствах. В задании необходимо представить основные показатели качества обслуживания в сети мобильной связи.
Показатели качества обслуживания абонента отражают все основные аспекты взаимодействия конечного пользователя с сетью связи и услугой как товаром, приобретаемым у оператора соответствующей сети. Этапы использования услуги с точки зрения потребителя включают доступ к сети и к необходимой услуге, с учетом непрерывности и полноты оказания услуги (см. рисунок 2.2).
Доступ к сети определяется индикацией названия сети на дисплее мобильного телефона, которая является для пользователя сигналом о том, что он может прибегнуть к услугам данного оператора.
 |
Рисунок 2.2 – Этапы использования услуги с точки зрения потребителя
Сетевой оператор должен предоставить абоненту сети (по возможности быстро) доступ к соответствующей услуге. Это характеризует доступ к услуге.
Полнота услуг непосредственно отражает качество предоставляемой услуги во время ее получения конечным пользователем.
Непрерывность услуги характеризует условия завершения предоставление услуги (по желанию пользователя или вопреки его желанию).
Для каждого из перечисленных аспектов (критериев) качества предоставления услуг подвижной связи QoS имеются показатели, характерные для той или иной услуги. В задании рассмотрим технические критерии качества и показатели услуг телефонии, SMS и MMS /1,2,3/, конспект лекций.
2.3.2 Методические указания ко второму заданию.
Для того чтобы определить основные количественные показатели услуги SMS, необходимо собрать статистику с помощью мобильного телефона и рассчитать такие показатели, как:
1) доступность услуги;
2) время передачи;
3) время задержки доступа;
4) относительное количество выполненных передач SMS.
1) Доступность услуги SMS Service Accessibility SMS МО (SA SMS МО) определяется по формуле
SA SMS МО = (Число успешных попыток SMS/Число всех попыток SMS)*100%.
2) Время передачи SMS между конечными пользователями, End-to-end Delivery Time SMS (DT SMS МО) определяется по формуле
DT SMS
МО
где
- момент времени получения абонентским терминалом-получателем
SMS от абонентского терминала-отправителя;
- момент времени отправки конечным пользователем его
SMS
в
SMSC.
Провести измерения и результаты занести в таблицу 2.1.
Таблица 2.1
|
№ |
Время отправки SMS,
|
Время получения SMS,
|
Время передачи DT SMS MO, с |
|
1 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
… |
… |
… |
… |
3) Время задержки доступа Access Delay SMS MO (AD SMS MO) определяется по формуле:
AD SMS
МО
.
Провести измерения и результаты занести в таблицу 2.2.
Т а б л и ц а 2.2
|
№ |
Время отправки SMS,
|
Время получения SMS,
|
Время задержки доступа AD SMS MO, с |
|
1 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
… |
… |
… |
… |
4) Относительное число выполненных передач SMS в сети коммутацией каналов Completion Rate SMS circuit switched (CR SMS CS) определяется по формуле
CR SMS CS = ((Успешно принятые текстовые SMS – дубликаты – поврежденные)/Число всех переданных текстовых SMS)*100%.
3 Варианты заданий
3.1 Исходные данные ко второму заданию первой работы
Т а б л и ц а 3.1
|
№ |
V |
λ (выз/час) |
t (cек) |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
1 |
3 |
72 |
90 |
|
2 |
4 |
90 |
120 |
|
3 |
5 |
100 |
180 |
|
4 |
6 |
120 |
90 |
|
5 |
7 |
130 |
70 |
|
6 |
8 |
140 |
80 |
|
7 |
9 |
150 |
90 |
|
8 |
10 |
160 |
100 |
|
9 |
3 |
170 |
110 |
|
10 |
4 |
180 |
120 |
|
11 |
5 |
190 |
130 |
|
12 |
6 |
200 |
140 |
|
13 |
7 |
210 |
150 |
|
14 |
8 |
220 |
160 |
|
15 |
9 |
230 |
170 |
|
16 |
10 |
240 |
180 |
|
17 |
3 |
72 |
90 |
|
18 |
4 |
90 |
100 |
|
19 |
8 |
100 |
110 |
|
20 |
5 |
120 |
120 |
3.2 Исходные данные ко второму заданию второй работы
Т а б л и ц а 3.2
|
№ варианта |
λ (пак./с) |
N |
CL (Кбит/с.) |
LI (бит) |
mc (бит) |
|
1 |
30 |
10 |
2.0 |
100 |
1000 |
|
2 |
32 |
12 |
2.2 |
120 |
1200 |
|
3 |
34 |
14 |
2.3 |
140 |
1400 |
|
4 |
36 |
16 |
2.4 |
160 |
1600 |
|
5 |
38 |
18 |
2.6 |
100 |
1000 |
|
6 |
40 |
20 |
2.8 |
120 |
1200 |
|
7 |
42 |
22 |
2.0 |
140 |
1400 |
|
8 |
44 |
24 |
2.2 |
160 |
1600 |
|
9 |
46 |
25 |
2.3 |
100 |
1000 |
|
10 |
48 |
26 |
2.4 |
120 |
1200 |
|
11 |
50 |
28 |
2.6 |
140 |
1400 |
|
12 |
52 |
30 |
2.8 |
160 |
1600 |
|
13 |
54 |
32 |
2.0 |
100 |
1000 |
|
14 |
56 |
34 |
2.2 |
120 |
1200 |
|
15 |
58 |
36 |
2.3 |
140 |
1400 |
|
16 |
30 |
38 |
2.4 |
160 |
1600 |
|
17 |
32 |
40 |
2.6 |
180 |
1000 |
|
18 |
34 |
42 |
2.8 |
200 |
1200 |
|
19 |
36 |
44 |
2.0 |
210 |
1400 |
|
20 |
38 |
46 |
2.2 |
220 |
1600 |
Список литературы
1. Крылов В.В., Самохвалова С.С. Теория телетрафика и ее приложения. БХВ-Петербург, 2005.
2. Корнышев Ю.Н., Пшеничников А.П., Харкевич А.Д.. Теория телетрафика. – М.: Радио и Связь, 1996.
3. Бабков В.Ю., Полынцева П.В., Устюжанин В.И. Качество услуг мобильной связи – М., 2005.
4. Битнер В.И., Попов Г.Н. Нормирование качества телекоммуникационных услуг: Учебное пособие – М: Горячая линия- Телеком, 2004.
Содержание
Введение 3
1 Задания к расчетно – графическим работам 4
1.1 К работе №1. Характеристики качества обслуживания и их расчет для коммутируемых сетей связи 4
1.2 К работе №2. Расчет характеристик качества обслуживания в IP-сетях 5
1.3 К работе №3. Расчет показателей качества обслуживания в сети мобильной связи 5
2 Методические указания 5
2.1 К работе №1. Характеристики качества обслуживания и их расчет для коммутируемых сетей связи 5
2.1.1 Методические указания к первому заданию 5
2.1.2 Методические указания ко второму заданию 5
2.2 К работе №2. Расчет характеристик качества обслуживания в IP-сетях 9
2.2.1 Методические указания к первому заданию 9
2.2.2 Методические указания ко второму заданию 10
2.3 К работе №3. Расчет показателей качества обслуживания в сети мобильной связи 12
2.3.1 Методические указания к первому заданию 12
2.3.2 Методические указания ко второму заданию 13
3 Варианты заданий 14
3.1 Исходные данные ко второму заданию первой работы 14
3.2 Исходные данные ко второй работе 15
3.3 Исходные данные для третьей работы 16
Список литературы 17