 |
тема 10. Измерение и распределение нагрузки и потерь в сетях связи 1 страница
|
|
|
|
Необходимые сведения по теме занятия содержатся в [1, стр. 179-189; стр. 203 -212].
Контрольные вопросы
1. Поясните способ распределения нагрузки с помощью коэффициентов тяготения fij, nij.
2. Запишите выражение для определения межстанционной нагрузки с помощью коэффициентов nij и поясните ее.
3. Сформулируйте порядок определения межстанционной нагрузки согласно НТП 112-2000.
4. Дайте характеристику непрерывному и дискретному методам измерения нагрузки.
5. Какие факторы определяют относительную ошибку результатов измерения нагрузки дискретным методом?
6. Как определяется необходимая длительность измерений нагрузки дискретным методом?
7. Приведите выражения, определяющие среднюю, абсолютную, относительную погрешности выборки при случайном отборе из большой и малой выборок.
Пример решения задачи
ЗАДАЧА
На ГТС существуют две РАТС – PATC1 и РАТС2, абоненты которых создают соответственно нагрузки Y1и Y2 Эрл. Проектируется РАТС3, ожидаемая нагрузка которой Y3. Эрл. Значения нормированных коэффициентов тяготения равны n13, n12, n23.
Определить значения межстанционной нагрузки Y3, 1; Y3, 2; Y3, 3, если нагрузка на выходе ступени ГИ равна Yвых. ГИ= 0, 85 Yвх. ГИ
Исходные данные:
Y1 =250 Эрл.; Y2 =220 Эрл.; Y3 =140 Эрл. n1, 3 = 0, 4; n12= 0, 5; п2, 3 = 0, 6.
РЕШЕНИЕ
Задача иллюстрирует способ распределения нагрузки в сети связи с помощью нормированных коэффициентов тяготения.
Определяем нагрузку на выходе ступени ГИ, подлежащую распределению:
Эрл;
Эрл;
Эрл;
Межстанционная нагрузка (Yij) от i-ой станции к j-ой станции определяется с помощью нормированных коэффициентов тяготения следующим выражением:
.
По приведенной формуле вычисляем:
(Эрл)
|
|
|
(Эрл)
(Эрл)
ТЕМА 11. Расчет характеристик канала связи
Цель данной задачи научиться производить расчет основных параметров канала связи необходимого для организации работы компьютерной сети состоящей из нескольких удаленных друг от друга частей.
Пример решения задачи
ЗАДАЧА. Задана коммуникационная сеть, состоящая из 4 узлов. Сеть задана в виде графа (рис. 11. 1).
Рисунок 11. 1 – Коммуникационная сеть
Необходимо рассчитать трафик, передаваемый между узлами предприятия. Для этого определим, какие сетевые службы участвуют в обмене информацией между абонентами, а также способ (протоколы) передачи данных между пользователями.
Обмен файлами осуществляется между компьютерами абонентов. Доступ к файлам из удаленных офисов осуществляется по протоколу FTP.
Также межсетевой трафик создается телефонией. Причем как абонентами IP-телефонии, так и аналоговыми абонентами. Станции телефонии расположены в каждом узле, однако обмен информацией происходит напрямую между пользователями. Преимущественно внутренний трафик создают разговоры между узлами. Телефония реализуется на базе протокола IP.
11. 1 Распределение абонентов
Источники нагрузки для служб располагаются в узлах сети. Их распределение представлено в таблице 11. 1. Данная таблица не отражает количество абонентов на узлах, а лишь то количество абонентов, которые могут одновременно участвовать в обмене информацией по каналам сети.
Таблица 11. 1 – Распределение абонентов по службам
| Узел | FTP | IP | IPАТС |
| - | |||
| - |
Топологическая матрица сети, отражающая наличие непосредственных физических связей между офисами, выглядит следующим образом:
| - | ||||
| - | ||||
| - | ||||
| - |
11. 2 Расчет длины пакетов в сети
Длина пакета для каждого вида службы различна. Это зависит от вида инкапсуляции и длины поля данных службы. Таблицы 11. 2, 11. 3.
|
|
|
Таблица 11. 2 – Размеры Ethernet пакетов для различных служб.
| Служба | Инкапсуляция | Длина информационной части, байт |
| FTP | Ethernet-IP-TCP-FTPDATA | FTPDATA=1000 |
| IP | Ethernet-IP-UDP-RTP-IPDATA | IPDATA=128 |
| IPАТС | Ethernet-IP-UDP-RTP-IPATC DATA | IPATC DATA=128 |
Длина заголовка каждого из используемых пакетов приведена в таблице 11. 3.
Таблица 11. 3 – Длины заголовков транспортных пакетов
| Пакет | Длина заголовка, байт (бит) |
| Ethernet | 26(208) |
| IP | 20(160) |
| TCP | 20(160) |
| UDP | 8(64) |
| RTP | 16(128) |
Рассчитаем длину пакета для каждой используемой службы:
LFTP=26+20+20+1000=1066 байт (8528бит);
L IP=L IPATC=26+20+8+16+128=198байт (1584бит).
11. 3 Расчет параметров трафика
Необходимо определить число вызовов в секунду, которое генерируется каждым из источников, используя следующие параметры трафика служб:
Таблица 11. 4 – Параметры трафика служб
| Службы | Пользователи | Средняя битовая скорость, Вр | Длина сеанса связи, Тс | Нагрузка в ЧНН | Число вызовов в ЧНН |
| Телефония | КС ДС УАТС | 64 кбит/с | 100 с | 0, 1 0. 4 4, 5 | 3, 6 14, 4 162, 0 |
| Передача данных | ДС УАТС | 2 мбит/с | 1 с | 0, 2 2, 7 | 10, 8 10, 8 |
Используя значения для УАТС, рассчитаем число заявок от абонентов служб по формуле:
, (11. 1)
где 
- число вызовов в ЧНН службы S;
- число заявок, поступающих от абонента службы S узла n.
В нашем случае S=3.
Для службы FTP 
=10, 8:
,
Для служб IP и IPATC значение 
=162:
.
На основе этих данных для всех узлов можно определить количество пакетов средней длины, генерируемое абонентами каждой службы в отдельности, и узла в целом. Для расчета используются следующие формулы:
, (11. 2)
где 
- число пакетов, генерируемых службой S;
- средняя битовая скорость службы S (бит/с);
- длина пакета службы S (бит);
- число заявок на виртуальное соединение, поступающее на абонентский
узел n от пользователей службы S.
вычисляется по формуле:
, (11. 3)
где 
- число абонентов службы S на узле n;
- число заявок, поступающих от абонентов службы S в единицу времени;
|
|
|
- средняя длительность сеанса связи абонента службы S.
Получаем:
,
,
.
Результаты расчетов для всех узлов приведены в таблице 11. 5.
Таблица 11. 5 – Число пакетов средней длины в ЧНН.
| Номер узла | Служба | Количество абонентов | Число пакетов в секунду |
| FTP | |||
| IP | |||
| IPATC | |||
| FTP | |||
| IP | |||
| IPATC | |||
| FTP | |||
| IP | |||
| IPATC | - | - | |
| FTP | |||
| IP | - | - | |
| IPATC |
Для того чтобы разделить понятия «локальный трафик» и «трафик глобальной сети» или «внешний трафик» вводится параметр «коэффициент замыкаемой нагрузки» 
и «коэффициент выдаваемой нагрузки» 
, которые являются индивидуальными для каждой службы в каждом узле. Коэффициент определяет долю нагрузки для службы s узла n, которая замыкается на узле n и образует локальный или внутренний трафик узла. Коэффициент определяет долю нагрузки, которая генерируется абонентами службы s узла n в другие узлы (исходящая нагрузка). Для указанных коэффициентов выполняется соотношение + =1. В данном примере примем 
, 
для всех узлов.
Замыкаемая нагрузка рассчитывается по формуле:
, (11. 4)
где 
- нагрузка, которая замыкается на узле n;
- число служб, используемых в узле;
- коэффициент замыкаемой нагрузки службы S в узле n.
Выдаваемая нагрузка определяется по формуле:
, (11. 5)
где 
- нагрузка, выдаваемая узлом;
- коэффициент выдаваемой нагрузки службы S в узле n.
Пример расчета для первого узла:
Для остальных узлов расчет проводится аналогично. Результаты представлены в таблице 11. 6.
Таблица 11. 6 – Суммарная выдаваемая и замыкаемая нагрузка
| Узел | Служба | 
|
| 
|
|
| ||||
| FTP | 0, 33 | 0, 67 | 2, 3 | 602, 3
| 4, 7 | 1222, 7
| ||||
| IP | ||||||||||
| IPATC | ||||||||||
| FTP | 0, 33 | 0, 67 | 4, 6 | 1204, 6
| 9, 4 | 2445, 4
| ||||
| IP | ||||||||||
| IPATC | ||||||||||
| FTP | 0, 33 | 0, 67 | 2, 3 | 602, 3
| 4, 7 | 1222, 7
| ||||
| IP | ||||||||||
| IPATC | - | - | - | |||||||
| FTP | 0, 33 | 0, 67 | 2, 3 | 602, 3
| 4, 7 | 1222, 7
| ||||
| IP | - | - | - | |||||||
| IPATC | ||||||||||
11. 4 Расчет межузлового трафика
Для оптимального распределения канальных емкостей необходимо проанализировать трафик, перемещающийся между узлами. Данный анализ строится с учетом распределения вызовов различных служб между узлами сети, представленного в таблицах 11. 7 (а, б, в). Для этого определим число абонентов каждого узла, которые создают нагрузки на линии связи, и произвольно распределим их между остальными офисами сети.
Таблица 11. 7(а)
| - | - | |||
| - | ||||
| - | - | |||
| - | - |
По службе FTP
Таблица 11. 7(б)
| - | - | |||
| - | - | |||
| - | - | |||
| - | - | - | - |
По службе IP
Таблица 11. 7(в)
| - | - | - | ||
| - | - | |||
| - | - | - | - | |
| - | - | - |
По службе IPATC
На основании полученных данных, рассчитаем нагрузки, генерируемые между узлами:
, (11. 6)
где 
- нагрузка, которая генерируется узлом l для узла k службы S;
- выдаваемая нагрузка узла n службы S;
- количество абонентов службы S на узле l, которые создают
выдаваемую нагрузку;
- количество абонентов службы S, которые передают трафик из узла l
в узел k.
Пример расчета:
Результаты всех расчетов сводим в таблицы 11. 8(а, б, в):
Таблица 11. 8(а) – Распределение межузлового трафика службы FTP
| Узлы | ||||
| - | 3, 4 | 1, 3 | - | |
| 3, 4 | - | 2, 7 | 3, 4 | |
| 2, 7 | - | - | ||
| - | 1, 3 | 3, 4 | - |
Таблица 11. 8(б) – Распределение межузлового трафика службы IP
| Узлы | ||||
| - | - | |||
| 519, 8 | - | - | ||
| 519, 8 | - | - | ||
| - | - | - | - |
Таблица 11. 8(в) – Распределение межузлового трафика службы IPATC
| Узлы | ||||
| - | - | - | ||
| - | - | 519, 8 | ||
| - | - | - | - | |
| - | - | - |
11. 5 Расчёт среднего числа сообщений
На основании полученных данных строим графы распределения трафика служб (рисунки 11. 2, 11. 3, 11. 4).
Для последующего расчета канальной емкости требуется определить среднее число сообщений, которые проступают в i канал в единицу времени от абонентов службы s. Этот параметр обозначим 
, где индекс 
обозначает номера канала, s - тип службы.
Произведем расчет среднего числа сообщений 
для каждого канала от каждой службы:
(11. 7)
Например, для 1 канала службы FTP:
Для 2 канала службы FTP:
Для 3 канала службы FTP:
Для 4 канала службы FTP:
Суммарное значение среднего числа сообщений FTP во всех каналах:
|
|
|
(11. 8)
Суммарное значение среднего числа сообщений всех служб:
(11. 9)
Рассчитанные значения приведены в таблице 11. 9.
Таблица 11. 9 – Среднее число сообщений в канале
| FTP | IP | IPATC | Всего | |
| 10, 1 | 1648, 6 | 2963, 7 | |
| 10, 1 | 1648, 6 | 2963, 7 | |
| 12, 1 | 2114, 8 | 2126, 9 | |
| 8, 1 | 1737, 8 | 1747, 9 | |
| Всего | 40, 4 | 4347, 8 | 9800, 2 |
Математическое ожидание числа пакетов, генерируемых i-м узлом
(11. 10)
Суммарное значение математического ожидания числа пакетов:
На основании полученных данных можно найти среднюю длину пути, которое определяется числом каналов, по которым проходит сообщение от источника до адресата:
(11. 11)
- среднее значение числа каналов, которые проходит одно сообщение.
11. 6 Расчет емкости каналов
Перед расчетом емкости каналов необходимо рассчитать среднюю длину пакета в сети.
Расчет средней длины пакета в сети производится по следующей формуле:
, (11. 12)
где 
— средняя длина пакета в iм канале;
V — число каналов.
Средняя длина пакета в iм канале рассчитывается по формуле:
, (11. 13)
где 
— длина пакета для службы j;
— число абонентов службы j в iм канале;
— общее число абонентов в iм канале.
Число абонентов служб в канале считается по графам распределения вызовов по каналам. Распределение абонентов служб по каналам приведено в таблице 11. 10.
Таблица 11. 10 – Распределение абонентов служб по каналам
| Канал | Служба | Всего | ||
| FTP | IP | IPАТС | ||
Используя данные таблиц 11. 10 и значений длин пакетов для каждой службы, найдем средние длины пакетов в каждом канале. Результаты расчета приведены в таблице 11. 11.
Пример расчета для первого канала:
Таблица 11. 11
– Средние длины пакетов в каналах
| Канал | ||||
| , бит
|
Тогда средняя длина пакета по сети составит:
бит
Теперь перед проведением расчетов оптимального распределения канальной емкости для каждого канала, необходимо предварительно рассчитать величину общей распределенной канальной емкости для ряда коэффициентов нагрузок 
:
(11. 14)
Полученная общая емкость C далее будет распределятся по каналам согласно соотношению:
(11. 15)
Первая часть формулы 
– это емкость, которая необходима для среднего потока i-го канала, 
– это остаточная емкость сети, которая распределяется между каналами сети пропорционально квадратному корню их средних потоков. На значение остаточной емкости сети накладывается условие:
|
|
|
