Каф. ТСиСК

Тверитина О. О.

К У Р С О В А Я     РАБОТА

«Временные характеристики интеллектуальных сетей»

По курсу «Интеллектуальные сети связи»

Для магистров 1-го курса обучения

Специальность 5А522202 (Телекоммуникационные сети, узлы и распределение информации)

ВРЕМЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ СЕТЕЙ

7.1. Анализ временных задержек в ИС

Процесс предоставления «обобщенной» интеллектуальной услуги можно представить в виде последовательных действий:                                                                                                                                                 

•   Набор номера абонентом А.

•  Проключение соединения: Абонент А - SSP.                                              

•   Функционирование IP (обмен речевой информацией с абонентом А).            

•   Передача информации об услуге через сеть ОКС №7 с протоколом INAP в SSP в SCP.

• Обработка  информации  в  интеллектуальной  надстройке  и  формирование управляющих воздействий в SCP .     

•   Проключение разговорного тракта Абонент А - Абонент Б.                                  

•  Функционирование IP.                                                                                                        

•  Разговор абонентов.                                                                                                              

    •   Завершение разговора. Передача информации о завершении разговора из SSP в SCP через сеть ОКС          

•   Разъединение абонентов. Завершение выполнения услуги. Освобождение SSP.

Следует обратить внимание на то, что такая последовательность верна только для усредненной или «обобщенной услуги». На самом деле, процесс обработки услуг может включать лишь часть из вышеописанных этапов.            

Таким образом, необходимо рассмотреть задержки, вносимые в процессе выполнения перечисленных действий для того, чтобы затем иметь возможность сформировав результирующую задержку выполнения конкретной интеллектуальной услуги (ИУ).

Рассмотрим подробнее содержание выполняемых действий.                            

1. Набор номера Абонентом А (вызывающей стороной). В общем случае эту задержку можно было бы не учитывать и отсчитывать время от момента нажатия последней цифры номера. В частном случае, при использовании АТС старых конструкций - например, декадно-шаговых АТС - время набора влияет на время установления соединения. Однако если сделать допущение, что вся первичная сеть межстанционных связей - цифровизирована, указанная сложность устраняется и время набора номера можно не учитывать.

2. Проключение соединения Абонент А - SSP. Задержка при передаче информации о необходимости установления соединения не является постоянной величиной и зависит как от конфигурации сети, так и от мгновенной загрузки каналов ОКС №7 и количества SSP на сети.

В случае если запрос услуги произошел на станции, обладающей функциями SSP, то время проключения Т пренебрежимо мало. В общем же случае при расчете Т не обойтись без применения вероятностно-временных характеристик и без применения теории массового обслуживания и распределения информации. Так как в ОКС №7 используется динамическая маршрутизация пакетов, то расчет этого времени -задача достаточно сложная, поэтому в каждом случае она решается с введением различного рода допущений. Иногда ее даже можно свести к вычислению формулы (1).

Т2 = (N+1) * Т _{ОКС №   7} + N * Т _ROUTE ,

                                                                                                                                                                 (1)

Где  Т _{ОКС №   7} - время передачи информации точка-точка между двумя смежными пунктами сигнализации сети ОКС с учетом ошибок в звене; N - среднее количество транзитных пунктов сигнализации; Т _ROUTE - время обработки сигнальной информации в транзитном пункте сигнализации.

3. Получение необходимых данных от пользователя. Эта операция осуществляется в диалоговом режиме («для получения информации - нажмите цифру 3...»). Со стороны интеллектуальной надстройки в этом диалоге принимает участие SSP, а если конкретно, то IP. Задержка на этом этапе в основном определяется временем проигрывания записанной информации-подсказки и временем реакции пользователя и количеством пар «вопрос-ответ».

4. Передача информации об услуге из SSP в SCP. При поступлении информации об услуге от абонента А в SSP, происходит передача ее в SCP через сеть ОКС №7 с использованием протокола INAP, который, как описано выше, используется для реализации услуг ИС. Задержка Т_INAP также зависит от плотности вероятности возникновения ошибок в канале.

5. Обработка информации в интеллектуальной надстройке и формирование управляющих воздействий на SSP. При этом возможны следующие задержки:

а) время запуска программы логики услуги;

б) чтение информации из БД — задержка кратна количеству чтений;

в) запись информации в БД — задержка кратна количеству записываемых данных;

г) время выполнения программы — логики услуги.

6. Передача данных из SCP в SSP через ОКС №7. Время задержки рассчитывается аналогично п.4.

7. Проключенне разговорного тракта Абонент А — Абонент Б. Вносит задержку равную времени установления соединения SSP - Абонент Б (аналогично п.2) + время ожидания поднятия трубки Абонентом Б.

8. Информирование Абонента Б или Абонента А о начале тарификации и т.п. Аналогично п. З.  

9. Разговор абонентов. Задержка полностью определяется характером услуги и субъективными характеристиками пользователей.                                                                                                                                     

10. Завершение разговора. Передача информации о завершении разговора на SCP. Передается сигнальная информация о прекращении соединения от абонента  А или абонента Б к SSP (см п.2). Передача информации о завершении процесса оказания услуги на SСР (задержка на передачу информации SSP-SCP).             

11. Разъединение абонентов. Завершение услуги. Освобождение SSP. Отключение оставшегося абонента (время не учитывается, так как сигнал о разъединении соединения отсылается на станцию и больше от этого абонента ничего не зависит). Производится запись служебной информации (статистика, данные тарификации) SCP в БД. Завершение программы логики предоставления услуги.          

7.2. Задержки вызова услуги в телефонной сети

Предположим, что рассматриваемая телефонная сеть содержат лишь одну
станцию, с функциональными возможностями SSP. Информация о вызове ИУ поступает от всех станций на SSP по заранее установленным маршрутам. На рис. 7.1. показан фрагмент такой сети в виде дерева, в узлах которого расположены телефонные станции (ТС), а ветви соответствуют основным маршрутам прохождения сигнальных сообщений от ТС к SSP. Здесь не показаны обходные маршруты передачи сигнальных сообщений.

Будем считать, что SSP расположен в станции, соответствующей корневому узлу У₀ . Все остальные узлы У_i (i ≠ 0) являются концевыми, то есть каждый из них создает абонентскую нагрузку вызова ИУ.            

Обозначим через λ₀ - среднее число заявок на ИУ, поступающие в ЧНН от одного телефонного абонентского номера в единицу времени.                                                                                                                            

N_i —   число абонентских номеров для 1-й ТС.                                                      

В этом случае, среднее число вызовов ИУ от каждой из станций в ЧНН:     

λ_i = λ₀ ∙ N_i

Суммарная интенсивность поступления вызовов на SSP от всех ТС:

_M

λ  = ∑ λ_i

ⁱ⁼¹

где М - общее число ТС, подключенных к SSP.

Рис. 7.1. Дерево маршрутов от телефонных станций к  SSP

Обозначим через У_ij - ветвь, соединяющую узлы У_i и У_j сети. Обозначим также участок сети, включающий в себя все ветви маршрута от узла У_i  к корневому узлу  -  через B_i. На рис. 7.2, например, для узла У₄ такой маршрут В₄ проходит через вершины  0, 1, 2, 3, 4 и включает ветви У₀₁, У₁₃, и У₃₄.

Обозначим длину участка пути, соответствующего ветви V_ij, через  L_ii  , а длину участка сети B_i, включающего все ветви маршрута от узла У_i  к корневому узлу – через L_i :

L_{i  =}  ∑ L_ij

V _{i j}  Ξ B_i

Рис. 7.2. Маршрут от станции Y₄  к SSP

            В рассматриваемом случае, например,                                                                           

L₄=L₄₃+L₁₀, L₃=L₃₁+L₁₀, а L₂=L₂₁+L₁₀ и т.д.
Вероятность прохождения вызова ИУ по маршруту B_i пропорциональна интенсивности заявок, поступающих

от i-й   ТС:

P_i = λ_i / λ .

Средняя длина пути L_C по которому сигнальная информация о вызове ИУ поступает от ТС на SSP, определяется соотношением:

_M

L_C = ∑ P_i ∙ L_i .

ⁱ⁼¹

Аналогично, определяется и среднее число ТС, через которые должна пройти сигнальная информация, следующая по маршруту B_i:

_M

M_C = ∑ P_i ∙ M _i ,

ⁱ⁼¹

где M _i - число ТС, принадлежащих маршруту B_i . Если принять скорость распространения сигнала на линейном участке сети V_C,  то средняя задержка времени распространения сигнала в линиях сети:

τ = L_C / V_C .

            При поступлении запроса от абонента на станцию, а также, при прохождении этого запроса через все транзитные ТС, в каждой из них возникают временные  задержки. Примем эти задержки для всех ТС одинаковыми, и обозначим их через τ_ст.

Средняя суммарная задержка сообщений при прохождении их через ТС сети:

τ =   M_C ∙ τ_ст.

Итак, с точки зрения временных задержек, разветвленная сеть условно может
быть заменена эквивалентным неразветвленным звеном, характеризующимся средней задержкой времени распространения сигнала в линиях и средней суммарной задержкой сообщений в станциях сети.          

7.3. Задержка на участке SSP-SCP

Взаимодействие SSP и SCP по оказанию ИУ начинается с момента поступления на станцию, содержащую SSP, последней цифры набора кода и номера услуги. SSP осуществляет анализ полученной информации, инициирует запрос услуги в виде сообщения IDP и передает его посредством протокола INAP в виде команды ТС-BEGIN по каналу ОКС №7.

Сообщение, полученное SCP, анализируется, обрабатывается компьютерами, в результате чего SSP получает ответ из SCP, в котором содержится информация о том, как произвести услугу. В общем случае, подобный диалог может состоять из нескольких транзакций, т.е. из нескольких циклов запрос-ответ, обеспечивающих выполнение требуемой услуги. На рис. 7.3 представлен диалог, содержащий две транзакции. Короткими стрелками показаны другие сообщения, циркулирующие в дуплексном канале ОКС №7 и не относящиеся к данной транзакции. Это могут быть либо сообщения других транзакций, либо служебные сигнальные единицы (СЕ), либо «пустые» СЕ, обеспечивающие синхронизацию работы канала ОКС №7.

После получения сообщения BEGIN, инициирующего запрос на интеллектуальную услугу, SCP обрабатывает указанный запрос и, спустя некоторый промежуток времени, выдает в сторону SSP сообщение CONTINUE и другую информацию, необходимую для осуществления коммутации и обслуживания запрошенной услуги. После получения указанной информации, SSP сообщением END информирует SCP об окончании обмена, а SCP сообщением DEND подтверждает отсутствие ошибок и согласие на завершение обмена.

Временная задержка на участке SSP-SCP обусловлена задержками, связанными с передачей сообщений в обоих направлениях, а также существенно зависит от времени обработки запроса вычислительной системой SCP. Именно стремлением уменьшить среднее время задержки обработки сообщений, обусловлено выполнение вычислительной системы SCP в многопроцессорном виде.

Сообщения о вызываемой услуге, поступающие от телефонной сети на SSP, прежде, чем будут переданы в звено ОКС №7, анализируются вычислительными средствами SSP. Проанализированные сообщения могут образовывать очереди, ожидающие освобождения канала ОКС №7 в сторону SCP. После передачи сообщений по звену ОКС №7 от SSP к SCP, перед поступлением на обработку, они могут также образовывать очереди, ожидающие освобождения процессоров SCP. Наконец, результаты обработки запроса услуги, перед их передачей в обратном направлении – из SCP в SSP, могут также образовывать очереди, ожидающие освобождения звена ОКС №7.

        Поскольку все сообщения возникают в случайные моменты времени, процесс обработки и передачи рассматривается как процесс массового обслуживания, а вычислительные системы SSP и SCP, а также канал ОКС №7 - как некоторые системы  массового обслуживания (СМО).

            Информация, поступающая в SSР в результате осуществления каждой транзакции анализируется процессорной системой SSP в течение некоторого среднего промежутка времени t_SSP. Так же, как и в случае SCP, указанный промежуток времени включает в себя не только время собственного анализа, но также и время ожидания в очередях SSP.

              В отличие от SCP, задержки в очередях SSP практически мало зависят от интенсивности λ запросов на интеллектуальные услуги, поскольку эти задержки определяются общим трафиком АТС, на которой реализованы функции SSP.

Рис. 7.3.   Диалог между SSP и SCP  через  ОКС № 7

7.4. Задержка сообщений в канале ОКС №7 при
передаче от SSP к SCP

В звене ОКС №7 сообщения передаются с помощью пакетов, называемых
сигнальными единицами - СЕ. Эти СЕ имеют различное назначение и переменную длину. Одно сообщение может передаваться с помощью нескольких СЕ.                                                                           

Используется три типа СЕ:                                                                                              
1) значащие СЕ (ЗНСЕ) - их длина может быть до 273-х байтов;

2) сигнальные единицы состояния звена (СЗСЕ) используются для индикации состояния оконечных устройств и      управления звеном сигнализации. Их длина может быть 7 или 8 байтов;

       3) заполняющие СЕ (ЗПСЕ), которые имеют нулевую полезную длину, однако, наличие ЗПСЕ позволяет оперативно контролировать работоспособность звена сигнализации при отсутствии пользовательского сигнального трафика. Они передаются лишь в том случае, когда отсутствуют для передачи ЗНСЕ или СЗСЕ.

           При передаче в ОКС №7 сигнальные единицы СЗСЕ имеют наивысший приоритет. Следующий приоритет принадлежит ЗНСЕ. При передаче СЕ используется дисциплина обслуживания с относительным приоритетом, ибо нельзя прервать начатую передачу СЕ.

          Для достижения требуемой производительности и повышения надежности передачи сигнальных сообщений между SSP и SCP обычно используют одновременно несколько звеньев ОКС.

Допустим, что сеть предоставляет М_Y различных услуг.

Количество пользователей услуги у_i, составляет число N_yi

Количество запросов на услуги у_i,, поступающее от одного  пользователя в ЧНН, составляет Δ_.i

Интенсивности поступления запросов на услугу у_! в ЧНН от всех N_yi пользователей:

Λ_i = N_yi ∙ Δ_.i

Интенсивности поступления тех же запросов в одну секунду в течение ЧНН:

λ_i = Λ_i / 3600

Суммарная интенсивность поступления запросов на все виды услуг, задействованных в сети:

λ  = Σ λ_i

^{i Ξ M}

            Средняя интенсивность поступления запросов на ИУ, приходящаяся на каждое звено ОКС:

λ_УК = λ / n_k ,

где n_k - число дуплексных звеньев ОКС, соединяющих SSP с SCP.

  Вероятности появления услуг y_i :

P_yi = λ_i / λ

   Среднее число транзакций на одну услугу: 

n_TP = ∑ n_TP ,

^{i= M y}

где n_TPi , - число транзакций, обеспечивающих реализацию услуги y_i.
Значения n_TPi обычно задаются в исходных данных, исходя из имеющейся статистики.                                                                                                                    
Часть услуг требует для своего выполнения передачи некоторых статистических данных. Обозначим через S_i процент каждой из услуги y_i, требующий передачи  дополнительной статистической информации. Среднее число транзакций на одну услугу, с учетом необходимой передачи статистики:     

n_TPS = ∑ ((n_TP • P_yi • S_i) / 100 + n_TP)

^{i= N y}

Среднее число транзакций, осуществляемых в одну секунду, с учетом передачи статистических данных:

λ_ТР = λ• n_TRS.

Указанная интенсивность осуществления транзакций служит основой для расчета требуемого числа звеньев системы ОКС №7 между SSP и  SCP.                                         

Допустим, что каждая транзакция включает в себя  n_ЗН ЗНСЕ, передаваемых в одном направлении по звену ОКС.                                                                                                   

Из рис. 7.3, например, следует, что для реализации вызова одной интеллектуальной услуги требуется передать 6 ЗНСЕ.                                                                                         

Учитывая, что в канале осуществляется дуплексная передача, в среднем, в каждом направлении необходимо передать 3 ЗНСЕ.

Средняя длительность группы ЗНСЕ, передаваемой в одном направлении в течение одной транзакции:

τ_TP = n_ЗН • τ_ЗН ,

где τ_ЗН  - средняя длительность ЗНСЕ.
             Обозначим через в_ТР — среднюю длину пакета, передаваемого в течение  одной транзакции в одном направлении канала ОКС №7, а через в_ЗН  - среднюю длину ЗНСЕ, выраженные в байтах.
Количество п_зн значащих единиц, передаваемых в одном направлении в течение одной транзакции:
n_ЗН = в_ТР  / в_ЗН .

Значения в_ТР и в_ЗН обычно задаются в пределах 140 и 53 байта соответственно, исходя из имеющихся статистических данных.

          Следовательно, каждая транзакция осуществляет передачу в одном направлении, в среднем, 2,6 сигнальных единицы.

Среднюю длительность одной ЗНСЕ обозначим через т_зн.

Помимо ЗНСЕ в канале присутствует поток СЗСЕ с интенсивностью λ_сз, практически не зависящей от поступающих запросов на ИУ, и средним временем передачи τ_ЗН. Указанные СЗСЕ используются для управления сетью и имеют приоритет выше, чем приоритет ЗНСЕ. Наконец, всё оставшееся свободное время в канале заполняется потоком ЗПСЕ, с интенсивностью λ_зп и длительностью передачи τ_ЗП .

Длительности передачи СЕ зависят от их длины и скорости В_к передачи информации в канале.

Если обозначить в_зн, в_сз и в_зп соответствующие средние длины сигнальных единиц, выраженные в байтах, то:

τ  _ЗН = 8 в_зн / B_k,  τ_СЗ = 8 в_сз / B_k, τ_ЗП = 8 в_зп / B_k.

Обычно скорость модуляции В_к в канале ОКС №7 составляет 64 кбит/с. Если принять значения длин сигнальных единиц, соответственно:

в_зн=53 байтов, в_сз=8 байтов, в_зп=6 байтов,

то получим следующие значения средних времен передачи СЕ:

                               τ _TP = (8 • 8) / 64000 = 1 • 10 ^-3= 1 мс,

                               τ _ЗН = (8 • 53) / 64000 = 6,62 • 10 ^-3= 6,62 мс,

τ_ЗП =(8 • 6) / 64000 = 0,75 • 10 ^-3= 0,75 мс.

Если принять среднее число ЗНСЕ передаваемых в течение одной транзакции по каналу ОКС в одну сторону п_зн=2,6, то среднее время передачи одной транзакции:

τ _TP = τ _ЗН • п_зн= 6,62 • 2,6 = 17,2 мс

           Количество звеньев ОКС №7 от SSP к SCP определяется исходя из требования минимальной загрузки  канала ρ_ОКС, значение  которой  выбирается  в пределах ρ_ОКС = 0,2:

n_K =  (λ_TP • τ _TP) / ρ_ОКС .

Значение n_K округляется до ближайшего большего целого числа.       
Интенсивность поступления транзакций в расчете на одно звено ОКС №7

λ_TPK = λ_TP / n_K

является одной из основных характеристик работоспособности звена. 
Предположим, что поступающие транзакции, а также СЗСЕ и ЗПСЕ образуют простейшие пуассоновские потоки.                                                                                  
На самом деле это не так. Однако принятие экспоненциального распределения обеспечивает некоторый дополнительный запас при расчетах.                                      
Простейшая модель канала передачи данных между SSP и SCP и обратно, представляет одноканальную СМО, в которой обрабатываются три потока сообщений:
Z₁ - поток СЗСЕ, имеющих наивысший приоритет;
Z₂ - поток транзакций, реализующих запросы на ИУ;
Z₃ - поток ЗПСЕ, имеющих самый низший приоритет.
На рис. 7.4 показана схема обслуживания указанных потоков заявок в одноканальной СМО.
Коэффициент загрузки канала сигнальными единицами СЗСЕ, образующей

поток Z₁:

ρ₁ = λ_СЗ • n_K

Коэффициент загрузки канала сигнальными единицами ЗНСЕ, образующими поток Z₂:

                                      ρ₂ = λ_TPK • τ _TP ..

Рис. 7.4. Обслуживание заявок в одноканальной СМО

           Поскольку всё время канала, не занятое передачей транзакций и СЗСЕ, используется для передачи ЗПСЕ; суммарный коэффициент загрузки канала всегда равен 1, следовательно, коэффициент загрузки канала сигнальными единицами ЗПСЕ, образующими поток Z₃ :

                                             ρ₃ = 1 – (ρ₁ +  ρ₂).

Заявки, поступившие в канал и ожидающие передачи, заносятся в соответствующие очереди О₁, О₂  и О₃.. В очередях заявки упорядочены по времени их поступления. Когда в канале заканчивается передача очередного сообщения, то управление переходит к программе «Диспетчер». Программа выбирает для очередной передачи сообщение с наивысшим приоритетом, если очереди более старших приоритетов не  содержат сообщений (т.е. оказываются пустыми). Выбранное для передачи сообщение захватывает канал на все время его передачи. Если в систему поступает N простейших потоков сообщений с интенсивностями , ..., λ_N, средние длительности  передачи сообщений каждого типа, соответственно, равны τ₁ , ..., τ_N , и вторые начальные моменты соответственно τ₁⁽²⁾, ...,τ_N⁽²⁾ , то среднее время t_К ожидания в очереди сообщений, имеющих приоритет К, определится соотношением [48]:

_N

t_K = ( ∑ λ_i∙ τ_i ⁽²⁾ ) / ( 2 ∙ (1 – R_K-1) ∙ (1 - R_K)) [c],

ⁱ⁼¹

где R_К-1=ρ₁+ρ₂+ …+ρ_K-1, 

R_К=ρ₁+ρ₂+ …+ρ_K,

ρ_i — загрузки, создаваемые СЕ i-го типа. Используя понятие коэффициента вариации длины сообщений:

ν_i = σ_i / τ_i

σ_i - среднеквадратичное отклонение времен передачи сообщений i-го типа, получим соотношение:

_N

t_К = (( ∑ρ_i∙ τ_i (1 + ν_i ²)) / (2(1 – R_K-1)(1 - R_K)),  k=1,2, …, N.

ⁱ⁼¹

 В рассматриваемом конкретном случае анализа имеются всего N = 3 типа передаваемых сообщений.

Для сообщений потока Z₁ (к = 1):

R₁=ρ₁, Rо=0 τ₁=τ_СЗ ν₁=ν_СЗ.

Для сообщений потока Z₂ ( к = 2):

R₂  = ρ₁+ρ₂,, R ₁ = ρ₁ , τ ₂   = τ_ТР , ν₂   = ν_ТР .

Для сообщений, образующих поток Z₃ ( к = 3):

R₃ = ρ₁+ρ₂+ρ₃=1,

R₂  = ρ₁+ρ₂ , τ₃ = τ_ЗП , ν₃  = ν_ЗП .

где ν_{ЗП ,} ν_ТЗ,, ν_СЗ - коэффициенты вариации длин сообщений для потоков СЗСЕ, транзакций и ЗПСЕ соответственно.

При определении значений коэффициентов вариации длин сообщений необходимо учесть, что все сигнальные единицы СЗСЕ и ЗПСЕ  имеют   практически   постоянную длину (σ_СЗ = 0; σ_ЗП =0) и, следовательно, ν_СЗ = 0 и ν_ЗП = 0 .                                                                                                                                

Сообщения транзакций, напротив, имеют информационные части переменад длины.

Если предположить, что длины указанных сообщений распределены по экспоненциальному закону, то σ _ТР =  τ _ТР и коэффициент вариаций ν _ТР оказывается равным 1.             

Учитывая все сказанное, определим значения времени ожидания в очереди для сообщений каждого типа.                                                                                                               

Среднее время ожидания в очереди на передачу для СЗСЕ, имеющих наивысший приоритет:

t _СЗО = t₁ = (ρ₁ τ_СЗ + 2 ρ₂ τ _{ТР +} ρ₃ τ_ЗП) / (2(1 – R₁))

Среднее время ожидания в очереди на передачу для сообщений транзакций, имеющих второй приоритет:

t _ТРО = t₂ = (ρ₁ τ_СЗ + 2 ρ₂ τ _{ТР +} ρ₃ τ_ЗП) / (2(1 – R₁)(1-R₂))

Среднее время ожидания в очереди на передачу для сообщений ЗПСЕ оказывается бесконечно большим. Очередь ЗПСЕ считается неограниченной, поскольку  значение R₃=1:    

t _ЗПО = t₂ = (ρ₁ τ_СЗ + 2 ρ₂ τ _{ТР +} ρ₃ τ_ЗП) / (2(1 – R₁)(1 - R₂)(1 – R₃))

При определении характеристик ИС особый интерес представляют временные
задержки в очередях передаваемых транзакций t_ТРО. Задержки в очередях сигнальных единиц СЗСЕ, имеющих наиболее высокий приоритет, оказываются меньшими
по сравнению с задержками транзакций, что способствует улучшению управляемости ИС.        

Среднее время передачи и ожидания в очередях для одной транзакции:  

t_ТР = t_ТРО + t_ТР.

В течение каждой транзакции указанное время повторяется дважды: при передаче информации от SSP к SCP и от SCP к SSP.

7.5. Задержка обработки запросов на интеллектуальную услугу в вычислительной системе SCP

Соединение на участке SSP - SCP посредством протоколов семейства INAP является жизненно необходимой частью ИС. Отказ в работе SCP приводит к остановке всей системы в целом, и, как следствие, к отказу в обработке «интеллектуальных вызовов».

С целью предотвращения подобных аварийных ситуаций, обычно SCP выполняются в виде двух машинных кластеров. Компьютеры работают в режиме с разделением нагрузки.

Обозначим через t_SCP — среднее время, затрачиваемое вычислительной системой SCP на обработку одной транзакции.

Указанное время зависит от производительности процессорной системы SCP. Следует отметить, что указанное время включает в себя не только время непосредственной обработки сообщений процессором SCP, но также и задержки в очередях SCP.

Для уменьшения влияния очередей на процесс обработки транзакций в ЗСР обычно используются высокопроизводительные многопроцессорные BС.

Допустим, что некоторый однопроцессорный базовый вычислитель в состоянии отработать В_ПБ транзакций в одну секунду.

Для повышения производительности вычислительной системы SCP обычно используют многопроцессорные ВС, имеющие производительность В_П транзакций в одну секунду и эквивалентные К_БС базовым системам:

К_БС = В_П  / В_ПБ

Обозначим через: t_ПБ - время обработки одной транзакции процессором базовой системы, t_П - время обработки одной транзакции многопроцессорной системой:

t_ПБ =1 / В_ПБ ; t_П =1 / В_П 

Тогда,

t_ПБ = К_БС  t_П

 Допустим, что в рассматриваемой ИС задействовано множество М_у различных ИУ.

Вероятность P_yi появления запроса на интеллектуальную услугу у_i зависит от интенсивности λ_yi, запросов на указанную услугу:

P_yi = λ _уi / λ

В процессе выполнения услуги у_i необходимо произвести n_зyi, обращений для
записи на диски SCP, а также n_чyi обращений для чтения с дисков. Указанные значения для каждого типа услуг известны заранее из статистических данных и позволяют определить среднее число обращений п₃ - к записи и п_Ч - к чтению в течение одной транзакции, соответственно:

                                               п₃ = ∑ n_зyi P_yi / n_TPC ,

                                                                 i= М_у

п_Ч = ∑ n_чyi P_yi / n_TPC

                                                                    i= М_у

С целью повышения производительности процесса чтения из дисковой памяти в ВС широко используются «зеркальные» диски (ЗД). Число одновременно раба тающих ЗД – п_ЗД обычно выбирается равное 3. Информация, которая должна быть считана при каждом обращении, разбивается на п_ЗД частей, записываемых на различные диски. При считывании, происходит обращение одновременно ко всем ЗД, в результате чего, время чтения уменьшается.

При этом среднее время τ_Д затрачиваемое на запись и считывание одной транзакции:     

τ_Д  = п_З τ_об + n_ч τ_об / п_ЗД

Таким образом, при обработке информации, соответствующей каждой транзакции, процессорная система SCP затрачивает промежуток времени τ_ПД, равный
сумме промежутка времени τ_Д,, необходимого для обращения к дискам памяти, и промежутка времени τ_П обработки одной транзакции многопроцессорной ВС, как
показано на рис. 7.5.                                                                                                                         
Коэффициент загрузки дисковой памяти в течение одной транзакции:

Ρ_Д = λ _ТР τ_Д, = τ_Д   / T_ЦТР

Коэффициент загрузки процессоров в течение одной транзакции:                  

Ρ_П = λ _ТР τ_П = τ_П   / T_ЦТР

Рис. 7.5. Загрузка вычислительной системы SCP в течение одной транзакции

Суммарный коэффициент загрузки процессорной системы::

R_ПД = ρ_П +ρ_Д = λ_ТР τ_ПД

определяет среднее время ожидания в очередях на обработку сообщений в SCP в течение каждой транзакции:

t_{ОПД =} R_ПД τ_ПД (1+ ν²_ПД ) / ( 2 (1 - R_ПД  )),

где ν_ПД - коэффициент вариации τ_ПД.

Для пуассоновского потока ν_ПД = 1 .

Среднее время обработки одной транзакции в процессорной системе SCP:

t_SCP = t_ОПД + t_ПД

Указанное время характеризует временные задержки, возникающие в процессорной системе SCP.

7.6. Выбор производительности процессорной системы SCP

Среднее время обработки одной транзакции в SCP существенно зависит от производительности В_П многопроцессорной ВС, которая в свою очередь определяется числом К_БС эквивалентных базовых систем, используемых в SCP.

Из рис. 7.5 следует, что:

τ_ПМ = Т_ЦТР – τ_Д ;

это максимально допустимое время обработки одной транзакции многопроцессорной системой SCP, при котором суммарный коэффициент загрузки R_ПД становится равным 1, и система теряет устойчивость (время_чожидания в очередях неограниченно возрастает).

Введем понятие а_п - коэффициент использования процессорного времени:

а_п = τ_{П /} τ_ПМ

Указанный коэффициент характеризует долю времени, затрачиваемого процессорами на обработку одной транзакции, по отношению к максимально допустимому времени. Для обеспечения требуемого запаса устойчивости системы, значения коэффициента α_П следует выбирать в пределах α_П = (0,2 - 0,3).

Учитывая, что

                                    τ_П = τ_ПБ / К_БС ,

получим соотношение, определяющее требуемое число эквивалентных базовых систем, которое должно быть установлено в SCP:

К_БС = τ_ПБ / (α_П (Т_ЦТР – τ_Д)) = λ_ТР τ_ПБ / (α_П (1 – ρ_Д )

Чем меньше выбираемый α_П, тем больше число эквивалентных базовых процессорных систем требуется установить в SCP.                                                                       

7.7. Задержки времени обслуживания запроса на интеллектуальную

услугу на участке SSP - SCP

На рис. 7.6 показана временная диаграмма, поясняющая последовательной
временных задержек, возникающих при реализации одной транзакции на участке
SSP-SCP.                                                                                                     

Указанная последовательность образует временной промежуток одной транзакции — T_ТР:

Т_ТР = 2t _ТР + t _SSP.

Всего при реализации запроса на интеллектуальную услугу необходимо выполнить n_TRS таких транзакций. Следовательно, полное время передачи и обработки
запроса на ИУ на участке SSP-SCP, определится соотношением:       

T_УП = n_TRST_TP.

Рис. 7.6. Задержки времени при реализации одной транзакции

При проектировании ИС необходимо производительность вычислительных средств и число звеньев ОКС выбирать исходя из того, чтобы значения Т_УП удовлетворяли требованиям, предъявляемым к ИС.

7.8. Задержки запросов на интеллектуальные услуги в выходных регистрах SSP

Запросы на ИУ, поступающие в SSP из телефонной сети, не сразу направляются в звенья ОКС, соединяющие SSP с SCP, а некоторое время хранятся в выходных регистрах, ожидая освобождения звеньев и образуя очереди запросов. Звенья ОКС, совместно с процессорными системами SCP и SSP, обслуживающими передачу, разработку и анализ запросов, представляют многоканальную СМО, с числом обслуживающих приборов, равным числу п_к звеньев на участке SSP - SCP, как это показано на рис. 7.7.

Рис.7.7. Многоканальная система обслуживания запросов на ИУ

Среднее время, необходимое  для обслуживания запроса ИУ одним прибором, равно определенному ранее времени Т_УП. Коэффициент загрузки многоканальной СМО – β определяется соотношением:

β  =  λ ∙ Т_УП.

Он показывает среднее число приборов, непосредственно участвующих в обслуживании ИУ.

Коэффициент загрузки каждого из приборов, в среднем, определяется соотношением:

ρ = β/n_K = λ_KT_УП.

При реализации вызовов на различные ИУ необходимо передавать и обрабатывать различное число транзакций, поэтому величина T_УП носит случайный характер. Если предположить, что значения этой величины распределены по экспоненциальному закону (σ_TУП = Т_УП), то коэффициент вариации времени Т_УП  окажется равным единице (ν_УП = 1).

Время ожидания начала запроса на ИУ в очереди определяется соотношением

Т_УО =  (ρ_ПТ_УП) / (1 - ρ_П).

Полное время обслуживания запроса на ИУ, с учетом времени ожидания в очередях в регистрах SSP:

Т_У = Т_УО + Т_УП

Расчеты показывают, что, несмотря на весьма малую загрузку каналов ОКС между SSP и SCP, ввиду длительности процесса передачи и обработки запросов на ИУ, в выходных регистрах SSP могут образовываться значительные очереди запросов, приводящие к существенному увеличению полного времени обслуживания запросов со стороны SSP и SCP. Даже незначительное увеличение интенсивности  λ поступления запросов на ИУ, может привести к возникновению весьма больших очередей в выходных регистрах SSP и потере управляемости всей системы в целом. Единственным средством борьбы с указанным явлением служит увеличение числа звеньев ОКС - n_K. Однако при этом необходимо иметь достаточно мощные вычислительные системы в SCP, с тем, чтобы увеличение интенсивности поступающих сообщений не привело бы к существенному увеличению времени τ_SCP их обработки SCP.

Пример расчета временных задержек

на участке SSP-SCP

Исходные данные для расчета приведены в таблице 1. Здесь выбраны для реализации три различных услуги: FRH, CCC и ACC.

Таблица 1. Исходные данные

Параметры		Услуги
		1	2	3
Наименования	Обозначения	FPH	CCC	ACC
Количество пользователей услуги, тыс	Nyi	1,5	2,5	30
Количество звонков в ЧНН на одного пользователя	Δi	10	1,0	0,5
Число транзакций на одну услугу	NTP1	1	3	6,5
Процент услуг, требующих обработки статистики, %	Si	100	0	0
Среднее число обращений к памяти при записи	nЗУ1	0	0	0,8
Среднее число обращений к памяти при чтении	nЧУ1	1	1	2
Среднее время одного обращения к памяти, мс	ΤОБ	15
Число зеркальных дисков	NЗД	3
Средняя длина одной транзакции, байт	ВТР	140
Средняя длина СЗСЕ, байт	ВСЗ	8
Средняя длина ЗНСЕ, байт	ВЗН	53
Средняя длина ЗПСЕ, байт	ВЗП	6
Средняя интенсивность поступления СЗСЕ, 1/с	ΛСЗ	2
Допустимый расчетный коэффициент загрузки канала ОКС №7	ρОКС	0,2
Время обработки одной транзакции базовой процессорной системой, мс	ΤПБ	10
Коэффициент использования процессорного времени	ΑП	0,2
Коэффициент вариации длительности обработки транзакций процессорами	VПД	1,0
Среднее время анализа на каждую транзакцию в SSP, мс	tSSP	0,2

Пример расчета ИС с использованием указанных

исходных данных.

1. Интенсивность заявок на услугу в ЧНН

Λ_i=N_yiΔ_i ;

Λ₁=1500∙10=15000;

Λ₂=2500∙1=2500;

Λ₃=30000∙0,5=15000.

2. Интенсивность поступления заявок на услуги в 1 секунду

λ_i=;

λ₁==4,17;

λ₂==0,69;

λ₃==4,17;

3. Суммарная интенсивность поступления заявок на услуги

λ=

4. Вероятность поступления услуги y_i

P_yi=

P_y1=

P_y2=

P_y3=

5. Среднее число транзакций на услугу

транзакций/услуга.

6. Среднее число транзакций на одну услугу с учетом необходимости передачи статистических данных

транзакций/услуга.

7. Среднее число транзакций, осуществляемых в одну секунду (интенсивность транзакций)

 транзакций/услуга.

8. Длительность сигнальных единиц ОКС№7

9. Среднее количество значащих сигнальных единиц, передаваемых в одном направлении при одной транзакции

10. Среднее время передачи информации одной транзакции в одном направлении

11. количество звеньев ОКС №7 отSSP к SCP

Округляем до целого числа N_K=4.

12. Количество звеньев ОКС №7 к одной машине кластера SCP

13. Интенсивность поступления запросов транзакций в каждое из звеньев ОКС №7

  14. Коэффициент загрузки звена ОКС №7

p₁=l_c3∙t_c3=2∙1∙10^-3=0,002;

p₂=l_ТРК∙t_ТР=9,38∙17,2∙10^-3=0,161;

p₃=1-(p+p)=1-(0,002+0,161)=0,837;

R₁=p₁=0,002;      R₂=p₁+p₂=0,163.

  15. Определение времени задержки в очередях на передачу информации в звено ОКС №7

  16. Общее время передачи и ожидание передачи информации транзакции в одном направлении звена ОКС №7:

t_ТР=t_тро+t_тр=3,7+17.2=20,9 мс.

  17. Среднее число обращений на запись в память для одной транзакции:

18. Среднее число обращений на чтение из памяти для одной транзакции:

 19.  Среднее время затрачиваемое на запись и считывание в течении одной транзакции:

t_д=n₃∙t_об + n_К∙t_об/n_3д=0,1∙15 + 0,39∙15/3=3.45 мс.

  20.  Коэффициент загрузки при обращении к дисковой памяти:

p_д=l_трt_д=37,5∙3,45 10^-3=0,129.

21.Количество необходимых базовых процессорных систем для обеспечения работы SCP

KБС=

Округлим KБС до целого числа

KБС =3.

Поскольку кластер SCP состоит из двух ВС, каждая из них должна содержать процессор, эквивалентный одной базовой системе.

22.Среднее время обработки одной транзакции многопроцессорной системой

=

23.Коэффициент загрузки процессоров в течении одной транзакции

24.Суммарный коэффициент загрузки процессорной системы

.

25.Суммарное время обработки транзакций в процессорной системе

τпд = τп + τд =

26.Среднее время ожидания в очередях на обработку транзакций в SCP

27.Среднее время обработки одной транзакции процессорной системой SCP

tscp = tопд + tпд =

28.Полное время задержки выдачи информации одной транзакции при запросе на интеллектуальную услугу

Tтр = 2tтр + tscp + tssp =

29. Полное время задержки информации при выполнении услуги

.

30. Коэффициент загрузки многоканальной ОКС №7 системы со стороны SSP?

.

31.Коэффициент загрузки на один эквивалентный канал обслуживания

32. Время ожидания в очереди

.

33.  Полное время обработки услуги

.

Расчеты показывают, что при заданной интенсивности поступления запросов на интеллектуальные услуги соединение SSP и SCP с помощью 4-х звеньев ОКС №7 обеспечивает загрузку каждого из каналов на уровне 20%, что вполне допустимо для ОКС №7. Время обслуживания "интеллектуального вызова" на участке SSP-SСР при этом не превышает 0,41 секунды.

Однако коэффициент загрузки достаточно велик , и, даже небольшое увеличение интенсивности поступления запросов на ИУ, может привести к возникновению значительных очередей.

Литература

1. Б.Я.Лихтциндер, М.А.Кузякин, А.В.Росляков, С.М.Фомичев, Интеллектуальные сети связи. – М.: Эко-Трендз, 2002