ANALIZA TRAFICULUI IN RETELE DE TELECOMUNICATII

Intensitatea si volumul traficului

Traficul este o notiune frecvent folosita in limbajul cotidian, la care se face referire ori de cate ori dialogul are ca subiect o activiate mai mult sau mai putin legala ce presupune transferul intr-un anumit mod "a ceva anume" (obiecte, idei sau informatii).

Traficul are un dublu statut in reteaua de telecomunicatii: este 'produsul' retelei pentru ca este oferit de abonati, dar este si 'materia prima' prelucrata in resursele sale, pentru ca este destinat abonatilor si trebuie indrumat spre acestia. Utilizatorii retelei nu sunt specializati pentru a avea o anumita pozitie intr-un apel, putand fi dupa caz chematori sau chemati. Inseamna ca de fapt traficul parcurge in retea un ciclu (de viata): apelul este oferit de catre abonatul chemator (un terminal al retelei), este prelucrat de resursele retelei, fiind indrumat spre abonatul chemat (alt terminal al retelei), ca apoi sa se incheie la sfarsitul schimbului de informatii efectuat intre cei doi corespondenti.

Cuvantul trafic ascunde de fapt, din punct de vedere matematic, o serie de notiuni nu tocmai simple, deduse si introduse pentru a modela in mod riguros fenomenul corespunzator. Astfel, daca consideram procesul aleator contiuu de tip Poison si cantitatea asociata sosirii de identitate i, atunci : reprezinta volumul de trafic (traficul) oferit pana la momentul t, de catre o anumita susa de trafic unui anumit sistem de servire pentru a fi transferat in conditi ideale de servire, in care fiecare cerere de transfer este servita cu promtitudine (fara intarziere).

Marimea S(t) este un proces aleator continuu, de sumare la momente repartizate aleatoriu, conform unui proces de numerotare, . Termenii sumei reprezinta realizari particulare generate de o serie de variabile aleatorii independente si identic distribuite, in mod generic notate cu X

Fig 3.1 Realizari particulare de procese implicate in analiza traficului oferit

In consecinta suma S(t) prezinta o valoare medie, care este definita trafic mediu, fiind dat de relatia :

E[S(t)]=E[]*E[X]

Dar in majoritatea situatiilor, inclusiv cel al retelelor de telecomunicatii, aceste cantitati nu sunt receptionate, respectiv transferate instantaneu. In consecinta fiecarei sosiri, numita cerere de serviciu, ii sunt asociate in general, un debit (biti/sec, pachete/sec, etc) sau o banda (audio,video etc) si un timp de servire (cum este cazul apelurilor telefonice sau transferurilor de fisiere). In acesta (fig 3.2) situatia volumului de trafic S(t) oferit pana la momentul t nu poate lua in considerare si duratele care depasesc aceasta valoare (adica t). Prin urmare traficul mediu este dat de ralatia : E[S(t)]=E[]*E[X']

X (X<=t-s)

Unde X'= t-s (X>t-s)

unde s este momentul sosirii , ce poate fi plasat oriunde in intervalul (0,t)

Figura 3.2 pune in evidenta o alta marime ce decurge din trafic, fiind derivata la propriu din aceasta, si anume intensitatea traficului definit de relatia : A(t)= si care este de fapt numarul de clienti, N(t), aflati in sistem la momentul t.

Fig 3.2 Realizari particulare de procese implicate in analiza traficului.

Exista si o medie numita intensitate medie a traficului :   

E[A(t)]=

Daca am considera procesul de sosire al clientilor si procesul plecarilor din sistem, atunci intensitatea medie instantanee a traficului, fiind totuna cu numarul mediu instantaneu de clienti in sistem poate fi exprimata prin urmatoarea diferenta :

E[A(t)]=E[]-E[

Unitatea de masura a traficului

CCITT a decis in 1964 ca unitatea internationala de trafic sa poarta numele de Erlang, in cinstea matematicianului danez A.K. Erlang, ca o recunoastere a cercetarilor sale fundamentale in domeniul traficului.

Intensitatea traficului se masoara in Erlang (E) si cantitatea traficului in Erlang x ora (E x h), unitati respectiv care seamana cu Kw si Kw x h care masoara puterea si energia in retelele electrice.

Un echipament al retelei suporta o intensitate a traficului constanta de 1 Erlang si se scurge 1 Erlang x ora daca el este ocupat fara a fi discontinuu in timp de o ora; daca el este ocupat intr-o perioada T a timpului in cursul acestei ore, se scurge T Erlang x ora si intensitatea medie a traficului este de T Erlang.

In practica se mai utilizeaza insa si alte unitati de trafic, ce sunt derivate din diferite durate etalon de apel (2 minute, 100 secunde sau 1 minut ) si anume:

-EBCH (Equated Busy Hour Call) =ARHC (Appel Reduit a l'Heure Chargee)

-CCS (Cent Call Seconds);

-CM (Communication Minute)

Exista urmatoarele relatii :

1E=36CCS=30ARHC=30EBCH=60CM

In cazul retelelor si a serviciilor in care informatia se transfera pe bucati (pachete/celule), traficul se poate exprima prin unitati de masurare adecvate, precum: biti/sec, pachete/sec sau celule/sec. Trecerea in unitatii Erlang a unui trafic se face convertind cantitatea specificata de aceasta pentru a fi vehiculata pe unitatea de timp considerata in durata de servire corespunzatoare .

Intensitate medie rezulta din conjugarea a doi parametri a carui produs matematic este: pe de o parte, numarul de chemari sau solicitatiile, echipamentului considerat pe o unitate de timp, pe de alta parte, durata medie a unei chemari.

Definitia precedenta a traficului se aplica destul de bine la o linie de abonat cat si la toate elementele retelei, in transmisiune, in comutatie; se vorbeste astfel de traficul tratat de echipamentele inregistrarii a unui comutator, ori a celui transportat de un fascicol a circuitelor. In calitate de puncte de reper, o linie rezidentiala permite trecerea in jurul a 20mE pe ora incarcata, o linie putin profesionala, 80mE, si o linie mai profesionala, 300mE; media pe linie intr-o ora incarcata se stabileste la 50mE. Un comutator mare de abonati este capabil sa trateze 3000E, si un centru de tranzit, 10000E.

Prelucrarea traficului

Traficul masurat in Erlang apare ca o marime aleatoare atunci cand se plaseaza la nivelul unei surse de trafic izolata, de exemplu un abonat, dar el prezinta regularitati statistice cand se considera la un nivel mai agreabil. Se poate pune in evidenta urmatoarele tipuri de variatii: profiluri anuale, lunile iunie, iulie si decembrie, fiind cele mai incarcate, saptamanale, sfarsiturile saptamanilor fiind cele mai libere si zilnice, cu zilele lucratoare, doua platouri de trafic profesional, dimineata si dupa masa, si o intensitate culminanta a traficului rezidential seara .

Fig 3.3 Curba modificarii traficului zilnic.

Reteaua de telecomunicatii, ca sistem global, participa activ la realizarea schimbului informational ce este propriu unei comunicatii, prin diversele sale componente si pe toata durata acesteia. In cele ce urmeaza, sunt prezentate componentele tehnice ale retelei, in ordinea in care ele se inlantuie pe traseul dintre corespondentii unei comunicatii. Se are in vedere ca reteaua actuala este construita pe suportul retelei telefonice clasice si in consecinta serviciul telefonic este considerat cu prioritate.

Fara a face vreo eroare, se poate considera ca utilizatorii principali ai retelei de telecomunicatii sunt abonatii telefonici. Ei reprezinta de fapt persoane fizice sau juridice care, fiind conectate la retea, pot beneficia pe baza unui abonament de serviciul telefonic. Orice abonat care doreste sa stabileasca o legatura telefonica initiaza un apel, care este oferit retelei spre prelucrare. Abonatul care ofera apelul este abonat chemator adica sursa de apel. Apelul (orice tentativa de stabilire a unei legaturi de comunicatie) este totdeauna adresat unui alt abonat, abonatul chemat, ce reprezinta de fapt destinatia sa. Daca la sfarsitul prelucrarii apelului, este atinsa destinatia, atunci schimbul informational are loc, iar apelul este satisfacut. Apelul exista deci in retea pe toata durata sa de viata, care cuprinde un interval de timp necesar stabilirii tuturor conexiunilor si un altul pentru schimbul efectiv de informatii intre cei doi corespondenti.

Considerand, intr-o perioada de observatie, toti clientii prezenti in retea, impreuna cu duratele de viata pentru apelurile lor, putem aprecia de fapt incarcarea retelei sau traficul oferit de clienti.

Fig 3.4 Ciclul traficului in reteaua de telecomunicatii

Daca ne referim doar la abonatii telefonici, prelucrarea oricarui apel se face in timp real, traficul neputand sa fie stocat. Pentru alte servicii netelefonice se accepta insa o memorare a informatiilor in diverse noduri ale retelei, in cazul indisponibilitatii resurselor pe rutele de interes in momentul prezentarii. Transmiterea informatiilor spre destinatii se va face pe masura disponibilizarii resurselor, aparand astfel o anumita intarziere fata de momentul emiterii lor de catre sursa; normele de calitate a serviciului impun insa anumite limite maxime pentru aceste intarzieri.

Se vorbeste despre indisponibilitatea temporara a unor resurse de prelucrare, deoarece traficul oferit de abonati are o variatie aleatorie, iar resursele sunt componente fizice instalate in numar limitat, utilizarea lor trebuind sa fie optima si eficienta. In Fig3.5 este prezentata o curba posibila de variatie a traficului oferit in cursul unei zile (24 ore) de un grup de abonati (surse de trafic); pentru servirea acestui trafic s-a ales o valoare medie, in raport cu care este prevazut numarul resurselor de prelucrare (echipamente de comutare, circuite de transmisiuni)

Fig 3.5 Variatia numarului de apeluri oferite de o grupa de surse in decursul unei zile

Aceasta inseamna ca la proiectarea retelei trebuie sa se ia in considerare o valoare medie a traficului, pentru care se asigura resursele necesare prelucrarii lui, rezultand in mod automat un anumit procent acceptat de pierderi de prelucrare (pierderi tehnice), pentru orice volum de trafic, care depaseste valoarea medie. Exista in retelele moderne procedee de diminuare substantiala a pierderilor de trafic, fara a aduce vreun prejudiciu eficientei de utilizare a resurselor. Trebuie observat ca doar traficul oferit este intamplator, in timp ce traficul servit (scurs) si cel pierdut sunt marimi deterministe, dependente evident de dimensiunea grupului de resurse de prelucrare.

Resursele retelei au dimensiuni fizice ce nu pot respecta variatiile aleatorii ale traficului, fiind planificate in raport cu valori medii statistice ale acestuia. De aici rezulta ca in prelucrarea reala a traficului de catre oricare componenta a retelei pot aparea pierderi de trafic oferit sau intarzieri de prelucrare. De exemplu cateva observatii efectuate in reteaua mobila conduc la aprecierea probabilitatii de pierderi, ilustrata in curbele din figura:

Fig 3.6 Apelurile la ora 01:00

Fig 3.7 Apelurile la ora 02:00

Fig 3.8 Apelurile la ora 03:00

Fig 3.9 Apelurile la ora 04:00

Fig 3.10 Apelurile la ora 05:00

Fig 3.11 Apelurile la ora 06:00

Fig 3.12 Apelurile la ora 07:00

Fig 3.13 Apelurile la ora 08:00

Fig 3.14 Apelurile la ora 09:00

Fig 3.15 Apelurile la ora 10:00

Fig 3.16 Apelurile la ora 11:00

Fig 3.17 Apelurile la ora 12:00

Fig 3.18 Apelurile la ora 13:00

Fig 3.19 Apelurile la ora 14:00

Fig 3.20 Apelurile la ora 15:00

Fig 3.21 Apelurile la ora 16:00

Fig 3.22 Apelurile la ora 17:00

Fig 3.23 Apelurile la ora 18:00

Fig 3.24 Apelurile la ora 19:00

Fig 3.25 Apelurile la ora 20:00

Fig 3.26 Apeluri la ora 21:00

Fig 3.27 Apeluri la ora 22:00

Fig 3.28 Apeluri la ora 23:00

Fig 3.29 Apeluri la ora 24:00

Concluzie :Analizand traficul timp de o zi din ora in ora se constata ca ora de varf este 11:00 (56 apeluri servite)

In continuare se face o analiza a apelurilor servite pe timpul unei saptamani, mai exact : 02.06.2008-09.06.2008.

Fig 3.30Apelurile din ziua 02.06.2008

Fig 3.31 Apelurile din ziua 03.06.2008

Fig 3.32 Apelurile din ziua 04.06.2008

Fig 3.33 Apelurile din ziua 05.06.2008

Fig 3.34 Apelurile din ziua 06.06.2008

Fig 3.35 Apelurile din ziua 07.06.2008

Fig 3.36 Apelurile din ziua 08.06.2008

Fig 3.37 Apelurile din ziua 09.06.2008

Fig 3.38 Apelurile din toata saptamana

Concluzie: In urama analizei facute am observat ca cele mai multe apeluri servite au fost in ziua de 03.06.2008(marti)

Retaua telefonica nu este dimensionata dupa un model ca toti utilizatorii sa o poata utiliza cu eficacitate, dar probabilitatea blocajului unui apel in ora cea mai incarcata nu intrece un prag acceptabil, de exemplu 1%.

Trecerea traficului prin retea este caracterizata de o relatie care exista intre urmatoarele trei variabile: pe de o parte fluiditatea traficului masurata prin pretul curent al blocajului comunicatiilor; pe de alta parte dimensionarea echipamentelor definite prin numarul si prin dimensiunea organelor fiecarui tip, si in sfarsit, intensitatea traficului oferit retelei, trafic care trebuie sa fie deosebit de acel care este transmis efectiv, apoi blocajul unei parti a comunicatiilor datorita indisponibilitatii unor oarecare echipamente. Forma acestei relatii depinde de natura traficului si de forma in care el este administrat de catre retea.

In cazul in care apelurile blocate sunt respinse, si nu sunt acumulate intr-un sir de asteptari cand sosirile apelurilor se supun unui proces aleator fara memorie, un proces Poisson, si cand durata apelurilor urmareste o lege de repartitie exponentiala, pretul blocajului, si deci a pierderii B, este unit numarului de echipamente prin formula urmatoare, numita formula Erlang a apelurilor pierdute:

Fig 3.39 Legea lui Erlang

Evaluarea traficului

A. Metode experimentale de numarare a clientilor si aprecierea a durtatei de ocupare

Sistemele si retelele de telecomunicatii constituie in principal, suportul de "desfasurare" a traficului informational dintre utilizatorii acestuia. Din acest motiv, dimensionarea si dezvoltarea lor se bazeaza pe cunoasterea caracteristicilor serviciilor si cererilor de serviciu carora le sunt destinate.

Cunoasterea caracteristicilor se realizeaza si se reactualizeaza continuu printr-o analiza de trafic, realizata periodic si care presupune achizitia de date si prelucrarea acestora in diverse moduri. Astfel considerand T durata de observare (inregistrare) si R numarul de resurse considerate, se poate considera:

Metoda I : notam cu durata acumulata de servire in care i resurse sunt ocupate simultan. In aceste conditii durata totala de ocupare pe ansamblul resurselor este , ceea ce inseamna ca estimatorul traficului scurs pe o durata T se exprima prin relatia :. Deci estimatorul intensitatii traficului scurs este:

Medoda II: notam cu durata cumulata de ocupare a resursei de identitate j, deci marimile anterior definite se exprima acum prin:

si

Metoda III: notam cu numarul de angajari si cu durata cumulata de ocupare a resursei j pe durata T:

a)          estimatorul timpului mediu de servire :

b)          estimatorul ratei de angajare:si se obtine

Cele trei metode prezentate au, in principal, ca obiectiv determinarea unei valori medii (cea a traficului) .

B . Folosirea controalelor de trafic

In urma unei analize facute pe o retea GSM timp de trei zile se obtin uramatoarele relultate :

Fig 3.40 Traficul in decursul zilei de 06.06.2008 de la ora 15:13 pana la 00:13

Fig 3.41 Traficul in decursul zilei de 07.06.2008 timp de 24 de ore

Fig 3.42. Traficul in decursul zilei de 08.06.2008 timp de 24 de ore

Fig 3.43 Traficul in decursul zilei de 09.06.2008 de la 00:00 pana la 15:13

Fig 3.44 Traficul din 06.06.2008 de la ora 15:13 pana pe 09.06.2008 la ora 15:13 din 15 in 15 secunde

Concluzie In urma analizei facute in decursul a celor 3 zile se observa ca traficul variaza in functie de momentul de timp