Управление потоками и нагрузкой в сетях связи, страница 2

Динамическое управление объемом потоков подразумевает как управление объемом исходящей нагрузки от абонентов, так и управление исходящей нагрузкой от коммутационных узлов при перегрузках сети.

а)управление объемом исходящей нагрузки от абонентов состоит в том, что при перегрузках в сети коммутационный центр выдает абоненту определенную информацию и абонент решает сам, производить ли ему вызов или нет. Пример – повышенный тариф при пользовании связью в промежутки времени, когда сеть перегружена;

б)управление ограничением исходящей нагрузки от коммутационных узлов предполагает, что при перегрузках сети часть вызовов получит отказ независимо от возможности обслужить этот вызов. Тем самым уменьшается нагрузка, поступающая на коммутационное и линейное оборудование сети. Основными методами ограничения нагрузки являются:

·  на сетях с коммутацией каналов одним из методов ограничения исходящей из узлов коммутации нагрузки является введение категорий обслуживания абонентов и категорийности связей, когда в условиях перегрузок на сети дается отказ заявкам на установление связи от абонента низшей категории к высшей (даже при наличии свободных исходящих каналов). Таким образом, при управлении внешними потоками должно обеспечиваться соответствие входных потоков уровню ресурсов сети;

·  на сетях с коммутацией пакетов, работающих в дейтаграммном режиме, основными методами ограничения исходящей из ЦКП нагрузки являются изоритмический метод, метод ограничения объема входной памяти коммутатора пакетов и метод посылок.

Изоритмический метод ограничивает число условных разрешений на каждом ЦКП. Пакеты из ЦКП передаются только при наличии разрешения в данном ЦКП, количество разрешений ограничено и они постоянно перераспределяются между всеми ЦКП сети. Экспериментально установлено, что оптимальное число разрешений в сети равно 3N, где N – число ЦКП сети, при максимальном числе разрешений на каждом ЦКП не более трех [4]. Метод эффективен в условиях равномерной перегрузки сети, но при разной загрузке в различных зонах сети он может привести к снижению общей пропускной способности.

Метод ограничения объема памяти коммутатора пакетов имеет несколько модификаций. В простейшем варианте ОЗУ коммутатора пакетов объемом  Кбайт разбивается на две части. Первая часть объемом предназначена для обслуживания как входного потока сообщений из ООД пользователей, так и транзитного потока. Вторая часть объемом  используется только для обслуживания транзитного потока внутри базовой сети передачи данных. Транзитные пакеты в каждом узле коммутации занимают буферную память  и обслуживаются с более высоким приоритетом, чем входящие пакеты, поступающие от ООД пользователей. Оптимальный выбор объема памяти позволяет обеспечить максимальную пропускную способность путем ограничения входной нагрузки.

Метод посылок основан на оценке загрузки каналов передачи данных выбранного маршрута. При перегрузке маршрута в ЦКП отправителя посылается служебный пакет с информацией о перегрузке, при приеме которого ограничивается входная нагрузка на данный маршрут;

·  на сетях с коммутацией пакетов, работающих в режиме виртуальных каналов (X.25), основным методом ограничения нагрузки является ограничение числа виртуальных каналов, выделяемых администратором сети пользователю.

Динамическое управление распределением потоков внутри сети осуществляется как за счет управления структурой некоммутируемой сети, так и за счет управления путями передачи потоков (управления маршрутизацией) без изменения структуры сети.

Управление структурой некоммутируемой сети включает методы управления мощностью пучков каналов и методы перераспределения каналов в сети. Наиболее целесообразно использовать совместно управление структурой некоммутируемой сети и управление путями передачи потоков на вторичной сети.

Управление путями передачи потоков (внутренними потоками) на сети. Данный вид динамического управления обеспечивает оптимизацию пропускной способности сети при фиксированном уровне ресурсов. Это достигается за счет оптимизации маршрутов передачи сообщений между узлами коммутируемой вторичной сети.

Управление внутренними потоками осуществляется:

1.  Перераспределением путей передачи потоков.

2.  Использованием обходных путей, управлением их числом и составом.

Обычно на коммутируемых сетях с целью повышения живучести и эффективности использования каналов в каждом направлении выбирается один основной и несколько (два – три) обходных путей установления соединений. Основной путь, по которому делается первая попытка установления соединения (как правило, путь минимальной длины), называется путем первого выбора.В случае невозможности установления по нему соединения из-за занятости каналов, повреждений и т.д. делаются попытки установления соединения по обходным путям второго, третьего выборов.

Первая группа методов управления (перераспределением путей передачи потоков) подразделяется на две подгруппы:

·  управление порядком выбора допустимых обходных путей (при изменении ситуации на сети происходит коррекция ПРН, но без изменения числа и состава обходных путей);

·  управление составом путей (при изменении ситуации на сети происходит выключение одних направлений из обходных путей и одновременное включение в них других направлений, но так, чтобы общее число обходных путей не изменилось).

Вторая группа методов управления (числом и составом обходных путей) эффективна при наличии перегрузок на сети. С ростом поступающей в сеть нагрузки происходит увеличение потока транзитной нагрузки из-за использования обходных путей, при этом увеличение потока происходит нелинейно. При значительных сетевых перегрузках и высоком использовании линий происходит лавинообразное нарастание транзитных потоков и тогда обходные пути становятся неэффективными. Принципы организации управления, позволяющие определить момент, когда отдельные (или все) обходные пути становятся неэффективными и требуется исключить их из списка обходных, относятся ко второй группе динамического управления – управления числом и составом допустимых обходных путей.

Эффективность функционирования динамического управления потоками в значительной степени зависит от используемого алгоритма. Однако, даже в случае применения ”идеального” на данный момент метода динамическое управление не во всех случаях является эффективным.

Так, например, в сетях с коммутацией каналов есть области нагрузки, при которых динамическое управление не только не обеспечивает меньших потерь, но даже приводит к увеличению потерь вызовов по сравнению со статическим управлением. Это объясняется тем, что динамическое управление распределением потоков по сравнению со статическим может привести к выбору путей с большим числом транзитов, а следовательно, к снижению общей пропускной способности сети, когда для одного соединения занимается большее число каналов, чем при статическом распределении.

В результате вероятность потерь вызовов на сети коммутации каналов с динамическим распределением потоков по сравнению со статическим, с одной стороны, сокращается за счет адаптации ПРН к изменяющимся на сети условиям, а с другой стороны, увеличивается за счет роста среднего числа транзитных участков на одно соединение.

Все эти выводы справедливы только при условии увеличения общей нагрузки на сети и равномерном распределении перегруженных ветвей. Если же нагрузка в одних пучках каналов растет, в других – уменьшается, причем средняя нагрузка на сети остается неизменной, а распределение перегруженных пучков каналов неравномерно, то эффект динамического управления оказывается значительно сильнее.

В условиях же значительной перегрузки сети применение только одного динамического управления может не только улучшить, но даже ухудшить показатели качества обслуживания вызовов. Поэтому динамическое управление распределением потоков необходимо применять в сочетании с ограничением нагрузки.

В зависимости от вида информации о ситуации на сети все методы динамического управления потоками (так же, как и статические) можно разделить на детерминированные (иногда их называют оперативными) и статистические.

При детерминированных методах коррекция обобщенной матрицы маршрутов обеспечивается немедленно, на основе информации о текущей ситуации на сети.

При статистических методах коррекция ПРН обеспечивается на основе статистики об интенсивностях потоков заявок, величине задержки или вероятности отказа по каждому исходящему направлению, полученной в результате обслуживания предыдущих заявок в течение интервала времени Т. Реакция таких систем инерционна.

Наибольший эффект получается при совместной работе статистических и детерминированных оперативных методов динамического управления.