Teorija komunikacijskih tokova

  • Published on
    02-Jul-2015

  • View
    324

  • Download
    1

Embed Size (px)

Transcript

<p>Teorija komunikacijskih tokovaUvod u teoriju prometaPromet (traffic) moemo jednostavno definirati kao kretanje informacije odreenim komunikacijskim kanalima. Prometom se naziva i kvantitativna mjera kretanja informacije. Ta je mjera esto izraena prosjenom koliinom informacije koja prostruji odreenim prenosnim kanalom u jedinici vremena ili prosjenim zauzeem komunikacijskog kanala. Teoriju prometa u literaturi se definie kao primjena teorije vjerovatnoe na rjeavaja problema planiranja, procjene performansi, i odravanja telekomunikacionih sistema. Discipline koje igraju vanu ulogu u teoriji prometa su stohastiki procesi, teorija redova ekanja i numerike simulacije. Sa aspekta teorije prometa, cijeli telekomunikacioni sistem se moe posmatrati kao na slici 1:</p> <p>Slika 1: Teorija prometa i telekomunikacioni sistem</p> <p>Korisnici na slici 1 generiu promet koji treba da bude posluen. Ovaj sistem se moe posluiti sa manjim ili veim kvalitetom usluge (QoS). U naoj analizi, pod sistemom moemo podrazumijevati jedan ureaj (npr. link izmeu dvije komutacije), dio mree ili cijelu mreu. Kvalitativna veza izmeu ponuenog prometa, kvaliteta usluge i kapaciteta sistema ilustrovana je na slici 2:</p> <p>Slika 2. Odnos kapaciteta sistema, QoS-a i ponuenog prometa</p> <p>Modeliranje TK sistemaDa bi se realan sistem sveo na matematske veliine potrebno je izgraditi model. Modeliranje sistema je korak koji zahtijeva dobro poznavanje sistema, jer ovdje napravljene greke utiu (u najveem broj sluajeva destruktivno) na krajnje zakljuke. Osnovi zahtjevi koje jedan model mora da ispunjava su: - mora biti mogue bez naroitih tekoa verificirati, te uspostaviti vezu izmeu parametara modela i rezultata mjerenja, - mora biti primjenjiv na realne sisteme. Procesi koji opisuju ponaanje prometa u telekomunikacionim sistemima su kombinacija deterministikih i stohastikih procesa. U principu se cjelokupno prouavanje telekomunikacijskih sistema svodi na jedan od sljedea tri pristupa: - matematsko modeliranje, - mjerenje na realnim implementacijama, - simulacija i emulacija. Uloga matematskog modeliranja i analize je fundamentalna u bilo kojem istraivanju jer rezultuje dubljim razumijevanjem osnovnih pravila fenomena koji se prouava. Stoga se matematsko modeliranje koristi za procjene, izvoenje generalnih zakljuaka i proraune za mree sa relativno malim brojem tretiranih parametara. Opasnost koju ovaj metod nosi je rizik od presimplifikacije modela do take kada su rezultati analize praktino beskorisni iako se na prvi pogled moda i ne ini tako, stoga je verifikacija pomou mjerenja neophodna. Prednost matematskog modeliranja je potpuna kontrola nad predmetom istraivanja i potpuna sloboda u stepenu aproksimacije i filtriranju eljenih rezultata. Mjerenje realnih parametara u telekomunikacijskim sistemima omoguava detaljnu analizu rada, kao i razumijevanje ta propisno radi ili ne radi. Koritenjem</p> <p>specijaliziranog hardware-a ili software-a, inenjer sakuplja relevantne podatke o stanju na nekom dijelu mree. Simulacija i emulacija telekomunikacionih mrea je danas jako rairen metod ispitivanja, ali sama metodologija i postupci ispitivanja nisu jo u potpunosti definisani.. Slabost metoda simuliranja i emuliranja je zanemarivanje pojedinih realnih pojava, ali njena velika prednost lei u obradi velike koliine podataka, te mogunou ispitivanja reakcije mree na razliite ulazne parametre. Prilikom simulacije protokola, primjerice, esto se zanemaruju detalji implementacije protokola na operativnom sistemu ili informacioni sadraj paketa, a detaljna panja se predaje algoritmima i parametrima kvaliteta prometa.</p> <p>Statistike osobine prometaKorisniki zahtjevi za resursima u teoriji prometa se modeliraju pomou statistikih osobina prometa. Jedina validacija naih statistikih modela je poreenje rezultata tih modela sa ponaanjem u realnim sistemima. Ovaj proces ima iterativnu prirodu. Matematski modeli se grade kroz poznavanje stanja u sistemu, rezultati modeliranja se uporeuju sa rezultatima mjerenim na realnim sistemima, te ako nisu u skladu sa mjerenim rezultatma, prave se korekcije na modelu i proces se iteratirno ponavlja. Ovo je ilustrirano na Slici 1.1.</p> <p>Teorija redova ekanja, ili teorija masovnog posluivanja predstavlja znaajan dio i osnovu teorije prometa. Obzirom da se u telekomunikacijskom sistemu radi o zahtjevima korisnika za uslugom, te uzevi u obzir da se sistem po pravilu dimenzionira sa kapacitetom ispod vrnog optereenja zahtjeva za uslugom, od kljune je vanosti poznavanje dva meusobno nezavisna statistika procesa u svakom sistemu posluivanja: - statistiki proces koji opisuje dolaske na sistem - statistiki procesi koji opisuju posluivanje (uslugu)</p> <p>Konvencionalni telefonski sistemi</p> <p>Konvecionalni telefonski sistemi zasnivaju se na hijerarhijskoj strukturi koju i sada koristi veina velikih operatera. U ovakvoj strukturi pretplatnici se spajaju na pretplatnike stepene (Remote Subscriber Unit RSU) koji u principu predstavljaju</p> <p>koncentratore kojim se upravlja sa narednog stepena hijerarhije glavne centrale ili hosta. RSU se obino na fizikom nivou povezuje sa hostom optikim kablovima (ili radiorelejnim linkovima u nedostupnim i udaljenim podrujima), a ima sposobnost funkcionisanja i po prekidu kimene mree, na lokalnom nivou. Svi hostovi su dalje povezani na tranzitne centrale, koje lee na vrhu hijerarhije i komutiraju meunarodni ili meuoperatorski promet. Konekcija izmeu dva pretplatnika u razliitim tranzitnim podrujima obino se uspostavlja kroz dole ilustrovani put: korisnik RSU host TC TC host RSU korisnik Kod konvencionalnih telefonskih mrea, usluga je konekciono orjentirana. To znai da se prilikom uspostavljanja konekcije utvrdi fizika veza i fiksna irina propusnog opsega koja se ne raskida do prekida veze. Predosti ovakvog naina rezervacije resursa su mogunost garantovanja odreenog kvaliteta usluge korisniku i jednostavniji statistiki model sistema. Glavni nedostatak lei u nepotrebnom rasipanju resursa, jer su i opseg i kapaciteti na komutaciji zauzeti tokom poziva bez obzira da li se komunikacija obavlja ili ne.</p> <p>Slika 1.2: Mree sa komutacijom krugova</p> <p>Svi servisi zasnovani na mreama sa komutacijom krugova (PSTN, ISDN, xDSL) rade na</p> <p>principu komutacije krugova, odnosno, za modeliranje sistema pri ovim mreama vrijede iste zakonitosti.</p> <p>Mree za prenos podatakaPaketske mree ili mree za prenos podataka se u principu projektuju na istoj infrastrukturi kao i konvencionalne telefonske mree, sa izuzetkom dijela koji se odnosi na komutaciju i multipleksiranje. Razbijanje poruka na pakete kojima se po elji moe manipulirati umnogome je revolucioniralo telekomunikacijski promet, i nametnulo neke sasvim nove modele u odnosu na standardne telefonske sisteme. Prije svega, moemo birati izmeu konekciono i nekonekciono orjentirane usluge. Konekciono orjentirane paketske mree (kakva je na primjer ATM ili MPLS; nazivaju se jo i mree sa komutacijom virtuelnih krugova), slino kao i telefonske mree, slino kao i mree sa komutacijom krugova, zahtijevaju uspostavljanje veze prije poetka konekcije, te slanje paketa odreenim redoslijedom nakon uspostavljanja veze. Razlika je u brzini prenosa preko uspostavljene konekcije koja moe varijabilna, a isto tako i kanjenje. Kod ovakvog tipa mrea mogua je diferencijacija izmeu raznih vrsta usluge. Tako korisnici koji su spremni da plate, mogu imati zagarantovani odreeni opseg du cijelog trajanja konekcije, dok drugi dobijaju (jeftiniju) uslugu bez garancija u pogledu opsega, itd. Primjer konekciono orjentirane paketske mree (ATM) ilustrovan je na slici 1.5. Virtuelene konekcije (VC) uspostavljaju se prije poetka slanja paketa-elija, a konekcije za zajednikim dionicama i zahjtevima za QoS-om se grupiu u virtuelne puteve (VP).</p> <p>Slika 1.4: Datagram komutacija paketska mrea</p> <p>Slika 1.5: Konekciono orjentirana</p> <p>Nekonekciono orjentirane pakatske mree nazivaju se jo i datagram mree i rade na takozvanom store and forvard principu ilustrovanom na slici 1.4. Paketi u datagram mrei se prenose u koracima od komutacije do komutacije. Ovo naravno, rezultuje veim i varijabilnim kanjenjem, obzirom da raunari u funkciji komutacionih stepena predstavljaju sisteme sa kanjenjem. Kod ovog tipa paketskih mrea se paketi ne prenose kroz mreu obavezno istim putem. U zaglavlju svakog paketa, izmeu ostalih, upisani su podaci kao to su redni broj paketa na prijemu, korekciona redundansa, te maksimalan vremenski period u okviru kojeg treba prema izvoru paketa stii potvrda o prijemu paketa. Ukoliko paket ne stigne u dogovorenom vremenskom roku, isti se smatra izgubljenim i proces slanja se ponavlja, ovisno o implementiranom protokolu. Obzirom da su komutacije na ovoj mrei ustvari raunari, mogue je implementirati razne algoritme za poboljanje kvaliteta usluge: upravljanje redovima ekanja, kontrola pristupa, klasifikacija prometa, izbjegavanje zaguenja, itd.</p> <p>GoS</p> <p>GoS (stepen usluge, eng. Grade of Service) je definisan ITU prepopukama kao skup parametara prometa koji osiguravaju nivo opravdanosti rada sistema pod odreenim</p> <p>uslovima. Ovi GoS parametri mogu se izraziti preko vjerovatnoa blokiranja, vjerovatnoe kanjenja, itd. GoS je dio performanse mree vezan za karakteristike prometa, koji u biti predstavlja sposobnost mree ili dijela mree da omogui dogovorene funkcije vezane za komunikaciju izmeu korisnika. QoS (kvalitet usluge, eng Quality of Service)je prema ITU-T preporukama zdrueni efekat performansi servisa koje odreuju stepen zadovoljstva korisnika te usluge. NP (performanse mree, eng. Network Performance) parametri, s druge strane, iako su izvedeni iz QoS parametara su mreno orjentirani, tj. mogu se koristiti samo za odreivanje stepena performansi unutar neke specifine arhitekture.</p> <p>Koncept prometa i prometne jediniceDef. 1: Trenutni intenzitet prometa u posmatranom okruenju resursa (grupa servera, prenosni kanali) je broj zauzetih resursa u posmatranom trenutku vremena. Srednja vrijednost prometa kao sluajne promjenjive se moe odrediti iz relacije:</p> <p>gdje je n(t) broj zauzetih ureaja u trenutku t. Za dimenzioniranje sistema esto se koristi srednja vrijednost u nekom vremenskom intervalu T. Def. 2: Poslueni promet Y = Ac naziva se promet kojeg posluuje grupa resursa u nekom vremenskom intervalu T. Prema ITU-T preporukama, uobiajena jedinica za intenzitet prometa je erlang [E]. Cjelokupan promet preneen u vremenskom periodu T nazivamo obimom pometa. Obim prometa mjeri se u erlang-satima [Eh]. Def. 3: Ponueni promet A je promet koji dolazi u sistem i treba da bude posluen. U sluaju da sistem nema gubitaka, poueni promet je jednak ukupnom prenesenom prometu.</p> <p>Ponueni promet je veliina koju je mjerenjem u sistemu mogue samo procijeniti na osnovu posluenog prometa. Def. 4: Izgubljeni ili odbaeni promet Al je razlika izmeu ponuenog i posluenog prometa, tj:</p> <p>Varijacije prometa i GO</p> <p>Mjerenja poziva u klasinom telefonskom prometu pokazuju djelimino stohastiku, djelimino deterministiku prirodu. Def. 1: as konzistentnog glavnog optereenja - GO (Time Consistent Busy Hour - TCBH) definie se kao sat vremena (sa tanou od 15 minuta), koji u odnosu na dui vremenski period ima najvei srednji intenzitet prometa. Deterministike varijacije u teoriji prometa mogu se podijeliti na: - varijacije u toku 24 sata - sedmine varijacije - varijacije u toku godine - porast prometa na viegodinjem nivou, zbog razvoja tehnologija, rasta broja korisnika, itd. Ovisno od toga kako je sistem projektovan, razlikujemo sisteme sa: - gubicima, - ekanjem, - kombinacije ova dva sistema.</p> <p>Kvalitet usluge QoSKvalitet je zbir karakteristika entiteta koji opisuju njegovu sposobnost da zadovolji izreene ili implicirane potrebe. Kvalitet usluge je zdrueni efekat performansi servisa koje odreuju stepen zadovoljstva korisnika te usluge. QoS zahtjevi korisnika predstavljaju izjavu o kvalitetu usluge koji korisnika aplikacija zahtijeva od servisa, a koja se moe izraziti netehnikim rijenikom. QoS koji nudi provajder je izjava o oekivanom nivou kvaliteta koji je ponuen korisniku od strane provajdera. QoS koji omoguava provajder je izjava o nivou stvarnog kvaliteta koji provajder nudi korisniku. Qos koji korisnik primi je izjava koja opisuje nivo kvaliteta za koji korisnik vjeruje da je iskusio.</p> <p>Korisnik usluge pristupa servisu za odreenim zahtjevima, koji se odnose na kvalitet usluge s kraja na kraj mree i izraavaju se laikim, netehnikim rijenikom (brz pristup internetu, mutna slika, eho i sl.). Sa aspekta korisnika, vaan je samo ovaj, zbirni kvalitet usluge. Kvalitet usluge na korisnikom nivou je perceptualan i subjektivan parametar. Na sprezi aplikacije i mree razmatra se kvalitet usluge na aplikativnom nivou. Na ovom nivou se mogu postaviti vie tehniki opisi kvaliteta usluge s kraja na kraj (npr. rezolucija i frekvencija slike, granice kanjenja i varijacije kanjenja). Parametri mree, kao sistema koji daje uslugu prenosa podataka, prema ovom modelu kvaliteta usluge, spadaju u sistemski nivo. To su parametri kvaliteta usluge telekomunikacione mree u pravom smislu rijei, i kao takvi su nama najzanimljiviji.</p> <p>Parametri QoS-aOsnovni parametri kvaliteta usluge su: - kanjenje (delay) - varijacija kanjenja (jitter) - gubici (loss) - opseg (throughput)</p> <p>KanjenjeKanjenje u jednom pravcu (u IP mrei koristi se termin: IP Transfer Delay IPTD) je vrijeme koje protekne od slanja prvog bita paketa u mreu do trenutka kada posljednji bit paketa dospije na odredite.</p> <p>Matematski, IPTD se odreuje oduzimanjem vremenske oznake slanja paketa (u samom zaglavlju paketa) od vremena prijema, gdje je N broj paketa: Granice kanjenja prema ITU preporukama variraju od 100 ms za visokoosjetljivi prenos u realnom vremenu, do 1 s za prenos streaminga sa malim gubicima. Pored kanjenja u jednom pravcu, esto se mjeri i kanjenje u oba pravca (Round Trip Delay - RTD) kao vrijeme koje protekne od slanja prvog paketa od strane izvora ka prijemniku, do trenutka kada na izvor stigne potvrda o prijemu. Kanjenje paketa se moe podijeliti na etiri komponente: 1. Kanjenje procesiranja je vrijeme potrebno da mreni elementi (ruteri ili terminali) procesiraju paket. Ovisi od brzine procesiranja mrenog elementa i kompleksnosti funkcije procesiranja. 2. Mrene komponente imaju ulazne i/ili izlazne redove ekanja. Vrijeme koje paket provede u ovim redovima ekanja je kanjenje u redovima ekanja. Redovi ekanja rastu u sluajevima zaguenja, to rezultuje i veim kanjenjem u redovima ekanja. 3. Kanjenje serijalizacije (transmisije) je direktno proporcionalno veliini paketa i obrnuto proporcionalno brzini linka:</p> <p>4. Kanjenje propagacije opisuje vrijeme potrebno da se signal prenese kroz medij:</p> <p>Varijacija kanjenjaU realnim mreama, kanjenje koje paket doivi na putu od izvora do prijemnika nije isto za sve pakete, ve se u toku vremena mijenja. Kanjenje mjereno u nekom vremenskom periodu je ogranieno svojom minimalnom i maksimalnom vrijednou. Razlika izmeu ovih granica naziva se varijacijom kanjenja. Varijacija kanjenja se moe kompenzirati tz...</p>