Bài giảng
Mạng Viễn thông (33BB)
Trần Xuân Nam
Khoa Vô tuyến Điện tư
Học viện Kỹ thuật Quân sự


Bài 4
Circuit-Switching
Networks
Traffic and Overload Control in
Telephone Networks


Traffic Management & Overload
Control



Các cuộc gọi điện thoại đến và đi
Hoạt động của con người tuân theo các mẫu nhất
định:






Các ngày lê





Văn phòng: Giữa buổi sáng & giữa buổi chiều
Ở nhà: buổi tối
Kỳ nghỉ he
Quốc tế Phụ nữ, Giao thừa, Tết …

Thiên tai & các sự kiện khác gây biến động đột
ngột về traffic
Cần có traffic management & overload control
Trần Xuân Nam/HVKTQS


Traffic concentration
Many
lines







Fewer
trunks

Thông thường người thuê bao nội hạt chia sẻ chung
đường trung kế tốc độ cao, đắt tiền đến nới khác
Số trung kế sử dụng thay đổi theo thời gian, nhưng

thường nhỏ hơn số đường dây thuê bao
Multiplexer được sử dụng để tập trung các yêu cầu kết
nối vào các trung kế
Mục đích là sử dụng tối đa trung kế, với số % nghẽn xác
định
Yêu cầu kết nối bị nghẽn khi không có trung kế rỗi
Trần Xuân Nam/HVKTQS


Traffic concentration
Many
lines



Traffic biến động mỗi khi có cuộc gọi được khởi tạo
& kết thúc




Chịu ảnh hưởng của hoạt động con người

Cung cấp tài nguyên (trunks) sao cho





Fewer

trunks

Các yêu cầu cuộc gọi luôn được đáp ứng thì quá đắt
Các yêu cầu cuộc gọi được đáp ứng trong phần lớn thời
gian hiệu quả hơn

Bài toán thiết kế: chọn số trunks thích hợp sao

cho xác suất nghẽn dưới ngưỡng cho trước
Trần Xuân Nam/HVKTQS


Biến động về Chiếm Trung kế
Number

of busy trunks

N(t)

All trunks busy, new call requests blocked

t
active

Trunk number

1

active


2
active

3

active

4
5
6
7

active
active

active

active
active

Trần Xuân Nam/HVKTQS

active


Mô hình hóa Traffic Processes



Yêu cầu kết nối tới trung kế rời rạc, không định

trước
Có thể đặc trưng bởi quá trình Poisson với
tốc độ yêu cầu λ requests/s có 2 đặc tính


Trong một khoảng thời gian ngắn ∆, chỉ có 2 trạng thái xảy
ra

Có call request với Prob[ new arrivals] = λ∆
 Không có call request với Prob[no new arrivals] =
1 - λ∆
Các call request tới độc lập với nhau




(l T )ke- l T
Prob(k arrivals in time T) =
k!
Trần Xuân Nam/HVKTQS


Mô hình hóa Traffic Processes


Thời gian chiếm kênh (Holding time): Thời gian một
user giữ kết nối X





Tải sử dụng (Offered load): nhu cầu thuê bao tạo ra
bao gồm cả các cuộc gọi qua hệ thống và cuộc gọi không
qua hệ thống:






X là một biến ngẫu nhiên với trung bình E(X)

a = λ calls/sec * E(X) seconds/call (Erlangs)

Tải vận chuyển (Carried load): lượng traffic do mạng
phục vụ (tức là số cuộc gọi qua mạng)
Tải thất thoát (Lost load)=Offered load – Carried
load
Một Erlang tương ứng với 1 offered load chiếm 1 trung kế
100% thời gian


Ví dụ: tốc độ tới 1 calls/sec và thời gian chiếm kênh trung bình

E[X]=1 chiểm trung kế liên tục

Trần Xuân Nam/HVKTQS


Grade of Service







GoS đại lượng đánh giá mức độ hài lòng của
thuê bao
GoS tỉ lệ với tổng số lần muốn nối tới đối
tác không thành công do thiếu tài
nguyên (mạch, trung kế, thiết bị), chính là
xác suất nghẽn
c = số Trunks, Blocking xảy ra nếu tất cả các
trunks đều bận, tức là, N(t)=c

Trần Xuân Nam/HVKTQS


Xác suất Blocking & Utilization


Nếu các call requests là Poisson, thì xác suất nghẽn Pb được tính bởi công thức Erlang B (cleared condition)



Hiệu dụng (Utilization) là số trung bình trunk sư dụng

Pb =

ac c !

c

å

ak k !

k=0

Utilization = λ(1 – Pb) E[X]/c = (1 – Pb)

a/c
Trần Xuân Nam/HVKTQS


Blocking Performance

a

To achieve 1% blocking probability:
a = 5 Erlangs requires 11 trunks
a = 10 Erlangs requires 18 trunks
Trần Xuân Nam/HVKTQS


Multiplexing Gain
Load

Trunks@1%

Utilization


1

5

0.20

2

7

0.29

3

8

0.38

4

10

0.40

5

11

0.45


6

13

0.46

7

14

0.50

8

15

0.53

9

17

0.53

10

18

0.56


30

42

0.71

50

64

0.78

60

75

0.80

90

106

0.85

100

117

0.85






Tại một xác suất Pb, hệ
thống trở nên hiệu quả
hơn nhờ tận dụng trunk
Các dòng traffic tổng
cộng cần chia sẻ nguồn
tài nguyên chung hiệu
quả hơn
Hiệu quả này gọi là
Multiplexing Gain

Trần Xuân Nam/HVKTQS


Ví dụ GoS






Nhóm trung kế: GoS=0.01
Đường dây nối giữa văn phòng: GoS=0.02
Đường quốc tế: GoS=0.01
Các tầng chuyển mạch thuê bao: 0.005
Người gửi code: 0.005


Trần Xuân Nam/HVKTQS


Routing Control




Routing: thủ tục gán đường cho các kết nối
Các đường có lưu lượng lớn cần đi qua các đường
thẳng để sử dụng hiệu quả resources
Tại cùng 1 GoS, các dòng tải lớn sử dụng hiệu quả
hơn nên có thể nối trực tiếp với nhau; các dòng tải ít
nối qua tandem switchs
(a)

(b)

A

D

B

E

C

F


10 Erlangs between each pair

17 trunks for 10 Erlangs
9x17=153 trunks
Efficiency = 90/153=53%

Trunk
group

Tandem
switch 1

A

B

C

Tandem
switch 2

D

E

F

90 Erlangs when combined


106 trunks for 90 Erlangs
Efficiency = 85%
Trần Xuân Nam/HVKTQS


Alternative Routing
Tandem
switch
Alternative route
Switch
High-usage route





Switch

Triển khai các trunks giữa các switch với lượng traffic lớn
Phân bố trunks với nghẽn lớn, 10%, để hiệu suất sử dụng
cao
Đáp ứng 1% yêu cầu bị nghẽn từ end-to-end bằng cách
chuyển qua đường dài hơn qua tandem switch
Tandem switch xử lý overflow traffic từ các switches khác
nên hoạt động hiệu quả hơn
Trần Xuân Nam/HVKTQS


Typical Routing Scenario


Tandem
switch 2

Tandem
switch 1
Alternative routes
for B-E, C-F

Switch A

Switch D
Switch B

Switch E
High-usage route B-E

Switch C

Switch F
High-usage route C-F

Trần Xuân Nam/HVKTQS


Dynamic Routing
Tandem
switch 1

Tandem
switch 2


Tandem
switch 3

Alternative routes
Switch B

Switch A
High-usage route





Traffic biến động theo ngày, giờ
 East coast of North America busy while West coast idle
Mạng có thể sử dụng tài nguyên rỗi bằng cách phối hợp động việc
chọn tuyến
 Route some intra-East-coast calls through West-coast switches
Try high-usage route and overflow to alternative routes

Trần Xuân Nam/HVKTQS


Overload Control

Carried load

Network capacity


Offered load

Overload Situations
 Mother’s Day, Xmas
 Catastrophes
 Network Faults
Strategies
 Direct routes first
 Outbound first
 Code blocking
 Call request pacing
Trần Xuân Nam/HVKTQS