CC BY
19MEANS OF COMMUNICATION EQUIPMENT. Iss. 2 (142). 2018
B.И. Мирошников
доктор технических наук, профессор, генеральный конструктор ПАО «Интелтех»
C.В. Костарев
начальник Военной академии связи имени Маршала Советского Союза С.М. Будённого
ВЫБОР ПОКАЗАТЕЛЕЙ И КРИТЕРИЕВ
ДЛЯ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СЛОЖНЫХ СИСТЕМ СВЯЗИ
АННОТАЦИЯ. При постановке и решении задачи оценки эффективности функционирования синтезируемых сложных систем связи центральным является вопрос выбора показателей, численные значения которых позволили бы объективно определить различные варианты предпочтения при сравнении их с требованиями или при сравнении показателей эффективности различных систем между собой. Для решения данной задачи предлагается использование имитационного моделирования, являющегося одним из наиболее мощных средств при анализе функционирования и синтезе структур сложных систем.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: показатели качества телекоммуникационных услуг, эффективность обслуживания трафика, нагрузочная способность коммутационного оборудования, имитационное моделирование.
Выбор показателей для оценки эффективности функционирования систем связи определяется, прежде всего, предъявляемыми к ней требованиями. Среди многих требований, которым должен удовлетворять показатель, главным является возможность оценки им степени соответствия объекта своему функциональному предназначению. Кроме того, при использовании математических методов исследования, желательно, чтобы он был единственным. В то же время, чтобы показатель эффективности достаточно полно характеризовал исследуемую систему или процесс, он должен учитывать все основные особенности и свойства исследуемой системы, а также условия ее функционирования и взаимодействия с внешней средой.
Показатель качества — это количественная мера одного или большего числа признаков качества услуги. Показатели качества телекоммуникационных услуг делятся на две группы:
показатели, характеризующие эффективность обслуживания трафика;
показатели качества обслуживания пользователей.
К показателям эффективности обслуживания трафика относятся:
характеристики работы оборудования; нагрузочная способность пучков межстанционных каналов, соединительных линий (СЛ) и коммутационного оборудования;
временные задержки на элементах сети; доступность службы; доступность соединения; непрерывность связи;
качество доставки информации пользователя;
задержки при установлении соединения от абонента до абонента.
К показателям качества обслуживания пользователей относятся: доступность службы; доступность соединения; непрерывность связи;
качество доставки информации пользователям;
задержки при установлении соединения от абонента до абонента.
Показатели качества делят на виды. Внутри вида все показатели (параметры) подразделяют-
ся на группы. Многообразие показателей, с помощью которых оценивается качество служб и элементов сети, так велико, что возникает необходимость формировать интегральный показатель для оценки качества предоставления связи пользователям.
Формирование интегрального показателя осуществляется последовательным сведением к нему единичных показателей через обобщенные. При этом базируются на следующую терминологию.
Показатели качества — характеристики деятельности служб связи по обеспечению связи и обслуживанию пользователей.
Параметры качества — величины, полученные каким-либо способом, с помощью которых оцениваются показатели качества.
Единичный показатель качества — показатель, характеризующий работу одного элемента или одной службы телекоммуникационной сети, величина которого получена путем расчета. Исходные параметры могут быть получены по данным постоянных или периодических измерений или данным статистической отчетности.
Обобщенный показатель качества — показатель, формируемый из единичных показателей качества одного вида по выделенным группам показателей и характеризующий работу сети и ее служб в целом
Интегральный показатель качества — показатель, характеризующий деятельность оператора по предоставлению связи с гарантированным качеством обслуживания пользователей и при нормированном качестве работы сети.
К параметрам для вычисления единичных показателей телекоммуникационных услуг относятся:
Параметры качества обслуживания вызовов
(измеряются по элементам сети): количество вызовов, потерянных на элементах сети из-за повреждений оборудования; количество вызовов, потерянных на элементах сети из-за занятости соединительных линий или приборов коммутационного оборудования; количество поступивших вызовов за период наблюдений; количество успешных вызовов; количество вызовов, закончившихся разговором; количество вызовов, не закончившихся разговором из-за занятости абонентской линии или отсутствия ответа вызываемого абонента.
Параметры, характеризующие нагрузочную способность пучков межстанционных каналов
и коммутационного оборудования: измеренная нагрузка в ЧНН; нормальная нагрузка в ЧНН; повышенная нагрузка в ЧНН; потерянная нагрузка за период наблюдений (Эрл); поступившая нагрузка (Эрл) за период наблюдений.
Параметры, характеризующие временные задержки на элементах сети: время установления соединения элементом сети; количество вызовов, для которых величина отклонения времени установления соединения элементом сети от нормативного превышает допустимую величину; общее количество поступивших вызовов.
Параметры, характеризующие время возвращения элементов сети в исходное состояние: количество вызовов, для которых величина отклонения времени разъединения соединения элементом сети от нормативного превышает допустимую величину; общее количество соединенных вызовов.
Параметры доступности связи: количество безуспешных попыток доступа к соединению; общее количество попыток доступа к соединению за период измерений.
Параметры непрерывности связи: число соединений с преждевременным разъединением; общее количество соединений, установленных за период наблюдений.
Параметры качества передачи информации пользователя: параметр громкости; средние экспертные оценки качества передачи речи; Количество вызовов, для которых величины отклонений параметров передачи речи от нормативных превышают допустимые; коэффициент ошибок при передаче цифровой информации; количество вносимых единиц искажения квантования; общее количество вызовов.
Параметры, характеризующие временные задержки при установлении соединения от абонента до абонента (измеряются как по элементам, так и по сети в целом): Группа параметров, характеризующих время установления соединения из конца в конец:время ожидания тонального сигнала «Ответ станции»; время ожидания после набора номера; количество вызовов, для которых величина времени ожидания от нормативного значения превышает допустимую величину; количество проверенных вызовов. Группа параметров, характеризующих время возвращения элементов сети в исходное состояние:время разъединения установленного соединения; количество вызовов, для которых величина времени разъединения от нормативного превышает
допустимое значение; общее количество вызовов.
Единичные показатели качества работы сети рассчитываются из соответствующих параметров и характеризуют качество связи, обеспечиваемое элементами сети. Такими показателями являются:
Показатели качества обслуживания вызовов:
вероятность потерь по вызовам (из-за повреждений оборудования, занятости приборов коммутационного оборудования и/или межстанционных соединительных линий/каналов), вероятность потерь по времени; коэффициент вызовов с ответом; коэффициент эффективности вызовов.
Показатели, характеризующие нагрузочную способность пучков межстанционных каналов и коммутационного оборудования: вероятность потерь по нагрузке; коэффициенты перегрузки пучков соединительных линий и коммутационного оборудования станции.
Показатели, характеризующие временные задержки на элементах сети: показатели, характеризующие время установления соединения элементами сети; доля вызовов, поступивших на элемент сети, для которых величина отклонения времени установления соединения от нормативного значения превышает допустимую величину; показатели, характеризующие время возвращения элементов сети в исходное состояние; доля вызовов, для которых величина отклонения времени разъединения установленного соединения от нормативного значения превышает допустимую величину.
Показатели, характеризующие качество обслуживания вызовов, определяются по формулам:
Вероятность потерь по вызовам Рв вычисляется с помощью параметров, характеризующих качество обслуживания вызовов по формуле:
Рв = +
где Nпв — количество вызовов, потерянных из-за повреждений оборудования; Nзв — количество вызовов, потерянных из-за занятости соединительных линий или приборов коммутационного оборудования; N — количество поступивших вызовов.
Вероятность потерь по вызовам из-за повреждений оборудования вычисляется с помощью соответствующих параметров, характеризующих качество обслуживания вызовов по формуле:
Рп = NnJN,
где N — количество вызовов, поступивших на элемент сети в направлении связи; ^в — количество вызовов, потерянных из-за повреждений оборудования.
Вероятность потерь по вызовам из-за занятости соединительных линий или коммутационного оборудования Q3 вычисляется с помощью соответствующих параметров:
Qз = NJN,
где N — количество поступивших вызовов на элемент сети в направлении связи; Nзв — количество потерянных вызовов из-за занятости соединительных линий или приборов коммутационного оборудования.
Вероятность потерь по времени Р( вычисляется с помощью соответствующих параметров по формуле:
Р = ¿ноЛ
где ¿но — время, в течение которого телефонный вызов не может быть обслужен; I — величина всего контролируемого промежутка времени.
Коэффициент вызовов с ответом Кво вычисляется с помощью соответствующих параметров по формуле:
Кво = ^о/Д
где — количество вызовов, окончившихся сигналом «Контроль посылки вызова» или «Занято»; N — общее количество вызовов.
Коэффициент эффективности вызовов Кэв вычисляется с помощью соответствующих параметров по формуле:
Кэв = Квр/^
где Квр — количество вызов, закончившихся разговором; N—общее количество вызовов.
Коэффициент неэффективности вызовов Кнр (код Е1305) вычисляют с помощью соответствующих параметров по формуле:
Кнр = КЖ
где^р — количество вызовов, не закончившихся разговором из-за занятости абонентской линии или отсутствия ответа вызываемого абонента; N — общее количество вызовов.
Показатели нагрузочной способности пучков межстанционных соединительных линий (МСЛ) и станционного оборудования вычисляются по формулам:
Вероятность потерь по нагрузке Рн вычисляют с помощью соответствующих параметров по формуле:
P = Y /Y
* н -'пн / -1'
где — потерянная нагрузка (Эрл) за период измерений (ЧНН); Y — поступившая нагрузка (Эрл) за то же время (ЧНН).
Коэффициенты перегрузки пучков МСЛи коммутационного оборудования Zx, Z2 вычисляются с помощью соответствующих параметров по формуле:
Z1 = WlOO %/ ^н.чнн,
Z2 = ^и.чнн'100 %/ Yп.чнн,
где Zv Z2 — коэффициенты перегрузки для нормальной и повышенной нагрузки в ЧНН; 3^чнн — измеренная нагрузка в ЧНН; .нчнн — нормальная нагрузка в ЧНН; ?пчнн — повышенная нагрузка в ЧНН.
Показатели, характеризующие временные задержки на элементах сети вычисляют по своим параметрам по формуле:
01пэ = N1ro Ä; 02пэ = N2ro /N<^
где Qlnэ — доля вызовов, для которых величина отклонения времени установления соединения элементом сети от нормативного значения превышает допустимую величину; Niro — количество таких вызовов; Q2ro — доля вызовов, для которых величина отклонения времени разъединения установленного соединения от нормативного значения превышает допустимую; N2ro — количество таких вызовов; Иоэ — общее количество проверенных вызовов на элементе сети.
Обобщенные показатели качества работы сети для групп вычисляются непосредственно с помощью параметров качества.
Вероятность отказа в установлении соединения вычисляется с помощью соответствующих параметров по формуле:
Po = Q/N,
где Q — число безуспешных попыток доступа к соединению; N — общее число попыток доступа к соединению за период измерения.
Вероятность преждевременного разъединения установленного соединения вычисляется с помощью соответствующих параметров по формуле:
PP = R/N,
где R — число соединений с преждевременным разъединением; N — общее число соединений,
последовательно установленных за период измерений.
Показатели качества, характеризующие временные задержки при установлении соединений из конца в конец вычисляются с помощью параметров по каждой подгруппе по формуле:
22 пу Хпу1Хв, (пр ^пр!
где — доля вызовов, для которых величина отклонения времени ожидания от нормативного значения превышает допустимую; Мпу — количество таких вызовов; (пр — доля вызовов, для которых величина отклонения времени разъединения соединения от нормативного значения превышает допустимую величину; Ыпр — количество таких вызовов; N — общее количество проверенных вызовов.
Обобщенные показатели качества обслуживания пользователей рассчитываются по группам показателей для всех служб сети.
Интегральный показатель качества рассчитывается из обобщенных показателей качества работы сети и обслуживания пользователей. Для расчетов используются не все обобщенные показатели, а несколько наиболее важных показателей из каждой группы. Выбор показателей определяется экспертами.
Каждый выбранный показатель имеет свой весовой коэффициент. Весовые коэффициенты определяются методом экспертных оценок, Группа независимых экспертов определяет значимость каждого из выбранных показателей для оценки качества телекоммуникационных услуг.
Все перечисленные показатели актуальны для оценки качества телекоммуникационных услуг функционирующей системы, особенно когда возникает необходимость увеличения пользователей. При проектировании мультисер-висных сетей с помощью данных показателей и прогнозируемой нагрузки определяются необходимые параметры их элементов. Для оценки эффективности элементов мультисервисной сети, спроектированной с учетом данного условия, требуется выбрать показатель, наиболее полно характеризующий их соответствие функциональному предназначению.
Наиболее полную характеристику эффективности функционирования сложных систем связи дает вероятность своевременной доставки сообщений различного вида и категорий срочности при условии, что другие показатели не ухудшают своих значений. Этот показатель
обладает достаточной общностью и универсальностью, характеризует узел связи с оперативно-технической точки зрения, а его заданное значение определяется требованиями системы управления к системе связи и поэтому находит широкое применение для оценки эффективности, как систем связи, так и их элементов.
Исходя из этого, зависимость эффективности сложных систем связи (^ссс) в процессе обеспечения связи можно представить в виде
Жссс = F (Рссс), (2.1)
где РУС — своевременность прохождения сообщений по сложным системам связи.
Математическое выражение этого показателя имеет следующий вид:
Рус = Р(% > Тт)), I = й ,у = , (2.2)
где Ц — время прохождения через ССС сообщений 1-го вида иу-ой категории срочности; — требуемое время прохождения по ССС заданного потока сообщений 1-го вида иу-ой категории срочности.
Очевидно, что в современных условиях особое значение приобретает оценка такой важной составляющей в характеристике ССС, которой являются затраты на его построение и функционирование ^). Без учета этой характеристики сегодня невозможно принять обоснованное решение.
Таким образом, вероятность своевременного прохождения сообщений по узлу связи является обобщенным показателем, по числовому значению которого можно судить об эффективности функционирования СУС.
Критерием выбора рационального варианта организационно-технической структуры ССС ВО в работе предлагается использовать следующее правило:
РУС(у) > РУС (г/)(тр)^
(2.3)
То есть рациональной структурой считается структура, у которой вероятность своевременного прохождения по узлу связи потока сообщений 1-го вида и у-ой категории срочности не меньше требуемой, а стоимость реализации данной структуры минимальна.
Для расчета своевременности передачи сообщений различного вида и категорий срочности предлагается разработать имитационную модель функционирования ССС. На этом этапе необходимо выделить наиболее важные элемен-
ты, влияющие на значения выбранных показателей эффективности, а также определить связи между этими элементами. При этом система сводится к одной из известных задач исследования операций. Лучше всего модель представить стохастической сетью массового обслуживания, что обусловлено информационным характером функционирования системы. Сеть представляет собой совокупность взаимосвязанных систем массового обслуживания (СМО), каждая из которых интерпретирует один из элементов узла связи.
На основе предлагаемой модели ССС, представленной в виде СМО, для определения эффективности управления узлом связи необходимо определить вероятность своевременной передачи сообщений различного вида и категории срочности. Оценка может быть проведена различными методами: аналитическим; имитационным; комбинированным.
Аналитические методы сводятся к описанию сети в виде математических моделей. Зависимость между входными и выходными параметрами исследуемой системы и внешних воздействий представляются в аналитической форме. Аналитические модели, основаны на представлении исследуемых систем в виде экспоненциальных стохастических сетей. Однако эти модели строятся с учетом ряда допущений, каждое из которых в той или иной степени ведет к нарушению адекватности модели. Вследствие этого, значения характеристик исследуемого объекта, определяемых на основе аналитических моделей, носят приближенный характер и требуют оценки вносимой погрешности. Кроме этого, при построении аналитических моделей возникают такие трудности, как:
невозможность представления обслуживания заявок одновременно в нескольких приборах;
трудности получения зависимостей в явной аналитической форме при большом числе СМО в сети; сеть, содержащая более трех СМО, уже с большим трудом поддается аналитическому исследованию.
Имитационное моделирование позволяет преодолеть основные ограничения, свойственные аналитическим моделям. Имитационные модели могут использоваться при исследовании систем, сложность которых изменяется в широ-
ких пределах. При этом сложность создания и использования имитационных моделей, не обнаруживает столь резкого роста, как это бывает в аналитических моделях, с увеличением сложности исследуемой системы.
Имитационное моделирование является одним из наиболее мощных средств математического моделирования при анализе функционирования и синтезе структур сложных систем. В широком смысле имитационное моделирование означает процесс создания логико-матема-
тической модели исследуемой системы, описывающей структуру и поведение системы и принимающей обычно форму машинной программы, а также проведение экспериментов с моделью на ЭВМ с целью получения данных о функционировании системы в течение определенного интервала времени.
При использовании метода имитационного моделирования процесс функционирования системы представляется в виде алгоритма, называемого имитационной моделью.
ЛИТЕРАТУРА
1. Кулешов И.А. Требования к методам моделирования телекоммуникационных сетей. Труды 11 Российской научно-технической конференции. КНИИТМУ. Новые информационные технологии в системах связи и управления. Калуга. 2014 г. С. 201-206.
2. Кулешов И.А. Исследование подвижной сети связи методом имитационного моделирования. 65 Научно-техническая конференция. 2010. СПбНТО-РЭС. С. 86-87.
3. Назаров А.Н., Сычев К.И. Модели и методы расчета показателей качества функционирования узлового оборудования и структурно-сетевых параметров сетей связи следующего поколения. — Красноярск. — ООО «Поликом», 2010. — 388 с.
4. Маглинец Ю.А. Анализ требований к автоматизированным информационным системам. Москва. — БИНОМ. 2011. — 200 с.
5. Грекул В.И., Коровкина Н.Л., Куприянов Ю.В. Методические основы управления ИТ-проектами. Москва. — БИНОМ. 2011. — 390 с.
