Тема курсовой работы:

«Оптимальная маршрутизация трафика

в сети электросвязи»

1. Назначение и характеристика сети

Центр управления цифровой сетью ОАО «Московская городская телефонная сеть (МГТС)» занимается технической эксплуатацией цифровых АТС г.Москвы, выработкой процедур по техническому обслуживанию коммутационного оборудования, подключением объектов связи к существующей городской телефонной сети, согласованием технических проектов по строительству линий и сооружений связи, ведет мониторинг состояния цифровой сети ОАО МГТС. В задачи данного подразделения входит:

• техническое обеспечение стабильной работы сети связи, т.е. минимизация технических отказов в установлении соединения между абонентами сети;

• транзитный пропуск трафика сторонних операторов связи данного региона, а также междугородных и международных вызовов;

• подключение к сети связи АТС сторонних операторов, выносных концентраторов и АТС организаций;

• обеспечение максимальной эффективности (производительности) соединения по определенным критериям.

На рис.1 представлены примеры оборудования и сооружений связи, используемых в сети ОАО МГТС.

Рис.1. Примеры оборудования и сооружений связи

На рис.2 представлена топографическая схема сети связи ОАО МГТС, которая содержит 48 АТС (А100–А570), 5 транзитных узлов (ТУ101–ТУ501), а также многоканальные линии связи между ними. Двунаправленные стрелки на схеме означают, что трафик по этим линиям может передаваться как в прямом, так и в обратном направлении.

Для выполнения поставленных задач необходим поиск наилучших путей для пропуска трафика фиксированного объема между двумя заданными АТС с учетом уже существующей нагрузки на линиях связи, при этом обеспечивая баланс между необходимыми показателями качества связи и материальными затратами на технологические нужды.

На основании результатов маршрутизации будет проводиться следующий комплекс мер по оптимизации технологического процесса:

• разработка рекомендаций по устранению недостатков схемы маршрутизации;

• техническое обслуживание объектов связи;

• наращивание вычислительной мощности и апгрейд программного обеспечения АТС и серверов системы управления;

• монтаж дополнительных и увеличение пропускной способности имеющихся линий связи;

• подключение внешних источников нагрузки.

Перечисленные этапы проиллюстрированы на рис.3.

Рис.2. Топографическая схема сети связи

Рис.3. Этапы оптимизации технологического процесса

2. Критерии маршрутизации трафика

Для оптимальной маршрутизации трафика необходимо каждой линии связи между узлами сети поставить в соответствие показатели её надежности, пропускной способности и стоимости пропуска трафика. Для этого разработан комплексный критерий – метрика, в котором учтены все эти показатели. Ниже рассматривается каждый из показателей и затем приводится выражение метрики линии.

Надежность

Надежностью P_ij [доли единицы] линии связи между узлами i и j называется степень её безотказности, то есть способности функционировать в различных условиях эксплуатации. Надежность связана с процентом E_ij [%] отказов линии очевидным соотношением:

P_ij = 1 – E_ij / 100 ; (1)

Процент отказов определяется статистическими методами при помощи стандартных средств мониторинга. Чем выше надёжность линии связи, тем в среднем дешевле её эксплуатация с учётом возможных отказов.

Пропускная способность

Пропускная способность многоканальной линии связи между узлами i и j определяется технической возможностью пропуска трафика заданного объема. Единицей измерения объема трафика (интенсивности нагрузки) служит 1 Эрл (Эрланг), равный 1 часозанятию одного канала линии за промежуток времени в 1 час. Допустимая нагрузка R_ij^доп [Эрл] линии вычисляется через величину R_ij^пред [Эрл] предельной нагрузки линии и степень N_ij [%] её загруженности:

R_ij^доп = R_ij^пред ∙ (1 – N_ij / 100); (2)

Штрафная функция

Если заданный трафик T [Эрл] превышает допустимую нагрузку R_ij^доп, велика вероятность того, что из-за перегрузки линии в «часы пик» будут возникать технические отказы. Поэтому в составную метрику введена штрафная функция G_ij, принимающая значение 0, если заданная нагрузка T не превышает допустимой, и некоторое большое значение M, если превышает:

G_ij = 0, если T <= R_ij^доп ; (3a)

G_ij = M, если T > R_ij^доп . (3b)

Величина М определяется в ходе пробных расчётов, в данной задаче можно принять М = 1000. Штрафная функция сделает очень «дорогими» те линии, где происходит превышение, и вынудит алгоритм при наличии альтернативы избегать прокладки маршрута по данному направлению. При отсутствии альтернатив маршрут все же будет проложен по пути с превышением допустимого порога. Такую ситуацию можно отследить по значению целевой функции, которое в этом случае будет больше M.

Метрика линии связи

Для минимизации затрат на пропуск трафика в комплексный критерий включена удельная стоимость S_ij [руб/Эрл] технологического процесса пропуска 1 Эрл трафика. Тогда с учётом всех показателей стоимостная метрика C_ij [руб/Эрл] линии связи между узлами i и j имеет вид:

C_ij = S_ij / P_ij + G_ij ; (4)

где

S_ij [руб/Эрл] – удельная стоимость трафика;

P_ij – надежность;

G_ij [условн. руб/Эрл] – штрафная функция.

Числовые значения характеристик линий связи, входящих в формулы (1) – (4), даны в таблице 1 раздела «Исходные данные». Все характеристики линий симметричны, то есть одинаковы в прямом и обратном направлении. Это означает, что для любых i и j выполняются тождества:

R_ij = R_ji, N_ij = N_ji, E_ij = E_ji, S_ij = S_ji