Kết quả nghiên cứu ứng dụng mô hình tối ưu cho nhóm các hướng có định tuyến tràn qua Australia trong tháng 3 năm 2001 cho thấy nếu số kênh đi các hướng trong nhóm được tính toán tối ưu t
GIỚI THIỆU
CƠ SỞ HÌNH THÀNH ĐỀ TÀI
Trong bối cảnh hội nhập quốc tế sâu rộng, nhu cầu liên lạc giữa Việt Nam với các quốc gia tăng cao Ngành Bưu chính-Viễn thông đã đầu tư mạnh mẽ phát triển mạng viễn thông quốc tế, cung cấp nhiều dịch vụ như điện thoại quốc tế, truyền dữ liệu, truyền hình hội nghị Dịch vụ gọi điện thoại quốc tế đóng vai trò quan trọng trong liên lạc, mang lại nguồn thu đáng kể cho ngành.
Hiện tại mạng điện thoại quốc tế ở nước ta đã có kết nối trực tiếp với 25 quốc gia khác trên thế giới Ngoài các chi phí đầu tư ban đầu như tổng đài, các thiết bị truyền dẫn, nhà trạm,… hàng tháng mạng còn phải chịu thêm các chi phí thuê kênh để truyền tải lưu lượng đi các nước Do đó đòi hỏi phải theo dõi, dự báo và hoạch định vận hành mạng thường xuyên để khai thác hiệu quả các tài nguyên, giảm thiểu các chi phí trong quá trình vận hành và đồng thời phục vụ tốt cho nhu cầu của khách hàng
Trong mạng điện thoại, lưu lượng đến mạng thường thay đổi rất nhiều theo thời gian, khác nhau theo từng giờ trong ngày và từng ngày trong tuần Có những thời điểm mạng bị nghẽn mạch, nhưng lại rảnh rỗi trong các thời điểm khác Do đó sẽ không kinh tế nếu thiết lập số kênh dựa trên yêu cầu ở thời điểm có mật độ cao nhất vì trong các thời điểm khác lưu lượng đến mạng thấp hơn và sẽ có một số kênh không được sử dụng
Tuy nhiên nếu thiết lập số kênh ít hơn để giảm chi phí thì trong giờ cao điểm có thể xảy ra tình trạng nghẽn mạch, một số cuộc gọi sẽ không thực hiện được và có thể gây ra các tổn thất cho phía khách hàng Trong trường hợp này, để giảm bớt tình trạng nghẽn mạch, các cuộc gọi không đủ kênh kết nối sẽ được mạng tự động định tuyến sang một nhóm mạch khác để đến hướng yêu cầu Lúc đó mạng phải tốn thêm chi phí quá giang cho phần lưu lượng chuyển tiếp này Do đó cần phải cân nhắc số kênh sao cho tổng chi phí thuê kênh và chi phí quá giang lưu lượng tràn là thấp nhất
Vì vậy, để hỗ trợ cho công tác hoạch định vận hành mạng điện thoại quốc tế, cần nghiên cứu xây dựng một mô hình truyền tải tối ưu lưu lượng qua mạng để xác định số lượng kênh cần thiết đi các nước sao cho tổng các chi phí truyền tải lưu lượng bao gồm chi phí thuê kênh và chi phí chuyển tiếp lưu lượng tràn là thấp nhất.
MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
Mục tiêu của đề tài là xây dựng mô hình truyền tải tối ưu lưu lượng qua mạng điện thoại quốc tế nhằm tối thiểu tổng chi phí của hệ thống truyền tải lưu lượng qua mạng.
PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Đề tài nghiên cứu tập trung vào việc xây dựng mô hình truyền tải tối ưu lưu lượng qua mạng điện thoại quốc tế Mục tiêu là xác định số lượng kênh trung kế cần thiết để truyền tải lưu lượng đi các nước một cách hiệu quả nhất Mô hình này sẽ giúp đảm bảo rằng lưu lượng được truyền tải với chất lượng cao, độ trễ thấp và chi phí hợp lý.
• Tổng chi phí của hệ thống truyền tải lưu lượng qua mạng bao gồm chi phí thuê kênh và chi phí quá giang lưu lượng tràn là thấp nhất
• Đảm bảo dịch vụ được cung cấp cho khách hàng với xác suất từ chối các cuộc gọi đến mạng không quá 1%
Mô hình trên được xây dựng trong phạm vi hỗ trợ cho công tác hoạch định vận hành tối ưu lưu lượng qua mạng ở thời đoạn ngắn hạn theo tháng
Quá trình phân tích để xây dựng mô hình được thực hiện trong phạm vi mạng điện thoại quốc tế phục vụ cho các tỉnh ở phía Nam với tổng đài Gateway quốc tế đặt tại Trung tâm Viễn thông Quốc tế Khu vực 2 và mô hình truyền tải tối ưu được xây dựng dựa trên các hướng lưu lượng đi các nước có định tuyến lưu lượng tràn quá giang qua Australia Kết quả nghiên cứu từ đề tài có thể hỗ trợ cơ quan quản lý mạng trong công tác hoạch định vận hành tối ưu lưu lượng qua mạng hàng tháng.
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Các phương pháp được sử dụng trong quá trình thực hiện đề tài gồm:
• Phương pháp quan sát được sử dụng trong quá trình khảo sát, tìm hiểu công tác hoạch định vận hành mạng lưới hiện tại
• Phương pháp thống kê được sử dụng trong quá trình thu thập, phân tích số liệu lưu lượng và xác định các đặc tính lưu lượng đi các nước
• Phương pháp dự báo dựa trên chuỗi thời gian Box-Jenkins (ARIMA) được sử dụng để xây dựng mô hình dự báo lưu lượng tháng
• Các phương pháp tính toán lưu lượng do ITU 1 và ITC 2 giới thiệu được ứng dụng để xây dựng mô hình tính toán lưu lượng
• Phương pháp lặp để giải bài toán quy hoạch mạng với mục tiêu min chi phí được sử dụng để tìm số kênh tối ưu cho các hướng
• Phương pháp phân tích và thiết kế hệ thống thông tin được sử dụng để xây dựng mô hình tính toán trên máy tính.
NỘI DUNG CỦA LUẬN VĂN
Luận văn cơ bản được chia thành sáu chương:
Giới thiệu vấn đề cần nghiên cứu giải quyết và nêu ra mục tiêu, phạm vi, các phương pháp nghiên cứu.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT VỀ MẠNG VIỄN THÔNG
2.1.1 Các bộ phận chính cấu thành hệ thống viễn thông
Khi nhìn từ quan điểm phần cứng, mạng viễn thông bao gồm thiết bị đầu cuối, thiết bị chuyển mạch và thiết bị truyền dẫn như được trình bày trên hình 2.1
Thiết bị đầu cuối chuyển đổi thông tin từ thuê bao (người sử dụng) sang tín hiệu điện và trao đổi tín hiệu này với mạng lưới Trong mạng viễn thông thiết bị đầu cuối bao gồm các thiết bị ở thuê bao như: điện thoại, fax, modem,…
Chuyển mạch là thiết lập một đường kết nối giữa thuê bao thiết lập cuộc gọi và thuê bao được gọi Nhờ có thiết bị chuyển mạch, các đường truyền dẫn được chia sẻ và dùng chung cho nhiều thuê bao
Trong mạng viễn thông Việt Nam tổng đài chuyển mạch được chia theo các cấp bao gồm: tổng đài nội bộ, tổng đài nội hạt, tổng đài trung tâm của tỉnh, thành phố, tổng đài chuyển mạch liên tỉnh và tổng đài chuyển mạch quốc tế (gateway quoác teá) veọ tinh Điện thoại
Thieát bò chuyển mạch Cáp quang vi ba
Thieát bò chuyển mạch Điện thoại
Các thiết bị đầu cuối Đường truyền dẫn
Các thiết bị đầu cuối
Thieát bò truyeàn daãn Thieát bò truyeàn daãn
Hình 2.1: Các bộ phận cấu thành hệ thống viễn thông 2.1.1.3 Thieát bò truyeàn daãn
Thiết bị truyền dẫn được sử dụng để kết nối giữa các thiết bị đầu cuối và các tổng đài Đường truyền dẫn từ thuê bao đến tổng đài được gọi là đường truyền dẫn thuê bao (hay đường dây thuê bao) và đường truyền dẫn kết nối giữa các tổng đài gọi là đường truyền dẫn chuyển tiếp (thường gọi tắt là truyền dẫn) Thiết bị truyền dẫn có thể được phân ra các loại như cáp kim loại, cáp quang, vi ba và vệ tinh Trong mạng viễn thông quốc tế hai phương tiện truyền dẫn được sử dụng phổ biến là cáp quang và vệ tinh
2.1.2 Kỹ thuật cấu hình mạng điện thoại
Trong viễn thông, mạng lưới được tổ chức để phục vụ cho các thuê bao theo từng vùng và từng khu vực Trong cùng một khu vực nhỏ, các đầu cuối thuê bao có thể cùng được kết nối trực tiếp vào một tổng đài (hình 2.2a) Tuy nhiên đối với một khu vực rộng lớn, các thuê bao khác nhau có thể được nối với các tổng đài khác nhau tùy theo quy hoạch của nhà cung cấp dịch vụ Các tổng đài ở các vùng, các khu vực khác nhau có thể được kết nối để liên lạc với nhau bằng các kênh trung kế (trunk) (hình 2.2b) Kênh trung kế đôi khi được gọi tắt là kênh hay mạch (circuit)
Các kênh trung kế kết nối giữa các tổng đài được thiết lập trong các đường truyền dẫn chuyển tiếp của mạng Trong một thời điểm, mỗi kênh chỉ có thể phục vụ kết nối cho một cuộc gọi giữa hai tổng đài Thông thường ở các tổng đài công cộng, mỗi kênh trung kế được thiết lập để phục vụ cho một chiều, hoặc phục vụ cho chiều gọi đi hoặc cho chiều gọi đến a)
: Các kênh trung kế : Đường dây thuê bao
Hình 2.2: Cấu hình mạng lưới 2.1.2.2 ẹũnh tuyeỏn
Trong mạng lưới phạm vi rộng, một tổng đài thường có nhiều đường tuyền dẫn để kết nối với các tổng đài khác Việc chọn một đường kết nối để phục vụ cho một cuộc gọi từ một tổng đài đến một tổng đài khác được gọi là định tuyeán
Trong trường hợp các kênh trung kế ở nhóm định tuyến trực tiếp giữa hai tổng đài bị chiếm hết, tổng đài sẽ thực hiện định tuyến cuộc gọi theo một hướng khác đã được định trước để đến phía được gọi Cách định tuyến này được gọi là định tuyến thay thế hay định tuyến tràn
Tu ye ỏn c ho ùn 3
Tổng đài phía gọi Tổng đài phía được gọi
Tổng đài chuyển tiếp Tổng đài chuyeồn tieỏp
Hỡnh 2.3: ẹũnh tuyeỏn thay theỏ
Hình 2.3 trình bày định tuyến thay thế cho các cuộc gọi từ tổng đài A đến tổng đài B Khi có một cuộc gọi cần kết nối, nếu các kênh trong tuyến trực tiếp kết nối giữ hai tổng đài (tuyến chọn 1) bị chiếm hết, tuyến thứ hai (tuyến chọn 2) được chọn Nếu tuyến chọn 2 lại bị chiếm hết, tuyến chọn 3 được chọn, và cứ tiếp tục cho đến tuyến chọn sau cùng Tuyến được chọn sau cùng được gọi là tuyến chọn cuối Trong trường hợp tuyến chọn cuối cũng bị bận, cuộc gọi sẽ bị tổng đài từ chối
Khi có định tuyến thay thế, các cuộc gọi có thể được chuyển tiếp qua một hay nhiều tổng đài chuyển mạch khác nhau Các tổng đài này được gọi là tổng đài chuyeồn tieỏp (Transit)
Nhờ có định tuyến thay thế, các nhà cung cấp dịch có thể giảm thiểu được tình trạng nghẽn mạch trong mạng, đồng thời đây cũng là phương án dự phòng rất hiệu quả cho một số trường hợp xảy ra sự cố trong mạng.
HOẠCH ĐỊNH VÀ VẬN HÀNH MẠNG VIỄN THÔNG
Mục đích của việc lập kế hoạch mạng viễn thông là để thiết lập mạng thỏa mãn các yêu cầu với chi phí hợp lý và đưa ra dịch vụ đạt các tiêu chuẩn về chất lượng
Các nhà quản lý và điều hành mạng viễn thông thường lập kế hoạch cho mạng theo các thời đoạn dài hạn, trung hạn, ngắn hạn
- Kế hoạch dài hạn là khung công việc cơ bản cho việc lập kế hoạch mạng lưới Kế hoạch dài hạn thường bao phủ cho một khoảng thời gian là 5 năm hoặc hơn 5 năm bao gồm các kế hoạch cho các phần rất khó thay đổi như cấu hình mạng, vị trí đặt các tổng đài, kế hoạch đánh số,…
- Kế hoạch trung hạn thường bao phủ thời gian từ 3 đến 5 năm Kế hoạch trung hạn bao gồm các kế hoạch về đầu tư thiết bị, mạng truyền dẫn, mạng đường dây thuê bao, vị trí tổng đài, vùng phục vụ,…
- Kế hoạch ngắn hạn thường được lập cho thời gian tối đa là 2 năm bao gồm các chương trình thực hiện các công việc, các kế hoạch dựa trên mạng lưới đang tồn tại như định tuyến mạch, tính toán mạch, quyết định số nhân viên điều hành mạng,…
Trong quá trình vận hành mạng, các nhà quản lý cần phải lập các kế hoạch mạng lưới tối ưu để thiết lập, vận hành mạng hiệu quả về mặt chi phí và đảm bảo được các yêu cầu về chất lượng dịch vụ
Trong quá trình lập kế hoạch mạng tối ưu, chi phí mạng được chia thành hai loại: chi phí phụ thuộc vào số lượng thuê bao và chi phí liên quan đến lưu lượng truyền qua mạng Việc xác định số lượng thiết bị để đáp ứng nhu cầu về số thuê bao kết nối và lưu lượng mạng là rất quan trọng trong giai đoạn lập kế hoạch để giảm thiểu tổng chi phí thiết bị.
2.2.2 Lập kế hoạch mạng lưới tối ưu về mặt lưu lượng
Mục tiêu của việc lập kế hoạch tối ưu cho mạng về mặt lưu lượng là tìm ra cấu trúc mạng tốt nhất Để mạng phục vụ tốt cho các nhu cầu với chi phí truyền tải lưu lượng luôn được giữ ở mức thấp nhất, quá trình lập kế hoạch mạng phải được thực hiện một cách liên tục Đó là một quá trình lặp đi lặp lại của các công đoạn: đo lưu lượng, xử lý số liệu, dự báo lưu lượng, tính toán kích thước cho các nhóm kênh trung kế, lập các chương trình làm việc, điều chỉnh kích thước cho các nhóm kênh (hình 2.4) Bên cạnh các tiêu chuẩn về mặt kỹ thuật, chất lượng dịch vụ, mạng phải được thiết lập sao cho chi phí truyền tải lưu lượng là thấp nhất Đo lưu lượng
Tính toán kích thước các nhóm keânh trung keá
Lập các chương trình làm việc ẹieàu chổnh kớch thước cho các nhóm kênh
Hình 2.4: Chu kỳ hoạch định mạng lưới tối ưu về mặt lưu lượng
2.2.2.1 Đo lưu lượng Đo lưu lượng là quá trình thu thập các số liệu về sản lượng và các đặc tính của lưu lượng được truyền tải qua mạng
Phân tích số liệu đo được và thu thập các số liệu để phục vụ cho công đoạn dự báo và các mô hình tính toán lưu lượng
Dự báo lưu lượng là ước tính trước tổng số lưu lượng xảy ra ở các nhóm mạch của mạng lưới Các phương pháp tính toán kích thước các nhóm kênh và tối ưu mạng lưới được thực hiện dựa trên các dự báo lưu lượng
2.2.2.4 Tính toán kích thước cho các nhóm kênh trung kế
Công đoạn này thực hiện tính toán số kênh trung kế cho các nhóm dựa trên các mô hình tính toán lưu lượng
2.2.2.5 Lập các chương trình làm việc
Các chương trình làm việc trong quá trình này bao gồm các kế hoạch lắp đặt, điều chỉnh số kênh cho tổng đài và các chương trình phối hợp làm việc với các đơn vị và các đối tác có liên quan
2.2.2.6 Định lại kích thước cho các nhóm kênh
Công đoạn này tiến hành thiết lập lại số kênh trung kế cho tổng đài
Sau công đoạn này lại tiếp tục một quá trình hoạch định mới như đo lưu lượng, xử lý dữ liệu đo để giám sát tình hình truyền tải lưu lượng qua mạng, tiến hành dự báo lưu lượng,…
Quá trình lập kế hoạch trên thường được thực hiện trong các kế hoạch ngắn hạn để tính toán số lượng kênh trung kế, tối ưu chi phí truyền tải lưu lượng qua mạng và cung cấp các thông tin đầu vào cơ sở để lập kế hoạch cho các thời đoạn dài hơn.
CÁC KHÁI NIỆM VỀ LƯU LƯỢNG TRONG VIỄN THÔNG
2.3.1 Các khái niệm cơ bản
Lưu lượng viễn thông (teletraffic; telecommunications traffic), trong viễn thông thường được gọi tắt là lưu lượng (traffic), là một quá trình các sự kiện có liên quan đến sự đòi hỏi sử dụng các tài nguyên trong mạng viễn thông
Tài nguyên trong mạng viễn thông là bất kỳ các thiết bị trong mạng mà khi sử dụng được xác định một cách rõ ràng Kênh trung kế là một loại tài nguyên của mạng điện thoại
Mức độ phục vụ (Grade of Service-GoS) là số đo cho sự nghẽn mạch trong mạng Mạng bị nghẽn khi thiếu tài nguyên để phục vụ cho lưu lượng yêu cầu và thường xảy ra ở các thời điểm lưu lượng yêu cầu đến mạng cao GoS được xác định bằng xác suất một cuộc gọi bị từ chối hay xác suất không thực hiện được kết nối
Mức độ dịch vụ là một trong các tiêu chuẩn để đánh giá chất lượng dịch vụ mà mạng cung cấp cho các thuê bao và là một chỉ số rất quan trọng trong quá trình tính toán, xác định kích thước các nhóm mạch cho mạng
2.3.2 Giới thiệu về lý thuyết lưu lượng
Lý thuyết lưu lượng được định nghĩa như là ứng dụng của lý thuyết xác suất để giải các bài toán có liên quan đến lưu lượng trong các hệ thống viễn thông
Mục tiêu của lý thuyết lưu lượng là xây dựng mô hình tính toán lưu lượng và các mô hình toán học diễn tả mối quan hệ giữa ba yếu tố: lưu lượng yêu cầu, mức độ phục vụ và khả năng đáp ứng yêu cầu của mạng Các mô hình này là các công cụ trợ giúp quan trọng nhất cho quá trình hoạch và vận hành định mạng lưới
2.3.3 Mật độ lưu lượng và đơn vị đo lưu lượng Erlang
Mật độ lưu lượng ở một thời điểm trong một nhóm kênh trung kế được định nghĩa là số kênh trung kế bị chiếm ở thời điểm đó
Mật độ trung bình Y(T) trong khoảng thời gian T được tính từ công thức sau:
T T Y với n(t) là số kênh bị chiếm ở thời điểm t
Hình 2.5: Biến đổi mật độ lưu lượng theo thời gian và mật độ lưu lượng trung bình trong khoảng thời gian T Đơn vị đo của mật độ lưu lượng là Erlang (viết tắt là E hay Erl) Đơn vị này không có thứ nguyên Erlang là tên của nhà khoa học người Đan Mạch Agner Krarup Erlang (1878-1929) là người đầu tiên đã sáng lập ra các mô hình và các phương pháp tính toán cơ bản cho lưu lượng trong mạng điện thoại
Trong các ứng dụng thực tế, mật độ lưu lượng thường được sử dụng để tính toán là mật độ trung bình trong khoảng thời gian T Hình 2.5 diễn tả sự biến đổi của mật độ lưu lượng theo thời gian (đường C) và mật độ trung bình trong khoảng thời gian T (đường D)
Với số lượng trung bình các cuộc gọi đến mạng trong một khoảng thời gian là λ và thời gian phục vụ trung bình cho một cuộc gọi trong khoảng thời gian đó là t, mật độ lưu lượng trung bình có thể được tính theo công thức:
Với μ là số lượng trung bình các cuộc gọi được phục vụ trong khoảng thời gian ủang xem xeựt (μ = 1/t)
2.3.4 Lưu lượng truyền tải, lưu lượng yêu cầu và lưu lượng tổn thất
Trong mạng điện thoại, do số kênh phục vụ cho các nhu cầu là có giới hạn nên khi một lưu lượng nhu cầu A đến mạng, chỉ một lưu lượng A c được truyền đi và sẽ có một lưu lượng A l không được mạng đáp ứng Hình 2.6 diễn tả ba loại lưu lượng: lưu lượng yêu cầu A, lưu lượng truyền tải A c và lưu lượng tổn thaát A l
- Lưu lượng truyền tải (carried traffic) A c : là lưu lượng trung bình được các kênh phục vụ truyền tải qua mạng trong suốt khoảng thời gian T
- Lưu lượng yêu cầu (offered traffic) A: là lưu lượng được truyền tải nếu như không có cuộc gọi nào bị từ chối do mạng không đáp ứng được như trong trường hợp số kênh trung kế không bị giới hạn A là một giá trị lý thuyết không thể đo được Giá trị của A có thể được ước lượng gần đúng từ lưu lượng truyền tải
Lưu lượng tổn thất hoặc từ chối (Ab) là phần lưu lượng mạng không đáp ứng được Nó được tính bằng hiệu số giữa lưu lượng yêu cầu (Aa) và lưu lượng truyền tải (Ac), theo công thức Ab = Aa - Ac Để giảm Ab, có thể tăng số kênh trung kế của hệ thống.
Lưu lượng yêu cầu A Lưu lượng được truyền tải A c
Hình 2.6: Lưu lượng yêu cầu, truyền tải và tổn thất
2.3.5 Sự biến đổi của lưu lượng theo thời gian và khái niệm giờ cao điểm
Trong mạng viễn thông nói chung, lưu lượng không phải là hằng số mà biến đổi theo các hoạt động của xã hội Sự biến đổi lưu lượng điển hình trong mạng điện thoại có thể chia thành các loại sau:
- Sự biến đổi theo chu kỳ 24 giờ trong ngày: thông thường lưu lượng cao nhất vào khoảng thời gian 9 – 10 giờ sáng và rất thấp trong khoảng thời gian từ giữa đêm về sáng Hình 2.7 trình bày sự biến đổi số lượng cuộc gọi theo thời gian Số lượng này được tính trung bình trong các khoảng thời gian 15 phút Trục hoành trên biểu đồ biểu thị cho các khoảng thời gian 15 phút từ 0 giờ đến 24 giờ và trục tung biểu thị số lượng cuộc gọi trung bình/phút trong các khoảng thời gian 15 phút tương ứng Các giá trị này được tính dựa trên giá trị trung bình của các số liệu đo lưu lượng trong 10 ngày liên tục ở tổng đài Holbek (biểu đồ này được trích trong tài liệu Teletraffic Engineering Handbook [17])
- Sự biến đổi theo chu kỳ các ngày trong tuần: lưu lượng thông thường cao nhất vào ngày Thứ Hai, rồi giảm dần ở các ngày Thứ Ba, Tư, Năm, Sáu Thứ Bảy và đặc biệt vào ngày Chủ Nhật có lưu lượng rất thấp
- Sự biến đổi mang tính mùa vụ: lưu lượng thường thay đổi ở các thời gian có các sự kiện chủ yếu trong năm, lễ, tết,…
- Sự biến đổi theo khuynh hướng: do sự phát triển của công nghệ, kinh tế
Hình 2.7: Sự biến đổi số lượng cuộc gọi / phút trong 24 giờ của ngày
QUÁ TRÌNH POISSON TRONG MẠNG ĐIỆN THOẠI
Quá trình Poisson là một quá trình điểm thường gặp trong thực tế, mô tả các sự kiện xảy ra một cách ngẫu nhiên nhưng tuân theo một tỷ lệ xác định Trong lĩnh vực viễn thông, quá trình Poisson được sử dụng làm cơ sở cho các mô hình tính toán lưu lượng mạng điện thoại, giúp ước tính số lượng cuộc gọi đến trong một khoảng thời gian cụ thể.
2.4.1 Các đặc tính của quá trình Poisson
Các đặc tính chủ yếu của quá trình Poisson trong mạng điện thoại theo Teletraffic Engineering Handbook [17] bao goàm:
- Tính độc lập: xác suất xuất hiện của một số yêu cầu nào đó trong một khoảng thời gian nhất định không phụ thuộc vào việc có bao nhiêu yêu cầu xuất hiện trong khoảng thời gian trước đó Theo tính chất này, số cuộc điện thoại đến liên tiếp trong một phút thì độc lập với số lần gọi ở phút trước đó
- Tính đơn nhất: xét trong khoảng thời gian khá bé thì biến cố có nhiều hơn một yêu cầu xuất hiện hầu như không xảy ra Về mặt thời gian có thể xem dòng yêu cầu có tính đơn nhất nếu thời điểm xuất hiện các yêu cầu không truứng nhau
- Diễn tả số: số các sự kiện đến mạng trong một khoảng thời gian có độ dài cố định được phân bố theo phân phối Poisson
- Diễn tả khoảng thời gian: khoảng thời gian xảy ra giữa các sự kiện kế tiếp nhau phân bố theo hàm số mũ
Nếu tốc độ các sự kiện đến hệ thống không thay đổi theo thời gian thì quá trình Poisson được gọi là quá trình Poisson dừng
2.4.2 Các phân bố của quá trình Poisson
2.4.2.1 Phân phối hàm số mũ
Xem xét quá trình Poisson dừng có tốc độ các sự kiện đến trong một đơn vị thời gian là λ, (λ không thay đổi theo thời gian) Gọi p(v,t) là xác suất có v sự kiện xảy ra trong một khoảng thời gian t Theo Teletraffic Engineering Handbook [17], xác suất để không có sự kiện nào xảy ra trong khoảng thời gian có độ dài t (v = 0) được tính theo công thức:
Xác suất để có ít nhất một sự kiện đến kế tiếp sau khoảng thời gian t (theo [5], [17]) được tính theo công thức:
Số các sự kiện đến trong một khoảng thời gian có độ dài cố định t tuân theo phân bố Poisson với giá trị trung bình A = λt (theo [5], [17])
Nếu biến ngẫu nhiên là N, thì E[N] = A và Var[N] = A
Theo các kiểm nghiệm đã được thực hiện ở tổng đài điện thoại Holbek trong Teletraffic Engineering Handbook [17], khoảng thời gian giữa hai cuộc gọi xảy ra kế tiếp nhau đến tổng đài phân bố theo hàm số mũ và số các cuộc gọi đến tổng đài trong một khoảng thời gian tuân theo phân phối Poisson
2.4.3 Các tính chất của quá trình Poisson
Theo Teletraffic Engineering Handbook [17], giá trị trung bình và phương sai của một biến ngẫu nhiên tuân theo phân phối Poisson là hai giá trị bằng nhau:
E[N] = Var[N] = A (2.6) và tỉ số xác suất của hai giá trị liên tiếp của biến ngẫu nhiên bằng:
−Sự chồng hai quá trình Poisson độc lập với mật độ tương ứng λ 1 và λ 2 sẽ cho kết quả là một quá trình Poisson với mật độ λ 1 + λ 2
2.4.4 Quá trình Poisson phụ thuộc thời gian
Nếu tốc độ các sự kiện đến biến đổi theo thời gian (λ = λ(t) ≥ 0, ∀t ∈ R + ), thì quá trình Poisson là không dừng và được gọi là quá trình Poisson phụ thuộc theo thời gian Để ứng dụng các công thức tính toán của quá trình Poisson dừng cho quá trình Poisson phụ thuộc thời gian, tốc độ các sự kiện đến được tính dựa trên giá trị trung bình trong một khoảng thời gian (theo Teletraffic Engineering Handbook [17])
Xác suất để có sự kiện đến đầu tiên sau thời điểm t được tính theo công thức:
F = − − λ và số sự kiện đến trong khoảng thời gian (0,t) tuân theo phân phối Poisson với giá trị trung bình A = λ t
Trong mạng điện thoại, số các yêu cầu λ gọi đến mạng thay đổi theo thời gian, do đó λ thường được tính theo giá trị trung bình trong một khoảng thời gian Để xây dựng các mô hình tính toán lưu lượng, dòng yêu cầu này được giả định tuân theo quá trình Poisson (phụ thuộc thời gian) và thường được gọi tắt là dòng Poisson.
BÀI TOÁN XẾP HÀNG - HỆ THỐNG TỪ CHỐI ERLANG
2.5.1 Các yếu tố cơ bản của bài toán xếp hàng trong mạng điện thoại
Hệ thống phục vụ trong mạng điện thoại là một hệ thống xếp hàng với cơ chế phục vụ từ chối Trong hệ thống này, khi số lượng cuộc gọi đến vượt quá khả năng phục vụ, các cuộc gọi sẽ không được xếp hàng và sẽ bị từ chối.
Dòng ra đã được phuùc vuù
Dòng ra bị từ chối n keânh phuùc vuù
Hình 2.8: Hệ thống phục vụ từ chối của tổng đài điện thoại
- Dòng vào: là các cuộc gọi đến tổng đài để yêu cầu kết nối đến số máy được gọi Dòng vào được xem xét là dòng các biến cố xảy ra ngẫu nhiên, tuaân theo phaân phoái Poisson
- Kênh phục vụ: là số kênh trung kế của tổng đài để phục vụ cho các yêu cầu gọi đến hệ thống Các kênh này thực hiện kết nối giữa người gọi và người được gọi
Đặc trưng quan trọng nhất của kênh phục vụ chính là thời gian phục vụ Thời gian giữa các lần xuất hiện liên tiếp các yêu cầu là một đại lượng ngẫu nhiên có phân phối tuân theo hàm số mũ.
- Dòng ra: là các yêu cầu ra khỏi hệ thống bao gồm các yêu cầu đã được phục vụ và các yêu cầu chưa được phục vụ (bị từ chối)
- Nguyên tắc phục vụ của hệ thống tổng đài: nếu một yêu cầu đến hệ thống gặp lúc có một kênh rỗi thì được nhận vào phục vụ tại một kênh rỗi bất kỳ và được phục vụ cho đến khi yêu cầu được thỏa mãn Ngược lại nếu gặp lúc tất cả các kênh của hệ thống đều bận thì yêu cầu đó bị từ chối và buộc phải ra khỏi hệ thống Tuy nhiên trong mạng có định tuyến thay thế, dòng bị từ chối này sẽ được mạng định tuyến sang một hướng khác nếu hướng đó có thể phục vụ được
Tổng đài được xem là hệ thống gồm n kênh phục vụ (kênh trung kế), và giả sử rằng thời gian phục vụ t tuân theo phân phối hàm số mũ, quá trình đến là một quá trình Poisson với tốc độ các sự kiện đến trung bình là λ (theo [17])
Lưu lượng yêu cầu A được xem là lưu lượng truyền tải nếu như số kênh phục vụ là vô hạn Trong hệ thống từ chối của Erlang với quá trình đến Poisson, lưu lượng yêu cầu được tính bằng tỉ số giữa số trung bình các cuộc gọi đến mạng (λ) và số lượng trung bình các cuộc gọi được phục vụ trong khoảng thời gian ủang xem xeựt (μ)
Hình 2.9: Sơ đồ chuyển trạng thái của hệ thống
Trạng thái [i] của hệ thống được định nghĩa là trạng thái có i kênh bận (i 0,1,2,…) Hình 2.9 trình bày sơ đồ chuyển trạng thái của hệ thống
Nếu hệ thống có n kênh, xác suất p(i) để hệ thống ở trạng thái i được xác định theo công thức:
Số kênh bận ở một thời điểm bất kỳ có giá trị trung bình và phương sai bằng A (mật độ lưu lượng yêu cầu đến hệ thống)
Xác suất để tất cả n kênh đều bận được dẫn ra từ công thức (2.11) với i = n:
+ + + + Đây là công thức rất nổi tiếng của Erlang đã được Ông xây dựng vào năm
1917 và thường được gọi là công thức Erlang B hay công thức đầu tiên của Erlang
Công thức Erlang B phản ánh mối quan hệ giữa ba yếu số:
- Mức độ phục vụ hay khả năng đáp ứng các yêu cầu của mạng, phản ánh qua xác suất từ chối cuộc gọi E n (A);
- Nhu cầu lưu lượng đến mạng (A);
- và đòi hỏi về thiết bị, số kênh trung kế cần thiết lập (n)
Trong công thức Erlang B (2.12), cả hai giá trị A n và n! thường tăng rất nhanh khi giá trị n tăng, do đó khi sử dụng máy tính để tính toán có thể xảy ra tình trạng tràn bộ nhớ Để khắc phục tình trạng này, công thức Erlang B có thể trình bày dưới dạng đệ quy như sau:
2.5.4 Các đặc tính về lưu lượng của công thức Erlang B
Nếu lưu lượng yêu cầu đến mạng là A và số kênh phục vụ là n, thì:
- Lưu lượng bị từ chối:
Dựa theo công thức (2.14) và (2.12), xác suất nghẽn mạch (B = E n (A)) bằng 0 chỉ khi n → ∝ Vì vậy không thể thiết lập mạng để phục vụ hết cho các yêu cầu với xác suất phục vụ 100% Với số kênh hữu hạn, mạng phải chấp nhận ở mức độ phục vụ GoS bằng B khác 0
Công thức Erlang B thường được ứng dụng để tính toán số kênh trung kế cho mạng khi biết trước lưu lượng yêu cầu ở giờ cao điểm và mức độ nghẽn cho phép của mạng Công thức này chỉ được sử dụng khi dòng vào là dòng Poisson.
LÝ THUYẾT VỀ LƯU LƯỢNG TRÀN TRONG MẠNG ĐIỆN THOẠI
2.6.1 Khái niệm về lưu lượng tràn
Trong các mạng điện thoại, số kênh được thiết lập giữa hai tổng đài thường được giới hạn ở mức phục vụ cho phần lớn lưu lượng nhu cầu Phần lưu lượng tràn do nhóm này không đáp ứng được sẽ được đưa sang một nhóm khác Hình 2.10 mô tả định tuyến lưu lượng từ A đi B và từ A đi C Số lượng kênh trực tiếp (nhóm chọn 1) từ A đến B là n 1 và từ A đến C là n 2 Trong trường hợp số kênh từ A đến B và từ A đến C không đáp ứng hết các yêu cầu, lưu lượng tràn từ hai nhóm này sẽ được định tuyến qua hướng T (nhóm tràn) Số kênh chung từ A đến T cho cả hai dòng lưu lượng là n T
Hình 2.10: Định tuyến lưu lượng tràn từ A đến B và C qua T
Trong hệ thống từ chối Erlang, lưu lượng yêu cầu đến hệ thống được giả định là lưu lượng ngẫu nhiên hoàn toàn và tuân theo phân phối Poisson Ở các mạng điện thoại có định tuyến thay thế, dòng lưu lượng bị từ chối từ nhóm chọn 1 sẽ được đưa đến nhóm tràn và dòng có một số tính chất khác so với lưu lượng bình thường Theo kết quả nghiên cứu được trình bày trong các tài liệu [13], [15], [17], [28], dòng lưu lượng này không tuân theo quá trình Poisson nên không thể sử dụng công thức Erlang B để tính toán Số kênh của nhóm tràn có thể được tính theo phương pháp Wilkinson
2.6.2 Giá trị trung bình và phương sai của dòng lưu lượng tràn
Hình 2.11: Lưu lượng tràn từ hệ thống n kênh
Giả sử lưu lượng yêu cầu là dòng Poisson mật độ A và có n kênh phục vụ thì hệ thống sẽ từ chối một lưu lượng có trung bình m và phương sai v Các giá trị m và v này được tính bằng công thức Riordan.
A E A m n và theo [13], [15], [17], [28], dòng tràn có tỉ số v / m > 1
2.6.3 Phương pháp Wilkinson Để tính toán số kênh cần thiết cho nhóm tràn trong mạng có định tuyến thay thế, Wilkinson xây dựng mô hình lưu lượng tương đương như trên hình (2.12)
Phương pháp này còn được gọi với tên khác là phương pháp lưu lượng ngẫu nhieõn tửụng ủửụng (ERT-method) n T
Hình 2.12: Mô hình lưu lượng tương đương theo phương pháp Wilkinson
Trong phương pháp này, Wilkinson xem xét K dòng lưu lượng Poisson đến K nhóm trực tiếp khác nhau Lưu lượng tràn từ các nhóm trực tiếp này có các giá trị trung bình là m i và các phương sai là v i (i=1,K) được tính theo công thức
(2.17) và (2.18) Tất cả các dòng tràn từ các nhóm này sẽ được đưa đến nhóm tràn gồm n T kênh
Giả sử các dòng lưu lượng tràn là độc lập với nhau, giá trị trung bình và phương sai của dòng lưu lượng tổng cộng đến nhóm tràn được tính theo các công thức:
Dòng tràn tổng cộng được đưa đến nhóm tràn có giá trị trung bình là M và phương sai là V Đây không phải là dòng Poisson nên không thể sử dụng công thức Erlang B để tính toán số kênh cho nhóm tràn ([13], [15], [17], [28]) Để tính toán số kênh cho nhóm mang lưu lượng tràn, nhóm tương đương được giả định là nhóm gồm n* kênh và có dòng lưu lượng yêu cầu là dòng Poisson có mật độ A* sao cho dòng tràn bị từ chối từ nhóm tương đương này có giá trị trung bình và phương sai đúng bằng M và V:
Hệ thống phía trên của hình 2.12 được thay thế bằng hệ thống tương đương như ở phần phía dưới của hình này Hệ thống tương đương này có số kênh phục vụ là n ov = n* + n T và lưu lượng yêu cầu A*
Xác suất từ chối B của hệ thống tương đương được tính dựa theo công thức Erlang B (do dòng tương đương A* là dòng Poisson) như theo công thức sau:
Theo công thức trên, để xác định giá trị của n sao cho tương ứng với một xác suất từ chối (B) đã biết, cần tính giá trị của n có quan sát (n ov) Sau đó, sử dụng công thức n T = n ov − n * (2.24) để tìm n tùy thuộc vào độ tự do (n*).
Giá trị A* được xác định thông qua các thủ tục lặp trên máy tính theo phương pháp thử và sai Giáo sư Yngvé Rapp đưa ra giải pháp tính gần đúng A* theo công thức (2.25) Giá trị n* có thể tính dựa trên A* thông qua công thức (2.26) (theo tài liệu tham khảo [15], [17], [27]).
Hầu hết các nhà điều hành mạng ngày nay thường sử dụng phương pháp Wilkinson để xác định số kênh trung kế cho nhóm mang lưu lượng tràn khi biết trước số kênh của các nhóm trực tiếp và từ đó có thể thiết kế mạng theo phương pháp định tuyến thay thế.
DỰ BÁO LƯU LƯỢNG QUỐC TẾ
Trong vận hành và khai thác mạng điện thoại quốc tế, dự báo lưu lượng truyền tải qua mạng là nhu cầu rất cần thiết để làm cơ sở cho các quá trình đầu tư thiết bị, hoạch định mạng lưới và xác định số lượng kênh trung kế Quá trình dự báo sẽ cung cấp dữ liệu để ước lượng số kênh cần thiết cho mỗi thời đoạn dự báo
2.7.2 Hai phương pháp dự báo lưu lượng quốc tế
Trong quá trình dự báo và tính toán lưu lượng, một số kỹ thuật được áp dụng để chuyển đổi từ dữ liệu dự báo sang lưu lượng yêu cầu tính theo Erlang ở giờ cao điểm (BHT) để tính toán số lượng kênh trung kế cho tổng đài Quá trình dự báo và tính toán lưu lượng có thể được thực hiện theo phương pháp kết hợp (composite) hay trực tiếp (direct) như trên hình 2.13 Hai phương pháp này được ITU-T giới thiệu trong Rec E-506 [20]
Trong phương pháp trực tiếp, dữ liệu đo lưu lượng Erlang của tổng đài sẽ được điều chỉnh thành lưu lượng yêu cầu Sau đó, lượng yêu cầu đến được dự báo trực tiếp bằng cách dựa vào các số liệu đo lưu lượng chi tiết của tổng đài đã được lưu trữ.
Dự báo Đổi sang lưu lượng yêu cầu
Dữ liệu đo của tổng đài Đổi sang lưu Dự báo lượng yêu cầu
Dự báo Đổi sang lưu lượng yêu cầu
Hình 2.13: Phương pháp kết hợp và phương pháp trực tiếp
Với phương pháp kết hợp (composite), đầu tiên số phút thanh toán sẽ được dự báo sau đó sẽ chuyển đổi sang lưu lượng yêu cầu ở giờ cao điểm tính theo Erlang hoặc theo trình tự ngược lại Phương pháp này thường được áp dụng để dự báo lưu lượng cho tổng đài
2.7.3 Dữ liệu cho dự báo lưu lượng quốc tế
Trong cả hai phương pháp kết hợp và trực tiếp, bước đầu tiên của quá trình dự báo là thu thập dữ liệu thô, sau đó dữ liệu có thể được điều chỉnh để làm cơ sở cho mô hình dự báo lưu lượng Dữ liệu thô có thể thu thập theo giờ, ngày, tháng, quý hay hàng năm Hầu hết các nhà điều hành mạng sử dụng số liệu lưu lượng tính theo phút thanh toán theo tháng để dự báo
Ngoài ra, cả hai phương pháp đều có thể sử dụng dữ liệu bên ngoài làm biến giải thích cho mô hình dự báo và làm số liệu để chuyển đổi lưu lượng truyền tải sang lưu lượng yêu cầu Phương pháp chuyển đổi lưu lượng trực tiếp sang lưu lượng yêu cầu được thực hiện theo hướng dẫn trong Rec E-501 cho phương pháp trực tiếp và Phụ lục A của Rec E-506 cho phương pháp kết hợp.
Phương pháp dự báo kết hợp sử dụng dữ liệu lưu lượng cơ sở theo số phút thanh toán hàng tháng trong quá khứ Dữ liệu này được điều chỉnh lại trước hoặc sau quá trình dự báo để đổi sang lưu lượng yêu cầu tính theo Erlang ở giờ cao điểm Sự điều chỉnh được thực hiện dựa trên một số đặc tính lưu lượng của hướng đang xét như sự phân bố lưu lượng ở giờ cao điểm trong ngày, phân bố lưu lượng của một ngày trong tuần so với cả tuần, mức độ hiệu quả của mạng,… Các đặc tính này thường tương đối ổn định so với sự phát triển của lưu lượng theo thời gian do chúng phụ thuộc chủ yếu vào thói quen của các thuê bao và các đặc điểm riêng của mạng
2.7.4 Các bảng phân bố lưu lượng và thừa số hiệu quả
2.7.4.1 Bảng phân bố lưu lượng 24-giờ và 7-ngày
Lưu lượng trong mạng điện thoại thường biến đổi theo chu kỳ 24 giờ trong ngày và theo 7 ngày trong tuần Phân bố lưu lượng ở một giờ trên bảng phân bố lưu lượng 24-giờ được định nghĩa bằng tỉ lệ phần trăm của lưu lượng ở giờ đó so với cả ngày Tương tự, phân bố lưu lượng ở một ngày trong tuần được xác định là tỉ lệ phần trăm của lưu lượng ở giờ cao điểm của ngày đó so với tổng lưu lượng ở giờ cao điểm của toàn bộ tuần lễ
Bảng phân bố lưu lượng 24 giờ và 7 ngày là đặc điểm quan trọng chỉ ra mức độ tập trung lưu lượng vào từng thời điểm trong ngày và tuần Mật độ lưu lượng trong từng giờ (hoặc từng ngày) có thể thay đổi tùy theo thời gian và sự tăng trưởng lưu lượng, tuy nhiên giá trị phân bố lưu lượng thì thường không thay đổi nhiều Nhờ đó, bảng phân bố có thể được xây dựng dựa trên giá trị phân bố trung bình của các mẫu đo có kích thước phù hợp.
Lưu lượng cuộc gọi trong ngày phụ thuộc vào khoảng cách địa lý giữa các tổng đài Hình 2.14 cho thấy sự khác biệt trong phân bố lưu lượng giữa các hướng cách nhau 4 giờ và 10 giờ Ngoài ra, phân bố lưu lượng cũng bị ảnh hưởng bởi tỷ lệ cuộc gọi từ thuê bao khu vực kinh tế, hành chính và gia đình.
Hình 2.14: Hai bảng phân bố lưu lượng 24-giờ của hai hướng có vị trí địa lý cách xa nhau 4 giờ và 10 giờ 2.7.4.2 Thừa số hiệu quả
Thừa số hiệu quả của một hướng là tỷ lệ giữa tổng thời gian tính cước của hướng và tổng thời gian kênh trung kế của hướng bị chiếm giữ trong cùng một khoảng thời gian Tỷ lệ này phản ánh hiệu quả sử dụng kênh trung kế của hướng.
Trong mạng điện thoại, thời gian được đưa vào tính cước của một cuộc gọi bao giờ cũng nhỏ hơn thời gian mà kênh trung kế của tổng đài bị cuộc gọi đó chiếm giữ Sự khác biệt này là do cuộc gọi chỉ được tính cước khi người được gọi nhấc máy và cuộc gọi được thông mạch Tuy nhiên, ngoài thời gian thông thoại, tổng đài phải mất thêm một khoảng thời gian để thực hiện kết nối cuộc gọi, cũng như thời gian báo chuông chờ nhấc máy Do đó thừa số hiệu quả e bao giờ cũng nhỏ hơn 1 Trong các tổng đài tự động giá trị của e thường nằm trong khoảng từ 0.8 đến 0.9 (theo Rec E-506[20])
2.7.5 Chuyển đổi số phút thanh toán sang lưu lượng yêu cầu ở giờ cao điểm
Trong phương pháp kết hợp, số phút thanh toán được đổi sang mật độ lưu lượng trung bình yêu cầu ở giờ cao điểm theo công thức (2.27) được giới thiệu trong phuù luùc A cuỷa Rec E.506 [20]
A: mật độ lưu lượng trung bình yêu cầu ở giờ cao điểm (Erlang) A bằng 1
Erlang sẽ tương đương với 1 kênh trung kế sẽ bị chiếm trong suốt 60 phút
M: số phút yêu cầu của tháng Số phút này được lấy xấp xỉ bằng với số phút thanh toán của tháng d: tỉ lệ lưu lượng ngày/tháng Tỉ lệ này phản ánh tổng số lưu lượng thực hiện trong một ngày tượng trưng của tháng so với tổng số toàn bộ lưu lượng được thực hiện trong tháng
Lưu lượng ngày tượng trưng cho lưu lượng trung bình của những ngày có lưu lượng cao nhất trong tháng, được xác định dựa trên 5 ngày có lượng truy cập đông đảo nhất theo phân bố 7 ngày Những ngày còn lại được tính là ngày có lưu lượng thấp.
DỰ BÁO VỚI MÔ HÌNH CHUỖI THỜI GIAN ARIMA
Một phương pháp rất phổ biến trong việc lập mô hình chuỗi thời gian để dự báo là phương pháp trung bình trượt kết hợp tự hồi quy (AutoRegessive
Integrated Moving Average - ARIMA), thường được gọi là phương pháp luận
Phương pháp này nhằm xác định và ước lượng mô hình thống kê phù hợp nhất với dữ liệu mẫu trong số các mô hình ARIMA(p,d,q) ARIMA (AR: tự hồi quy, MA: trung bình trượt) là mô hình chuỗi thời gian kết hợp giữa tự hồi quy và trung bình trượt Trong đó, p là số hạng tự hồi quy, d là số lần chuỗi thời gian được tính sai phân, q là số hạng trung bình trượt.
Phương pháp luận BJ được trình bày trong các tài liệu tham khảo [2], [3], [6], [9] Trình tự cơ bản của phương pháp này bao gồm bốn bước: nhận dạng, ước lượng các tham số của mô hình, kiểm tra chẩn đoán và dự báo
Bước này tìm các giá trị thích hợp của p, d và q Đầu tiên cần phải xem xét tính dừng của chuỗi dữ liệu gốc Nếu chuỗi có bao hàm yếu tố xu thế thì cần phải tách yếu tố này ra khỏi chuỗi dữ liệu bằng cách lấy sai phân một hay nhiều lần để được chuỗi dữ liệu dừng theo thời gian và sau đó nhận dạng mô hình dự định Phương pháp nhận dạng được thực hiện bằng cách phân tích các hàm số tự tương quan (SAC) và hàm tự tương quan riêng phần (SPAC)
2.8.1.2 Ước lượng các tham số của mô hình
Khi đã tìm được mô hình dự định, ước lượng các tham số của mô hình sẽ được thực hiện qua sự hỗ trợ của các phần mềm vi tính bằng một quá trình lặp Các phần mềm này thường chủ yếu sử dụng phương pháp bình phương tối thiểu để tìm các giá trị ước lượng của các tham số
Sau khi đã chọn được mô hình ARIMA cụ thể và ước lượng được các tham số của nó, mô hình này cần phải được kiểm tra lại xem có phù hợp với dữ liệu ở mức chấp nhận hay không bởi vì có thể một mô hình khác cũng phù hợp với dữ liệu Một kiểm định đơn giản cho mô hình lựa chọn là xem xét các phần dư ước lượng từ mô hình này có tính ngẫu nhiên thuần túy hay không; nếu có, có thể chấp nhận sự phù hợp của mô hình; nếu không, lặp lại từ đầu
Sau khi xây dựng được mô hình phù hợp với dữ liệu, mô hình này sẽ được sử dụng để dự báo cho các thời kỳ trong tương lai Tuy nhiên, do mô hình tìm được dưới dạng chuỗi dừng, nên cần đưa yếu tố xu hướng trở lại mô hình, chuyển đổi chuỗi dừng về chuỗi gốc trước khi thực hiện dự báo điểm và dự báo khoảng tin cậy.
MÔ TẢ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU
GIỚI THIỆU VỀ TRUNG TÂM VIỄN THÔNG QUỐC TẾ KHU VỰC 2
3.1.1 Sơ lược về quá trình hình thành Công ty Viễn thông Quốc tế và Trung Tâm Viễn thông Quốc tế Khu vực 2
Công ty Viễn thông Quốc tế, có tên giao dịch là Vietnam Telecom International (VTI), là một đơn vị thành viên trực thuộc Tổng Công ty Bưu chính Viễn thôâng Việt Nam (VNPT) VTI là doanh nghiệp Nhà nước có phạm vi hoạt động trên toàn quốc và là công ty duy nhất được VNPT ủy quyền khai thác mạng lưới viễn thông quốc tế của Việt nam
VTI có trụ sở đặt tại Hà Nội và 3 đơn vị trực thuộc có nhiệm vụ quản lý khai thác mạng ở ba khu vực Miền Bắc, Miền Nam và Miền Trung theo thứ tự là: Trung tâm Viễn thông Quốc tế Khu vực 1 (ITC1), Trung tâm Viễn thông Quốc tế Khu vực 2 (ITC2) và Trung tâm Viễn thông Quốc tế Khu vực 3 (ITC3)
Hiện nay, VTI đã có ký kết quan hệ làm ăn với các tổ chức viễn thông quốc tế của 25 nước và có liên hệ với hầu hết các nước, các vùng lãnh thổ trên thế giới, nên có thể đảm bảo đáp ứng đầy đủ các nhu cầu về viễn thông quốc tế của mọi khách hàng ở Việt Nam Ở khu vực phía Nam, ITC2 được giao phụ trách các hoạt động sản xuất kinh doanh, khai thác mạng lưới viễn thông quốc tế cho các tỉnh từ Ninh Thuận trở vào Đây là khu vực có nền kinh tế phát triển năng động, tập trung nhiều nhà đầu tư nước ngoài và nhiều doanh nghiệp lớn ở Việt Nam nên nhu cầu về thông tin liên lạc với nước ngoài lớn hơn các khu vực khác Theo báo cáo sơ kết 6 tháng đầu năm 2001, trong 6 tháng đầu năm 2001 tổng sản lượng điện thoại quốc tế qua ITC2 đạt 189,497,508 phút chiếm 70% tổng sản lượng điện thoại quốc tế của cả nước (hình 3.1) Do đó ITC2 đóng một vai trò rất quan trọng trong sự phát triển nói chung của toàn Công ty
Hình 3.1: Tỉ lệ tổng lưu lượng truyền tải quốc tế qua 3 Trung tâm của VTI
3.1.2 Chức năng và nhiệm vụ
Là đơn vị trực thuộc Công ty Viễn thông Quốc tế, Trung tâm Viễn thông Quốc tế Khu vực 2 được giao thực hiện các chức năng và nhiệm vụ như sau:
• Tổ chức, xây dựng, quản lý, vận hành, khai thác mạng lưới, dịch vụ viễn thông quốc tế và cho thuê kênh viễn thông quốc tế để kinh doanh và phục vụ cho các tỉnh phía Nam theo quy hoạch, kế hoạch và phương hướng phát triển được công ty giao cho Đảm bảo thông tin liên lạc phục vụ sự chỉ đạo của các cơ quan Đảng, Chính quyền các cấp, phục vụ các yêu cầu thông tin trong đời sống kinh tế, xã hội của các ngành và nhân dân theo quy định của Công ty và Tổng Công ty
• Tư vấn, khảo sát thiết kế, xây lắp chuyên ngành thông tin liên lạc
• Bảo trì các trang thiết bị chuyên ngành thông tin liên lạc
• Xuất nhập khẩu và kinh doanh các vật tư thiết bị chuyên ngành viễn thoâng
Trung tâm Viễn thông Quốc tế Khu vực 2 có 15 đơn vị trực thuộc Giám Đốc bao gồm 6 đơn vị thuộc khối chức năng và 9 đơn vị kỹ thuật-khai thác Cơ cấu tổ chức của Trung Tâm được trình bày như trên hình 3.2
ISMC ITMC IOC PTDV IDMC BDU VTU Nguoàn IT
P.HC-QT P.TC-CB P.TC-KT P.KD-TT P.KTNV P.KH-VT
Hình 3.2: Cấu trúc tổ chức ITC 2
• PGĐ KT - Phó Giám Đốc phụ trách về kỹ thuật;
• PGĐ KD - Phó Giám Đốc phụ trách về kinh doanh - nội chính;
• P KT-NV - Phòng Kỹ Thuật – Nghiệp vụ: có chức năng quản lý chung các công việc có liên quan đến mạng lưới và kỹ thuật;
• P.KD-TT - Phòng Kinh doanh – Tiếp thị: thực hiện các chức năng liên quan đến lĩnh vực kinh doanh và tiếp thị của Trung Tâm;
• P.TC-KT - Phòng Tài Chính – Kế toán – Thống kê: có chức năng thực hiện các công việc có liên quan đến lĩnh vực tài chính, kế toán và thống kê;
• P.KH-VT - Phòng Kế hoạch – Vật tư – Xây dựng cơ bản: lập các kế hoạch chung cho Trung Tâm và các việc có liên quan đến vật tư, xây dựng cơ bản;
• P.TC-CB - Phòng Tổ Chức – Cán bộ – Lao động và Tiền lương: có chức năng quản lý, tổ chức nhân sự và phân phối thu nhập cho các nhân viên;
• P.HC-QT - Phòng Hành chính – Quản trị: có nhiệm vụ quản lý chung các công việc hành chính;
• ISMC - Đài Chuyển mạch quốc tế: vận hành, khai thác tổng đài Gateway HCM;
• ITMC - Đài Truyền dẫn quốc tế: vận hành, khai thác mạng truyền;
• IOC - Đài Điện thoại quốc tế: khai thác đài 110 và 142;
• PTDV - Đội Phát triển dịch vụ viễn thông quốc tế: thiết kế và phát triển dịch vụ cho khách hàng;
• IDMC - Đài Mặt đất thông tin vệ tinh HCM: vận hành, khai thác trạm mật đất VSAT, mạng phát hình và kênh thuê riêng;
• BDU - Đài Mặt đất Thông tin Vệ tinh Bình Dương: vận hành, khai thác trạm Mặt đất Thông tinh Vệ tinh Bình Dương;
• VTU - Đài Cáp biển Vũng Tàu: vận hành, khai thác trạm Cáp biển Vũng Tàu;
• Nguồn - Đội nguồn điện lạnh: vận hành toàn bộ hệ thống điện và điện lạnh;
• IT - Tổ Tin học: phụ trách tính cước, rà soát số liệu lưu lượng và mạng máy tính.
MẠNG LƯỚI ĐIỆN THOẠI QUỐC TẾ
Mạng viễn thông quốc tế ở Việt Nam được kết nối với các nước qua các tuyến cáp quang biển T-V-H, SEA-ME-WE 3 và các kênh qua vệ tinh như được trình bày trên hình 3.3
- Các tuyến cáp quang biển cung cấp các đường truyền dẫn chất lượng cao từ Việt Nam đến các nước trong khu vực Các tuyến cáp quang này có thể kết nối với các tuyến cáp quang khác để đi đến một nước khác
- Các đường truyền qua vệ tinh có thể kết nối Việt Nam với nhiều nước trên thế giới với chi phí rẻ hơn cáp quang nhưng chất lượng kém hơn
Hình 3.3: Các đường truyền dẫn quốc tế
Về phía quốc nội, mạng viễn thông quốc tế ở ba khu vực được kết nối với nhau bằng tuyến cáp quang Bắc - Nam Nhờ vậy các tuyến truyền dẫn quốc tế có thể quy hoạch, chia sẻ dùng chung cho ba Trung Tâm
3.2.2 Mạng điện thoại quốc tế cho các tỉnh phía Nam
Các cuộc gọi từ các tỉnh phía Nam đi quốc tế được thực hiện qua tổng đài Gateway quốc tế (AXE-105) của ITC2 tại Tp Hồ Chí Minh (Gateway HCM)
Sơ đồ kết nối tổng đài với các tuyến truyền dẫn quốc tế, mạng điện thoại của Bưu điện Tp Hồ Chí Minh và mạng điện thoại liên tỉnh như trên hình 3.4 Ngoài ra, để đảm bảo an toàn thông tin trong trường hợp có sự cố xảy ra, cũng như chuyển tiếp các cuộc gọi quốc tế giữa ba khu vực khi cần thiết, tổng đài Gateway HCM được kết nối với tổng đài Gateway quốc tế Đà Nẵng và Hà Nội qua tuyến trục cáp quang Bắc-Nam
Các kênh trung kế kết nối giữa tổng đài Gateway HCM với các nước được thiết lập trong các đường truyền dẫn quốc tế Các kênh này được quản lý và tính toán tách riêng theo từng chiều đi và chiều đến Trong đó, chiều lưu lượng đi sẽ do phía Việt Nam lên kế hoạch định tuyến, tính toán và chiều ngược lại do phía đối tác ở nước ngoài thực hiện
Hình 3.4: Mạng điện thoại quốc tế cho các tỉnh phía Nam
QUÁ TRÌNH THIẾT LẬP CUỘC GỌI ĐIỆN THOẠI QUỐC TẾ
3.3.1 Cách thiết lập cuộc gọi điện thoại quốc tế từ phía người sử dụng Để gọi điện thoại đi các nước, các thuê bao có thể quay số trực tiếp (IDD) từ máy thuê bao hoặc gọi qua đài 110 để được điện thoại viên trợ giúp Sau khi quay số xong, người sử dụng thường phải chờ một khoảng thời gian để tổng đài thực hiện chuyển mạch Cuộc gọi chỉ bị tính cước bắt đầu từ lúc phía được gọi nhấc máy
Trạm Mặt Đất Đài Truyền dẫn quoác teá - ITMC
Cáp biển Sea-Me-We 3
Tổng đài Gateway quoác teá HCM
Mạng Điện thoại Bửu ẹieọn Tp HCM
Mạng Điện thoại Lieõn tổnh
Tổng đài Gateway quoác teá ĐÀ NẴNG
Tổng đàiGateway quoác teáHÀ NỘI
3.3.2 Quá trình thiết lập một cuộc gọi quốc tế trong mạng điện thoại
Khi một thuê bao nhấc máy và ấn một dãy số bắt đầu từ số 00, tổng đài trung tâm của các tỉnh thành phố và liên tỉnh sẽ chuyển kết nối của cuộc gọi này đến tổng đài Gateway quốc tế Trong trường hợp thuê bao gọi đi quốc tế nhân công qua Đài 110, việc chuyển kết nối sẽ được thực hiện với trợ giúp của điện thoại viên
Khi nhận yêu cầu kết nối một cuộc gọi đi nước ngoài, tổng đài Gateway quốc tế sẽ thực hiện kiểm tra dãy số gọi đi và tách ra mã nước để định tuyến cuộc gọi Sau khi chọn được một kênh trung kế đi đến nước cần liên lạc, tổng đài Gateway sẽ gửi tiếp mã vùng và số máy được gọi đến tổng đài Gateway phía đối tác nước ngoài để kết nối tiếp
3.4 PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH TUYẾN Ở TỔNG ĐÀI GATEWAY HCM
Tổng đài Gateway HCM hiện được kết nối trực tiếp với 25 nước trên thế giới Các cuộc gọi từ các thuê bao trong nước đi các nước này đa số được thiết lập trong các kênh trung kế kết nối trực tiếp giữa tổng đài Gateway của hai bên Đối với các nước chưa có kênh trực tiếp, các cuộc gọi sẽ được chuyển quá giang qua một nước thứ ba đã có kênh trực tiếp Lưu lượng đi các nước này có sản lượng nhỏ và trong quá trình tính toán lưu lượng được tính chung với nước nhận quá giang cuộc gọi này
Tổng đài Gateway HCM thực hiện kết nối các cuộc gọi đi các nước theo phương pháp định tuyến thay thế Nhờ đó giảm được các trường hợp nghẽn mạch, dự phòng cho sự cố, và đồng thời cũng giảm được các phí tổn cho phía thuê bao khi không thiết lập được cuộc gọi
Bảng định tuyến của tổng đài được Công ty xây dựng theo từng năm Vào cuối mỗi năm Công ty sẽ xem xét phối hợp với các đối tác xây dựng bảng định tuyến cho năm kế tiếp Các cuộc gọi đến một hướng đầu tiên sẽ được định tuyến theo hướng chọn 1 truyền trực tiếp đến hướng đó Nếu hướng trực tiếp bị bận, tổng đài sẽ định tuyến theo hướng chọn 2 và nếu hướng chọn 2 bận sẽ tiếp tục theo hướng chọn 3
Hướng chọn 2 được lựa chọn khi có khả năng kết nối tới hướng bị tràn, chi phí chuyển tiếp thấp Nó thường được chọn ở các quốc gia có múi giờ khác biệt với Việt Nam để tránh trường hợp hướng chọn 1 bị tràn.
1 đang trong giờ cao điểm, hướng chọn 2 cũng đang trong giờ cao điểm Theo bảng định tuyến chiều đi trong năm 2001, tổng đài Gateway HCM có hai hướng chọn 2 bao gồm Australia và USA Đây là hai nước nằm ở các múi giờ khác biệt so với Việt Nam và có mạng viễn thông quốc tế hiện đại, có thể kết nối với hầu hết các nước trên thế giới
Hướng chọn 3 được thiết lập để làm dự phòng khi cả hai hướng chọn 1 và chọn 2 đều trong tình trạng nghẽn Trong các mô hình tính toán lưu lượng, hai hướng chọn 1 và chọn 2 được thiết kế để truyền tải tối thiểu 99% lưu lượng yêu cầu Lưu lượng bị từ chối (dưới 1% lưu lượng yêu cầu) sẽ được chuyển sang hướng chọn 3 Trong đề tài, mô hình được xây dựng trong giới hạn tính toán lưu lượng cho hướng chọn 1 và chọn 2, không xét hướng chọn 3, để phục vụ ít nhất 99% lưu lượng yêu cầu đến mạng
Trong tương lai để phục vụ tốt cho khách hàng cần phải nâng tỉ lệ này lên trên 99%, hoặc nghiên cứu tính toán thêm cho hướng chọn 3 để hướng này có khả năng tải phần lớn lưu lượng từ tràn từ hướng chọn 2
Dựa vào hướng chọn 2, có thể chia các hướng thành hai nhóm bao gồm các hướng có định tuyến tràn qua Australia và các hướng có định tuyến tràn qua USA Trong giới hạn nêu trên, hai nhóm này có thể được xem xét riêng biệt nhau trong quá trình tính toán số kênh trực tiếp đến các hướng
3.4.2.2 Nhóm có định tuyến lưu lượng tràn qua Australia
Nhóm có lưu lượng tràn quá giang qua hướng Australia (Hình 3.5a) gồm Australia và 11 nước Cambodia, China, France, Hongkong, Laos, New Zealand, Norway, Singapore, Taiwan, Thailand và UK Các hướng định tuyến cho các hướng trong nhóm này được trình bày trên bảng 3.1
Bảng 3.1: Bảng định tuyến lưu lượng đi cho 11 hướng có chọn 2 là Australia
STT Tên nước gọi đi Chọn 1 Chọn 2 Chọn 3
6 New Zealand New Zealand Australia USA
Nguồn: theo kế hoạch định tuyến lưu lượng chiều đi năm 2001 cho gateway HCM của VTI
3.4.2.3 Nhóm có định tuyến lưu lượng tràn qua Hoa Kỳ
Nhúm cú lưu lượng tràn quỏ giang qua hướng USA (hỡnh 3.5b) gồm USAứ và
12 nước Canada, Germany, India, Indonesia, Japan, Korea, Malaysia, Philippine, Poland, Russia, Swittzerland, Ukraina Các hướng định tuyến cho các hướng trong nhóm này được trình bày trên bảng 3.2
Bảng 3.2: Bảng định tuyến lưu lượng đi 12 hướng cú chọn 2 là USAứ
STT Tên nước gọi đi Chọn 1 Chọn 2 Chọn 3
1 Japan Japan USA Hà Nội
2 Korea Korea USA Hà Nội
3 Canada Canada USA Hà Nội
12 Ukraina Ukraina USA Hà Nội
Nguồn: theo kế hoạch định tuyến lưu lượng chiều đi năm 2001 cho gateway HCM của VTI
Lưu lượng A i từ các hướng đến Gateway HCM Hướng do tổng đài chuyển tiếp T chọn để đến nước có chọn 1 đang bị tràn
Hướng chọn 1 đến một nuớc
Hướng chọn 2 cho các hướng chọn 1
Hình 3.5: Hai nhóm định tuyến thay thế của tổng đài Gateway HCM
Giới hạn của đề tài không tính toán lưu lượng đến hướng chọn 3, do đó hai nhóm trên có thể được nghiên cứu xây dựng mô hình tính toán độc lập nhau Hình 3.5 cho thấy hai nhóm này có cách định tuyến lưu lượng giống nhau vì vậy có thể nghiên cứu xây dựng mô hình tính toán lưu lượng cho một nhóm và sau đó nghiên cứu phát triển cho nhóm còn lại
Trong đề tài, mô hình truyền tải tối ưu lưu lượng qua mạng được xây dựng dựa trên nhóm có lưu lượng tràn qua Australia Sau khi xây dựng xong mô hình, có thể nghiên cứu phát triển mô hình này để ứng dụng cho nhóm còn lại
3.4.3 Chi phí truyền tải lưu lượng đi các hướng
Theo phương pháp định tuyến này, nhà cung cấp sẽ phải chịu hai loại chi phí chính: chi phí thuê kênh đi quốc tế và chi phí quá cảnh cho phần lưu lượng tràn.
XÂY DỰNG MÔ HÌNH TRUYỀN TẢI TỐI ƯU LƯU LƯỢNG QUA MẠNG ĐIỆN THOẠI QUỐC TẾ
GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT VỀ MÔ HÌNH
Cơ sở dữ liệu lưu lượng đi các hướng theo tháng
Các bảng chi tiết mật độ lưu lượng ở các giờ
Xác định các đặc tính lưu lượng
Các chi phí thuê kênh và chi phí tràn
Lưu lượng dự báo đi các hướng theo tháng
Kết quả tính toán soỏ keõnh toõi ửu đi các hướng
Các bảng lưu lượng 24-giờ, 7-ngày và thừa số e
Các hướng cần tính và các giới hạn cho soá keânh
Hình 4.1: Mô hình tổng quát
Mô hình tổng quát được xây dựng trong đề tài được trình bày trên hình 4.1, bao goàm ba phaàn chính:
• Xác định đặc tính lưu lượng đi các nước
Các số liệu đo lưu lượng hàng ngày được máy tính giám sát lưu lượng xuất ra dưới dạng một tập tin văn bản Để thu thập các số liệu phục vụ cho các tính toán xác định đặc tính lưu lượng đi các hướng, phần mềm TRAFF được xây dựng trong đề tài để xử lý các tập tin văn bản, thu thập các số liệu đo lưu lượng ở các giờ và lưu lại trong một cơ sở dữ liệu (được thiết kế baèng Microsoft Access)
Nhờ phần mềm TRAFF, các số liệu đo lưu lượng chi tiết ở 24 giờ đi các hướng trong 365 ngày (bao gồm 365 tập tin) có thể được thu thập dễ dàng để chọn ra các dữ liệu cần thiết phục vụ cho việc xây dựng các đặc tính của lưu lượng đi các nước Phần mềm này được trình bày trong phụ lục E
Các giá trị mật độ lưu lượng theo từng giờ ở các hướng trong 365 ngày được chọn ra từ cơ sở dữ liệu của TRAFF bằng các câu hỏi truy vấn (query) và sau đó các kết quả thu được sẽ được đưa vào các bảng tính trên Excel để tính toán xác định các bảng phân phố lưu lượng 24-giờ, 7-ngày và thừa số hiệu quả e
Trong đề tài, dự báo lưu lượng được thực hiện theo phương pháp kết hợp Đầu tiên dự báo số phút thanh toán cho tháng cần tính, sau đó số phút này được nhập vào phần mềm OND (sẽ được xây dựng và trình bày dưới đây) để chuyển sang mật độ lưu lượng yêu cầu ở giờ cao điểm (tính theo Erlang)
Mô hình dự báo số phút thanh toán theo tháng được xây dựng trên Excel dựa theo phương pháp Box-Jenkins (BJ) Chuỗi dữ liệu theo thời gian cung cấp cho mô hình ARIMA được lấy từ cơ sở dữ liệu đi các hướng theo tháng Các kết quả dự báo sẽ là các dữ liệu lưu lượng đầu vào cho mô hình toỏi ửu
• Moõ hỡnh toỏi ửu Đây là mô hình chính thực hiện các công việc tính toán, xác định số kênh tối ưu đi các hướng Các dữ liệu cơ sở cần cung cấp cho mô hình bao gồm:
- Các đặc tính lưu lượng đi các hướng bao gồm các bảng lưu lượng và thừa số hiệu quả e của các hướng
- Các chi phí truyền tải lưu lượng bao gồm chi phí thuê kênh và chi phí quá giang lưu lượng tràn (xem bảng 3.3)
- Các kết quả dự báo lưu lượng tháng (tính theo phút) của các hướng Kết quả này này sẽ được chuyển đổi sang mật độ lưu lượng trung bình yêu cầu (tính theo Erlang) cho ngày tượng trưng của tháng dự báo để cung cấp cho các mô hình tính toán
- Ngoài ra, khi chạy mô hình, người sử dụng cần phải cung cấp cho mô hình các hướng nào cần tính toán lại số kênh, và các khoảng giới hạn cho số kênh của các hướng đó
Kết quả thu được sau khi chạy mô hình là số kênh tối ưu đi các hướng và các chi phí ứng với kết quả này
Trong đề tài, mô hình tính toán tối ưu số kênh đi các hướng được xây dựng trên máy tính và được đặt tên là OND (Optimal Network Dimensioning).
XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TÍNH LƯU LƯỢNG ĐI CÁC HƯỚNG
4.2.1 Bảng phân bố lưu lượng 24-giờ
Bảng phân bố lưu lượng 24-giờ đi các hướng được xây dựng để diễn tả sự biến đổi lưu lượng đặc trưng trong 24 giờ của từng hướng Các bảng này cung cấp các dữ liệu cơ sở cho mô hình tối ưu
Dữ liệu được sử dụng để xây dựng bảng phân bố lưu lượng 24-giờ bao gồm các dữ liệu chi tiết về mật độ lưu lượng trung bình trong 24 giờ được đo bởi tổng đài trong 365 ngày liên tục từ 01/04/2000 đến 31/03/2001 cho tất cả các hướng đang nghiên cứu Các dữ liệu này được thu thập với sự hỗ trợ của phần mềm TRAFF (được trình bày trong phụ lục E)
Trong tập số liệu thu thập được, có một số ngày không thu thập đầy đủ số liệu do có một số sự cố xảy ra Ví dụ như trong ngày 31/12/2000, có sự cố xảy ra ở hệ thống thu thập số liệu nên số liệu đo bị mất từ 7 giờ đến 16 giờ cho tất cả các hướng Các ngày không thu thập đầy đủ số liệu đo lưu lượng được loại bỏ khỏi tập số liệu
4.2.1.2 Xây dựng bảng phân bố lưu lượng 24-giờ
Bảng phân bố lưu lượng 24-giờ của lưu lượng đi từng hướng được xây dựng theo các bước như sau:
• Thu thập bộ số liệu tính toán gồm các ngày có đầy đủ số liệu mật độ lưu lượng trung bình ở tất cả các giờ
• Tính toán phân bố mật độ lưu lượng trong các ngày trong bộ số liệu thu thập được theo công thức: n i h a x a h hi hi hi 23 ; 0 , 23 1 ,
Với: n: số mẫu trong tập số liệu; h: số thứ tự của giờ trong ngày Trong đề tài, thứ tự của giờ (h) được đánh theo thứ tự từ 0 đến 23 Giờ thứ 0 là khoảng thời gian từ 00:00 đến hết 00:59 và tương tự cho các giờ khác; a hi là mật độ lưu lượng trung bình (Erl) ở giờ h của ngày thứ i; x hi là phân bố mật độ lưu lượng ở giờ h so với tổng mật độ lưu lượng ở ngày thứ i
• Xác định giá trị trung bình và phương sai của phân bố lưu lượng ở tất cả các giờ trong tập số liệu đã thu thập theo các công thức sau:
• Xác định khoảng tin cậy 95% cho giá trị trung bình phân bố lưu lượng ở các giờ của tập hợp chính (μ h )
Giả thiết phân bố của giá trị phân bố lưu lượng ở giờ h (h=0,23) là phân phối chuẩn Khoảng tin cậy đối với số trung bình μ h được xác định theo công thức (theo các tài liệu [7], [9]):
Với α = 5%, Z là biến ngẫu nhiên đã được chuẩn hóa, Z α /2 = 1.96
• Xây dựng bảng phân bố lưu lượng 24-giờ đặc trưng của hướng đang xét:
Giá trị phân bố mật độ lưu lượng da h ở giờ h (h=0,23) trong bảng này được xác định bằng với x h
• Kiểm định độ phù hợp của bảng phân bố lưu lượng 24-giờ được xây dựng với các số liệu thực tế:
Bảng này sẽ được ứng dụng như bảng phân bố lưu lượng chung cho tất cả các ngày trong các mô hình tính toán lưu lượng trong đề tài Vì vậy cần phải kiểm tra độ phù hợp của bảng phân bố lý thuyết này so với các số liệu thực tế đã thu thập được
Kiểm định giả thiết: phân bố lưu lượng ở giờ h (h=0,23) của tất cả các ngày bằng với da h (theo phương pháp nêu trong [7], [9])
H 0 : phân bố lưu lượng ở giờ h (h=0,23) của tất cả các ngày bằng với da h
H 1 : phân bố lưu lượng ở giờ h (h=0,23) của tất cả các ngày khác với da h Với độ tin cậy 95%: α = P(H 1 /H 0 ) = 5% Độ tự do df = n -1
CHIINV là hàm được xây dựng trong Excel để xác định giá trị phân phối χ 2 ứng với mức độ rủi ro α và độ tự do df
Phân phối χ 2 dựa trên mức độ sai biệt của phân phối thực tế và phân phối lý thuyết được xác định theo công thức:
Nếu χ 2 < χ df 2 , α : không bác bỏ giả thiết H 0 ; ngược lại bác bỏ H 0
Nếu H 0 không bác bỏ thì có thể kết luận: với độ tin cậy 95%, phân bố lưu lượng ở giờ h (đang xét) của các ngày bằng với da h
4.2.1.3 Giờ cao điểm của các hướng
Giờ cao điểm (bh) của từng hướng được chọn là giờ có phân bố mật độ lưu lượng trung bình cao nhất trong các bảng phân bố lưu lượng 24-giờ
4.2.1.4 Kết quả xây dựng các bảng lưu lượng 24-giờ và các giờ cao điểm
Bảng phân bố lưu lượng 24-giờ được tiến hành xây dựng theo các bước như trên cho 12 hướng lưu lượng đi các nước Sau đây là một ví dụ minh họa kết quả tính toán chi tiết cho hướng lưu lượng đi Thailand:
Bảng 4.1: Kết quả tính toán xây dựng bảng 24-giờ cho hướng Thailand
Accept Yes Yes Yes Yes Yes Yes Yes Yes Yes Yes Yes Yes
Bảng 4.1(tt): Kết quả tính toán xây dựng bảng 24-giờ cho hướng Thailand
Accept Yes Yes Yes Yes Yes Yes Yes Yes Yes Yes Yes Yes
Biểu đồ phân bố mật độ lưu lượng 24-giờ của hướng lưu lượng đi Thailand được trình bày trên hình 4.2
Hình 4.2: Phân bố mật độ lưu lượng 24-giờ của hướng đi Thailand
Dựa trên bảng 4.1, hướng lưu lượng đi Thailand có giờ cao điểm là giờ thứ 10 (từ 10:00 đến hết 10:59) Ở giờ này mật độ lưu lượng chiếm 9% của toàn ngày
Các kết quả tính toán chi tiết cho các hướng khác được trình bày trong các tập tin Excel ở thư mục MATDO trong đĩa CD-ROM kèm theo Kết quả tính toán bảng phân bố lưu lượng 24-giờ cho 12 hướng được trình bày trong bảng sau:
Bảng 4.2: Bảng phân bố lưu lượng 24-giờ đi các hướng (đơn vị: %)
Bảng 4.2(tt): Bảng phân bố lưu lượng 24-giờ đi các hướng (đơn vị: %)
Các bảng phân phối cho thấy lưu lượng truy cập ở các hướng khác nhau có sự phân bổ khác nhau, đặc biệt rõ rệt ở hai hướng có chênh lệch múi giờ lớn như Trung Quốc và Pháp.
Biểu đồ phân bố mật độ lưu lượng 24-giờ cho lưu lượng đi các hướng khác được trình bày trong phần phục lục D
Qua các kiểm định χ 2 cho các bảng phân bố lưu lượng 24-giờ của các hướng (trình bày trong các tập tin Excel ở thư mục MATDO trong đĩa CD-ROM kèm theo) cho thấy hầu hết các phân bố trên đều phù hợp với số liệu, ngoại trừ hai hướng New Zealand, Norway và ở một số giờ có lưu lượng thấp (từ nửa đêm về sáng) của hướng UK Qua phân tích các số liệu ở các giờ mà kiểm định χ 2 không phù hợp cho thấy mật độ lưu lượng ở các giờ không phù hợp rất nhỏ, do đó sự khác biệt phương sai ở các ngày khác nhau là đáng kể dẫn đến kết quả kiểm định như nêu trên Nếu tương lai lưu lượng đi các hướng này phát triển cao hơn sẽ khắc phục được trường hợp này Trong đề tài, các bảng phân bố trên được sử dụng để xây dựng các mô hình tính toán lưu lượng
Dựa vào bảng 4.2, giờ cao điểm của các hướng được chọn như trên bảng 4.3 Đây là giờ có phân bố mật độ lưu lượng cao nhất của mỗi hướng
Bảng 4.3: Giờ cao điểm của các hướng
STT Tên hướng Giờ cao điểm
4.2.2 Bảng phân bố lưu lượng 7-ngày
Bảng phân bố lưu lượng theo 7 ngày trong tuần của từng hướng được xây dựng để diễn tả sự biến đổi lưu lượng trong tuần từ Thứ Hai đến Chủ Nhật
Từ bộ dữ liệu chi tiết mật độ lưu lượng trung bình trong 365 ngày của từng hướng, lưu lượng ở giờ cao điểm được chọn ra và sắp xếp theo tuần Kết quả thu được 51 mẫu số liệu theo các tuần
Loại bỏ khỏi tập số liệu các tuần có sự cố, không thu thập đầy đủ số liệu, hoặc các tuần có lễ tết có phân bố lưu lượng bất thường và thu được n chu kỳ để xây dựng bảng phân bố lưu lượng 7-ngày cho hướng đang xét
4.2.2.2 Xây dựng bảng phân bố lưu lượng 7-ngày
Bảng phân bố lưu lượng 7-ngày theo từng hướng được xây dựng theo các bước nhử sau:
• Thu thập bộ số liệu tính toán gồm n tuần với đầy đủ số liệu mật độ lưu lượng trung bình ở giờ cao điểm của tất cả các ngày
• Tính toán phân bố lưu lượng ở giờ cao điểm của từng ngày so với cả tuần cho n tuần trong bộ số liệu đã thu thập theo công thức:
DỰ BÁO LƯU LƯỢNG THÁNG
Mô hình dự báo lưu lượng tháng được xây dựng dựa theo phương pháp Box- Jenkins Phương pháp này được trình bày trong các tài liệu tham khảo [2], [3], [6], [9] Các mô hình ARIMA được xây dựng riêng cho từng hướng và sẽ được dùng để dự báo cho sản lượng điện thoại đi các hướng đó trong tháng 7 và tháng 8 năm 2001
4.3.1 Thu thập dữ liệu theo thời gian và nhận xét chung về các chuỗi
Trong nội dung bài viết, dữ liệu nghiên cứu được sử dụng bao gồm 12 chuỗi số liệu sản lượng điện thoại của 12 quốc gia Các chuỗi số liệu này được ứng dụng cho mô hình tối ưu Mỗi chuỗi số liệu chứa các giá trị quan sát được về sản lượng điện thoại theo thời gian.
54 mẫu số liệu diễn tả cho sản lượng từ tháng 01/1997 đến tháng 06/2001 Mô hình dự báo sẽ thực hiện dự báo sản lượng cho hai chu kỳ kế tiếp của các chuỗi số liệu này và các sản lượng dự báo trong tháng 8/2001 của tất cả 12 hướng sẽ được đưa vào để chạy mô hình tối ưu để tính số kênh cho các hướng
Sau đây, luận văn sẽ trình bày một ví dụ minh họa về việc dự báo lưu lượng cho hướng Thailand Các hướng khác cũng được tính tương tự Đồ thị theo thời gian của chuỗi sản lượng đi Thailand được trình bày trên hình 4.4
SẢN LƯỢNG ĐIỆN THOẠI ĐI THAILAND
Hình 4.4: Đồ thị sản lượng điện thoại đi Thailand theo thời gian
Một số đặc điểm của chuỗi này là:
- Có khuynh hướng tăng theo thời gian, ngoại trừ khoảng thời gian từ cuối trong năm 1998 và1999 sản lượng có khuynh hướng giảm do ảnh hưởng của cuộc khủng hoảng tài chính trong khu vực
Sản lượng vận tải hàng hóa có xu hướng biến động theo chu kỳ hằng năm, nhất là vào dịp Tết Âm lịch Trong thời gian này, lượng hàng hóa vận chuyển đi các hướng giảm đáng kể so với các tháng bình thường do nhiều tổ chức, công ty nghỉ Tết Tuy nhiên, do thời gian nghỉ Tết Âm lịch theo Dương lịch mỗi năm khác nhau, nên có những năm Tết Âm lịch rơi vào tháng 2 Dương lịch (ví dụ 1997, 1999, 2000) và có những năm rơi vào tháng 1 Dương lịch (ví dụ 1998).
2001 rơi vào khoảng thời gian của Giêng Do đó sự biến đổi này không hoàn toàn theo mùa 12 tháng
Đặc điểm của các chuỗi số liệu sản lượng đi 12 hướng có sự tương đồng Do đó, bài viết sẽ trình bày các bước xây dựng mô hình ARIMA dựa trên chuỗi sản lượng đi Thái Lan Tương tự, các bước này cũng được áp dụng cho 11 chuỗi sản lượng đi các hướng khác.
4.3.2 Xử lý sơ bộ số liệu
Do thời gian nghỉ tết không theo chu kỳ 12 tháng của Dương lịch và chuỗi thời gian chỉ thu được trong khoảng thời gian ngắn (4 năm 6 tháng) nên chưa phản ánh hết tính mùa vụ của chuỗi theo chu kỳ 12 tháng vì vậy trong giới hạn của đề tài này chưa xét đến tính mùa vụ của chuỗi Để giải quyết vấn đề lưu lượng đi giảm mạnh trong dịp tết, các điểm này được tách ra xử lý riêng bằng cách:
- Số liệu ở các thời điểm tết Âm lịch được xem là bất thường so với chuỗi và được thay thế bằng cách số liệu ước lượng từ số liệu trước và sau theo phương pháp tuyến tính
- Độ sai lệch giữa số liệu thực tế và số liệu ước lượng tương ứng theo cách làm trên sẽ được giữ lại để dự báo cho độ sai lệch vào năm kế tiếp
- Sau loại bỏ hết các số liệu nêu trên, chuỗi số liệu được sử dụng như chuỗi soỏ lieọu goỏc cho moõ hỡnh moõ hỡnh ARIMA
Trong trường hợp chu kỳ dự báo trùng với Tết Nguyên đán, kết quả dự báo cần được hiệu chỉnh bằng cách trừ đi độ lệch dự báo đã tính toán trước đó Việc hiệu chỉnh này tùy thuộc vào từng trường hợp cụ thể dựa trên kinh nghiệm của người quản lý lưu lượng, vì kỳ nghỉ Tết có thể rơi vào cuối tháng 1 và đầu tháng 2, ảnh hưởng đến lưu lượng đi trong cả hai tháng Sau hiệu chỉnh, đồ thị chuỗi dữ liệu gốc của lưu lượng đi đến Thái Lan được thể hiện ở Hình 4.5.
Hỡnh 4.5: Chuoói soỏ lieọu ủi Thailand sau khi hieọu chổnh
4.3.3 Lựa chọn mô hình dự báo
Chuỗi số liệu lưu lượng đi các hướng mang tính thời gian, biến động theo từng tháng và thể hiện rõ xu hướng phát triển Mỗi chuỗi gồm 54 số liệu và cần dự báo cho 2 kỳ tiếp theo Do đây là bài toán dự báo ngắn hạn, mô hình ARIMA phù hợp để áp dụng cho các chuỗi thời gian này.
Tuy nhiên sản lượng điện thoại đi các nước còn phụ thuộc vào một số yếu tố bên ngoài như ảnh hưởng của sự phát triển kinh tế, đầu tư nước ngoài, chính sách giá điện thoại quốc tế, sự xuất hiện của các dịch vụ mới ảnh hưởng đến dịch vụ này,… Do đó kết quả dự báo từ mô hình trên có thể được điều chỉnh lại khi cần thiết cho các tháng bị ảnh hưởng bởi các yếu này Trong giới hạn của đề tài chưa xét đến các trường hợp này
4.3.4.1 Phân chuỗi dữ liệu ra hai phần trong mẫu và ngoài mẫu
Chuỗi số liệu gốc Yt của hướng lưu lượng đi Thailand (sau khi hiệu chỉnh) bao gồm 54 dữ liệu Để xây dựng mô hình dự báo, chuỗi này được chia thành 2 phần: dữ liệu trong mẫu (in sample) gồm 45 dữ liệu đầu tiên, chiếm 83.3% số lượng dữ liệu, và ngoài mẫu (out sample) bao gồm 09 dữ liệu cuối cùng Chuỗi số liệu trong mẫu được sử dụng để nhận dạng các mô hình ARIMA
4.3.4.2 Xét tính dừng của chuỗi dữ liệu gốc trong mẫu Đồ thị Yt cho thấy có khả năng chuỗi này không có tính dừng vì số liệu có xu hướng tăng trong 12 dữ liệu đầu tiên, sau đó có khuynh hướng giảm dần và đến dữ liệu 30 chuỗi bắt đầu có khuynh hướng tăng trở lại Để kiểm tra lại nhận định trên, tính dừng của chuỗi Y t có thể được xác định bằng cách phân tích sự biến đổi của hàm tự tương quan (SAC) của chuỗi
XÂY DỰNG MÔ HÌNH TÍNH TOÁN LƯU LƯỢNG - XÁC ĐỊNH SỐ KÊNH TỐI ƯU ĐI CÁC HƯỚNG
4.4.1 Các hướng trong nhóm định tuyến thay thế
Nhóm định tuyến thay thế được nghiên cứu xây dựng mô hình bao gồm hướng chọn cuối, được đánh số thứ tự là 0, và K hướng trực tiếp được đánh số thứ tự từ 1 đến K Lưu lượng đi các hướng này được giả định là các dòng Poisson
4.4.2 Tính mật độ lưu lượng yêu cầu trung bình ở giờ cao điểm của các hướng từ số phút thanh toán theo tháng
4.4.2.1 Xác định tỉ lệ chuyển đổi ngày / tháng (d)
Dựa vào bảng phân bố lưu lượng 7 ngày trong tuần, 5 ngày có phân bố lưu lượng cao nhất trong các tuần sẽ được chọn để tính toán lưu lượng trung bình cho ngày tượng trưng của tháng Ở đa số các hướng, các ngày này thường là các ngày làm việc của tuần (từ Thứ Hai đến Thứ Sáu) Tỉ lệ giữa lưu lượng ở ngày tượng trưng của một tháng và tổng lưu lượng của tháng đó được tính theo công thức: d i = 1 / (X i +Y i r i ) (4.18) Với:
• X i : là số ngày thuộc nhóm có lưu lượng cao trong tháng đang tính của hướng i Những ngày này được chọn để tính lưu lượng trung bình cho ngày tượng trưng của tháng
• Y i : là số ngày còn lại của tháng đang tính Đây là những ngày có lưu lượng thấp của hướng i, thường là những ngày nghỉ như ngày cuối tuần, ngày lễ hay ngày tết Trong đề tài những ngày nghỉ được xem xét giới hạn ở những ngày cuối tuần, chưa xét đến những ngày lễ tết Những ngày lễ tết thường khác nhau ở các hướng và còn phụ thuộc vào Âm lịch nên rất phức tạp khi tính toán
• r i : tỉ lệ giữa lưu lượng trung bình ở ngày có lưu lượng thấp và lưu lượng trung bình ở ngày có lưu lượng cao của hướng i Tỉ lệ r i được xác định theo công thức:
1 ( w iw iw iw w iw iw iw i da n b da n b r (4.19)
Với: w: có các giá trị từ 1 đến 7 (tương ứng với các ngày trong tuần từ
Chủ Nhật, đến Thứ Bảy); n iw : số ngày w trong tháng; da iw : phân bố lưu lượng của ngày w trong bảng phân bố lưu lượng 7- ngày trong tuần của hướng i; b iw : là biến giả, b iw = 1: khi ngày w thuộc nhóm có lưu lượng cao trong tuần, và ngược lại b iw = 0
4.4.2.2 Xác định mật độ lưu lượng yêu cầu trung bình ở giờ cao điểm
Mật độ lưu lượng yêu cầu trung bình ở giờ cao điểm (tính theo Erlang) của hướng i (i=0,K) được tính từ tổng số phút thanh toán theo tháng của hướng i theo công thức: i i i i i e h d
Với: A i : mật độ lưu lượng yêu cầu trung bình ở giờ cao điểm của ngày tượng trưng trong tháng cần tính của hướng i (tính theo Erlang);
M i : tổng số phút thanh toán theo tháng cần tính của hướng i được cung cấp từ mô hình dự báo lưu lượng; d i : tỉ lệ ngày / tháng của hướng i được tính trong phần 4.3.2.1 h i : tỉ lệ lưu lượng giờ cao điểm / ngày của hướng i Tỉ lệ này chính là phân bố lưu lượng ở giờ cao điểm trong bảng phân bố lưu lượng 24-giờ của hướng i e i : thừa số hiệu quả của hướng i Giá trị của e i được lấy bằng giá trị trung bình theo kết quả trong bảng 4.7
4.4.3 Mật độ lưu lượng yêu cầu ở 24 giờ của các hướng
Mật độ lưu lượng yêu cầu chi tiết ở 24 giờ của các hướng được tính từ mật độ lưu lượng yêu cầu trung bình ở giờ cao điểm và bảng phân bố lưu lượng theo công thức:
Với: A ih : mật độ lưu lượng yêu cầu ở giờ h của các hướng i;
A i : mật độ lưu lượng yêu cầu ở giờ cao điểm của các hướng i; da ih : phân bố lưu lượng ở giờ h trong bảng phân bố lưu lượng 24-giờ của hướng i; h i : phân bố lưu lượng ở giờ cao điểm của hướng i
4.4.4 Tính số kênh trung kế trong trường hợp không có định tuyến tràn
Trong trường hợp không có định tuyến tràn, dòng lưu lượng đến tất cả các hướng được xem là dòng Poisson do đó xác suất từ chối cuộc gọi, mật độ lưu lượng yêu cầu và số kênh cho các hướng liên hệ với nhau theo công thức Erlang B trong hệ thống từ chối Erlang Công thức Erlang B viết cho hướng i (i=0,K) viết dưới dạng đệ quy (để tính toán trên máy tính) như sau:
Với: A i : mật độ lưu lượng yêu cầu ở giờ cao điểm của hướng i; n i : số kênh của hướng i;
E ni (A i ), E ni-1 (A i ): xác suất từ chối cuộc gọi khi lưu lượng yêu cầu là
A i và số kênh trung kế tương ứng là n i và n i -1
Giá trị n i có thể được xác định từ các giá trị A i và E ni (A i ) đã biết, E ni (A i ) ≤ GoS
(GoS = 1%), bằng phương pháp lặp
4.4.5 Tính lưu lượng tràn cho một hướng khi biết số kênh trung kế
4.4.5.1 Trung bình và phương sai của lưu lượng tràn tính ở các giờ
Nếu hướng i (i=1,K ) đã được thiết lập n i kênh trung kế thì trung bình và phương sai của lưu lượng tràn được tính theo lưu lượng yêu cầu theo các công thức:
A E A m ih ih i ih ih ih ih ih n ih ih i
Với: m ih : trung bình lưu lượng tràn của hướng i ở giờ h; v ih : phương sai lưu lượng tràn của hướng i ở giờ h;
A ih : mật độ lưu lượng yêu cầu của hướng i ở giờ h Các dòng lưu lượng này được giả định là dòng Poisson; n i : số kênh trung kế của hướng i;
E ni (A ih ): xác suất từ chối cuộc gọi của hướng i khi số kênh là n i
4.4.5.2 Lưu lượng tràn trong ngày
Lưu lượng tràn mx i trong một ngày tượng trưng của hướng i được tính bằng tổng các giá trị trung bình của lưu lượng tràn trong 24 giờ theo công thức:
(4.25) Đối với ngày có lưu lượng thấp, lưu lượng tràn tổng cộng my i của hướng i được tính theo công thức:
Với: r i : tỉ lệ giữa lưu lượng trung bình ở ngày có lưu lượng thấp và lưu lượng trung bình ở ngày có lưu lượng cao của hướng i Giá trị của r i được xác định theo công thức 4.19
4.4.5.3 Tổng số phút tràn trong toàn tháng
Số phút tràn toàn bộ trong tháng của hướng i qua tổng đài chuyển tiếp được xác định theo công thức:
K i e my Y mx X p i = ( i i + i i ) 60 i ; = 1 , (4.27) Với: p i : số phút tràn trong tháng của hướng i;
X i : số ngày có lưu lượng cao trong tháng;
Y i : số ngày có lưu lượng thấp trong tháng; mx i + my i : tổng cộng các giá trị lưu lượng tràn trung bình theo giờ trong tháng;
(mx i + my i ).60: tổng cộng các giá trị lưu lượng tràn trung bình tính theo phút trong tháng; e i : thừa số hiệu quả của hướng i
4.4.6 Tính số kênh trung kế cho hướng mang lưu lượng tràn
4.4.6.1 Mô hình lưu lượng ngẫu nhiên tương đương ERT
Số kênh trung kế của hướng mang lưu lượng tràn được xác định từ số kênh của các hướng trực tiếp theo phương pháp tương đương Wilkinson: n 0 = Wilkinson(n 1 ,n 2 ,…,n K ) (4.28) Với: n 0 : số kênh ở nhóm mang lưu lượng tràn (n 0 =n T )
Wilkinson: là hàm tính số kênh của nhóm tràn ứng số kênh của các nhóm trực tiếp là n 1 ,n 2 ,…,n K
Mô hình lưu lượng tương đương (ERT) cho nhóm tràn được nghiên cứu trong đề tài được trình bày trên hình 4.9 n T
4.4.6.2 Trung bình và phương sai của dòng lưu lượng tổng cộng đến hướng tràn tính ở các giờ
Các dòng lưu lượng trực tiếp A i (i=0,K) đến mạng được giả định là dòng Poisson Dòng lưu lượng đến hướng tràn bao gồm dòng lưu lượng trực tiếp A 0 và K dòng tràn từ các hướng trực tiếp Trung bình và phương sai của các dòng tràn ở các giờ được tính theo công thức (4.23) và (4.24)
XÂY DỰNG MÔ HÌNH TÍNH TOÁN TRÊN MÁY TÍNH
Mô hình tính toán số kênh tối ưu đi các hướng được đề tài xây dựng trong phần mềm OND (Optimal Network Dimensioning) Các bước chính xây dựng phần mềm này được trình bày trong các phần dưới đây
4.5.1 Phân tích các dòng dữ liệu vào ra mô hình
Sơ đồ khối xuất nhập các dữ liệu của phần mềm OND cần xây dựng được trình bày trên hình 4.11
Lưu lượng tính theo phút đi các hướng và tháng cần tính
Các bảng lưu lượng 4-giờ,7-ngày và thừa số e của các hướng
Lưu lượng tính theo phút đi các hướng và tháng cần tính
Lưu lượng tính theo phút đi các hướng và tháng cần tính
Các hướng cần tính số kênh, các khoảng giới hạn cho số kênh
Các chi phí thuê kênh và chi phí quá giang lưu lượng tràn
Kết quả tính số kênh tối ưu đi các hướng và các chi phí
Quá trình xử lý tính toán trong phần mềm Chieàu lửu chuyeồn thoâng tin
Dữ liệu lưu trữ trên cơ sở dữ liệu
Hình 4.11: Sơ đồ khối xuất nhập dữ liệu của phần mềm OND
Các dữ liệu cần nhập vào cho phần mềm bao gồm hai loại:
Dữ liệu đầu vào từ cơ sở dữ liệu bao gồm thông tin phân bổ lưu lượng theo ngày, tuần, số nhân e, chi phí thuê kênh và lưu lượng tràn Các dữ liệu này được thiết lập ban đầu và lưu trữ để tránh nhập lại mỗi lần chạy phần mềm Tuy nhiên, dữ liệu có thể thay đổi theo thời gian nên phần mềm được thiết kế để người dùng có thể dễ dàng cập nhật.
- Các dữ liệu nhập vào phần mềm mỗi lần chạy bao gồm lưu lượng tính theo phút đi các hướng trong tháng cần tính, tháng thực hiện tính toán (để tính mật độ lưu lượng cho ngày tượng trưng của tháng), giá trị của GoS (mặc định là 0.01), các hướng cần tính toán số kênh và các giới hạn cho các số kênh đi mỗi hướng
Khi chạy, phần mềm sẽ thực hiện tính toán các số kênh tối ưu cho các hướng dựa trên các đặc tính lưu lượng và các chi phí được xây dựng và lưu trữ trong các cơ sở dữ liệu Kết quả sau khi chạy phần mềm là bảng báo cáo số kênh tối ưu cần thiết lập cho các hướng yêu cầu ở đầu vào và các chi phí có liên quan
4.5.2 Xây dựng giao diện người sử dụng
Giao diện phần mềm OND được thiết kế với nhiều cửa sổ khác nhau, giúp người dùng dễ dàng truy cập và áp dụng mô hình tính toán số kênh tối ưu vào các ứng dụng thực tế.
4.5.2.1 Cửa sổ giao diện chính của phần mềm OND
Hình 4.12: Cửa sổ giao diện chính của phần mềm OND
Cửa sổ giao diện chính của phần mềm OND như trên hình 4.12 Các nút lệnh chính trong cửa sổ này gồm có:
Lệnh "Routes" cho phép mở cửa sổ để quản lý danh sách các đường truyền, đặc điểm và chi phí truyền dữ liệu theo các hướng khác nhau Cửa sổ này cung cấp quyền truy cập vào các tùy chọn chi tiết để định cấu hình và tối ưu hóa việc định tuyến lưu lượng, đảm bảo hiệu suất và độ tin cậy tối ưu khi truyền dữ liệu.
• Input Monthly Traffics: nút lệnh này cho phép mở cửa sổ nhập lưu lượng tháng, tháng cần tính và chỉ số GoS Sau khi nhập xong các các dữ liệu, phần mềm tính toán lưu lượng ở giờ cao điểm cho các hướng và cho phép mở các cửa sổ tính toán chi phí mạng và tính số kênh tối ưu đi các hướng
• Erlang B Traffic Calculator: nút lệnh này cho phép mở cửa sổ để tính toán lưu lượng theo công thức Erlang B
• Network outlay: nút lệnh này cho phép người sử dụng ước tính chi phí truyền tải lưu lượng chi tiết cho toàn nhóm mạng ứng với các số kênh trung kế nhập và các lưu lượng tháng đã nhập
• Optimal Network Dimensioning: nút lệnh này cho phép mở module tính toán số kênh tối ưu đi các hướng và các chi phí truyền truyền tải chi tiết Đây là module chính trong phần mềm
4.5.2.2 Cửa sổ nhập các thông tin cơ sở cho lưu lượng đi các hướng
Hình 4.13: Cửa sổ nhập các thông tin cơ bản của lưu lượng đi các hướng
Cửa sổ này bao gồm bốn phần chính cho phép nhập và điều chỉnh danh sách các hướng lưu lượng, bảng phân bố lưu lượng 24-giờ, bảng phân bố lưu lượng 7-ngày và các chi phí truyền tải lưu lượng Các chi phí do người sử dụng nhập vào bao gồm chi phí tràn, và các chi phí thuê kênh theo các khoảng giới hạn khác nhau (Hình 4.13) (để phục vụ cho trường hợp chi phí thuê kênh qua vệ tinh và cáp biển khác nhau)
4.5.2.3 Cửa sổ nhập các lưu lượng tháng
Hình 4.14: Cửa sổ nhập lưu lượng tháng
Cửa sổ này được xây dựng để người sử dụng nhập vào các lưu lượng tháng, tháng đang cần hoạch định để chuyển đổi sang lưu lượng ở giờ cao điểm của ngày tượng trưng Ngoài ra phần mềm còn cho nhập vào giá trị GoS (mặc định là 0.01) để tính toán vì trong tương lai chỉ số này sẽ được điều chỉnh lại ở giá trị khác, thấp hơn
Sau khi hoàn tất quá trình này, phần mềm sẽ tự động tính lưu lượng yêu cầu ở ngày tượng trưng ở tháng đã nhập cho các hướng và cho phép người sử dụng có thể bắt đầu tính toán chi phí của mạng (Network Outlay) và chạy module phần mềm tính số kênh tối ưu cho các hướng (Optimal Network
4.5.2.4 Cửa sổ phục vụ tính toán lưu lượng theo công thức Erlang B
Hình 4.15: Cửa sổ tính toán lưu lượng theo công thức Erlang B
Cửa sổ này cho phép nhập vào hai trong ba yếu tố: mật độ lưu lượng yêu cầu, số kênh, xác suất nghẽn và tính toán yếu tố còn lại (hình 4.15) Module này được thiết kế nhằm hỗ trợ cho các chuyên viên trong công tác hoạch định vận hành mạng hiện tại, cũng như giúp cho việc nghiên cứu mối quan hệ giữa ba thừa số nêu trên
4.5.2.5 Cửa sổ giao diện phục vụ tính toán chi phí truyền tải lưu lượng
Hình 4.16: Cửa sổ tính toán chi phí mạng
Cửa sổ này được xây dựng như trên hình 4.16 để hỗ trợ tính toán các chi phí truyền tải lưu lượng qua mạng dựa trên các số liệu lưu lượng tháng đã nhập và số kênh đi các hướng do người sử dụng nhập vào
4.5.2.6 Cửa sổ giao diện cho mô hình tính toán số kênh tối ưu
Giao diện của mô-đun được thiết kế theo dạng Wizard của Windows Người dùng đầu tiên cần nhập các hướng điều chỉnh số kênh và giới hạn số kênh cho mỗi hướng.
Hình 4.17: Cửa sổ nhập các khoảng giới hạn số kênh cho mô hình tối ưu
PHÂN TÍCH KẾT QUẢ
CÁC KẾT QUẢ DỰ BÁO LƯU LƯỢNG ĐI CÁC HƯỚNG
Dựa vào các chuỗi số liệu lưu lượng đi 12 hướng và 12 mô hình dự báo ARIMA đã được xây dựng trong trong bảng 4.10 ở phần 4.3.8 của chương 4, các kết quả dự báo lưu lượng đi các hướng trong tháng 8 năm 2001 và các khoảng tin cậy 95% được trình bày trong bảng sau:
Bảng 5.1: Kết quả dự báo lưu lượng đi các hướng trong tháng 8
TT Tên nước đi đến Sản lượng đi dự báo cho tháng 8 (phút)
Để nâng cao độ chính xác của dự báo, cần nghiên cứu bổ sung tính mùa vụ trong chuỗi dữ liệu Hiện tại, các mô hình chưa loại bỏ hoàn toàn yếu tố mùa vụ, dẫn đến một số kết quả dự báo vẫn có biên độ sai số lớn Khi thu thập thêm dữ liệu, việc phân tích tính mùa vụ sẽ giúp mô hình phản ánh tốt hơn xu hướng thực tế của chuỗi số liệu, từ đó cải thiện độ tin cậy của dự báo.
Do tháng 8 năm 2001 không rơi vào thời điểm nghỉ tết của năm, không có các kế hoạch giảm cước hay đưa ra dịch vụ mới làm ảnh hưởng lớn đến sản lượng đi các hướng, nên các kết quả dự báo này không cần hiệu chỉnh lại và có thể đưa vào phần mềm OND để tính các số kênh tối ưu.
CÁC KẾT QUẢ CHẠY MÔ HÌNH TỐI ƯU
Sử dụng phần mềm OND để xác định số lượng kênh tối ưu cho từng hướng Quá trình tính toán bao gồm: nhập dữ liệu cơ sở, lưu lượng tháng dự báo theo phút, nhập các hướng cần tính và các giới hạn số lượng kênh Phần mềm sẽ trả về kết quả số lượng kênh tối ưu cho mỗi hướng.
5.2.1 Các dữ liệu cơ sở cho phần mềm
Các dữ liệu cơ sở cần thiết lập ban đầu cho phần mềm bao gồm:
• Danh sách các hướng lưu lượng:
- Số thứ tự của các hướng Theo qui ước của phần mềm, hướng mang lưu lượng tràn (Australia) có số thứ tự là 0 Các hướng còn lại có thứ tự 1 đến 11 (K = 11);
- Tên của các hướng ứng với các số thứ tự trên
• Đặc tính lưu lượng đi các hướng:
- Thừa số hiệu quả của các hướng;
- Bảng phân bố lưu lượng 24-giờ của các hướng;
- Bảng phân bố lưu lượng 7-ngày của các hướng
• Các chi phí thuê kênh đến các hướng theo bảng 3.3 trong phần 3.4.3.1 và và chi phí theo phút lưu lượng tràn theo phần 3.4.3.2
Các dữ liệu trên được nhập vào phần mềm qua cửa sổ Routes Information Các số liệu này được phần mềm lưu vào trong cơ sở dữ liệu vì vậy không cần nhập lại trong các lần chạy sau Cửa sổ Routes Information có hỗ trợ điều chỉnh lại các dữ liệu trên khi cần
5.2.2 Các dữ liệu lưu lượng tháng
Nhập các số liệu lưu lượng tháng (theo kết quả dự báo trong bảng 5.1) và tháng cần tính vào phần mềm OND qua cửa sổ giao diện Input Monthly
Traffics Sau khi đóng cửa sổ này, dựa vào các đặc tính của các hướng lưu lượng đã nhập ở trên, phần mềm sẽ tính lưu lượng yêu cầu (theo Erlang) trong giờ cao điểm (BHT) ở ngày tượng trưng trong tháng cần tính của các hướng Các kết quả tính này được trình bày trên hình 5.1
Hình 5.1: Kết quả tính BHT của các hướng
5.2.3 Các giới hạn số kênh nhập vào cho phần mềm
Sau khi nhập xong lưu lượng tháng đi các hướng, phần mềm OND cho phép chạy module tính số kênh tối ưu đi các hướng qua nút lệnh Optimal Network
Các kết quả tính toán BHT của các hướng vừa tính được phần mềm đưa vào cửa sổ đầu tiên của Wizard nhập thông tin để chạy tối ưu Trong cửa sổ này phần mềm yêu yêu cầu chọn hướng nào cần giữ lại số kênh như tháng trước và yêu cầu nhập vào số kênh tối đa và tối thiểu cho các các hướng cần tính
Trong tháng 8 năm 2001, một số hướng có lưu lượng lớn và xu hướng đang tăng, Trung Tâm cần xem xét điều chỉnh lại bao gồm: Australia, China, Hongkong, Singapore, Taiwan và Thailand Các hướng còn lại có lưu lượng nhỏ và thay đổi không đáng kể nên được giữ cố định như tháng trước
Dựa trên mô hình đã đề xuất, số lượng kênh tối ưu cần phân bổ theo từng hướng sẽ nằm trong khoảng từ n' (số kênh tối thiểu) đến nGoS (số kênh tối đa) Các mạch truyền dẫn hiện có từ tổng đài Gateway HCM đi các nước đảm bảo khả năng cung cấp số kênh trung kế nằm trong phạm vi này.
Các khoảng giới hạn cho số kênh đi các hướng được nhập vào cho phần mềm là từ n po đến n GoS của các hướng (các số liệu này cũng được tính từ phần meàm)
Tuy nhiên, để phần mềm chạy nhanh hơn, người sử dụng có thể nhập lại các giới hạn nhỏ hơn theo kinh nghiệm của các lần chạy trước vào cửa sổ thứ 2 của Wizard nhập dữ liệu (xem giao diện trong phần phụ lục F) Sau đó ấn nút Optimize trong cửa sổ này để chạy mô hình tính toán số kênh tối ưu cho các hướng đã nhập
Các giới hạn số kênh nhập để chạy phần mềm được trình này trên bảng sau:
Bảng 5.2: Các giới hạn số kênh nhập vào cho phần mềm
TT hướng Tên hướng Số kênh tháng 7 Số kênh toỏi thieồu Soỏ keõnh tối đa Số kênh giữ coỏ ủũnh
Các giới hạn tối thiểu và tối đa trên bảng 5.2 là n po đến n GoS củacác hướng Đối với các hướng không thay đổi số kênh, phần mềm sẽ tự động gán các số kênh tối đa và tối thiểu bằng với số kênh tháng trước
5.2.4 Kết quả tính số kênh tối ưu của phần mềm
Hình 5.2: Kết quả tính số kênh tối ưu
Kết quả tính toán số kênh tối ưu đi các hướng được phần mềm hiển trình bày trong cửa sổ kết quả như trên hình 5.2 cùng với các chi phí thuê kênh, chi phí quá giang lưu lượng tràn và tổng chi phí truyền tải lưu lượng của mạng ứng với trường hợp tối ưu Kết quả tính số kênh tối ưu đi các hướng đã chọn được tóm tắt lại trên bảng 5.3
Bảng 5.3: Kết quả tính số kênh cho một số hướng trong tháng 8
Hướng Tên hướng Số kênh tháng 7 Số kênh n po
Qua kết quả trên cho thấy, số kênh tối ưu ở mỗi hướng được tính có giá trị nhỏ hơn n GoS do đó chi phí thuê kênh giảm, nhưng số phút tràn qua hướng Australia của các hướng này tăng lên nên phải chịu chi phí đánh đổi cho các dòng lưu lượng tràn này và ngoài ra còn phải chịu thêm chi phí thê kênh đến nhóm tràn do số kênh của nhóm này tăng thêm
5.2.5 Thời gian chạy phần mềm để tính số kênh tối ưu
Theo thông tin từ chương 4, thời gian chạy phần mềm để xác định số kênh tối ưu phụ thuộc vào số lần lặp Trong ví dụ đang xét, thông số này và thời gian ước tính để hoàn thành tối ưu mô hình được hệ thống phần mềm thông báo như hình 5.3.
Thời gian được phần mềm ước tính dựa trên các kết quả của các lần chạy trước đó Trên hình 5.3 là thời gian chạy dự tính cho trên máy tính có CPU Celeron 400, 128KB RAM để chạy ra kết quả nêu trên
Hình 5.3: Thông báo thời gian chạy phần mềm