Xây dựng mô hình truyền tải tối ưu lưu lượng qua mạng điện thoại quốc tế

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -BÙI VĂN TÀI XÂY DỰNG MÔ HÌNH TRUYỀN TẢI TỐI ƯU LƯU LƯNG QUA MẠNG ĐIỆN THOẠI QUỐC TẾ CHUYÊN NGÀNH: QUẢN TRỊ DOANH NGHIỆP MÃ SỐ NGÀNH: 12.00.00 LUẬN ÁN CAO HỌC TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 09 NĂM 2001 - ii - CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học : THẠC SĨ CAO HÀO THI Cán chấm nhận xét : Cán chấm nhận xét : Luận án cao học bảo vệ HỘI ĐỒNG BẢO VỆ LUẬN ÁN CAO HỌC Trường Đại Học Bách Khoa ngày tháng năm 2001 Có thể tìm hiểu luận án Thư Viện Cao Học Trường Đại Học Bách Khoa, Đại Học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh - iii BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO NAM ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT Độc lập – Tự – Hạnh phúc o0o TRƯỜNG ĐẠI HỌC BAÙCH KHOA NHIỆM VỤ LUẬN ÁN CAO HỌC Họ tên học viên: Ngày tháng năm sinh: Chuyên ngành: Khoá: Bùi Văn Tài 12/11/1972 Quản trị Doanh nghiệp 1997 Giới tính: Nam Nơi sinh: Tây Ninh I TÊN ĐỀ TÀI: XÂY DỰNG MÔ HÌNH TRUYỀN TẢI TỐI ƯU LƯU LƯNG QUA MẠNG ĐIỆN THOẠI QUỐC TẾ II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: • • • • • • Nghiên cứu sở lý thuyết phân tích công tác hoạch định vận hành mạng điện thoại quốc tế Trung tâm Viễn thông Quốc tế Khu vực Thu thập phân tích số liệu sản lượng điện thoại theo tháng mật độ lưu lượng chi tiết theo nước có lưu lượng tràn qua Úc Xác định đặc tính lưu lượng nước Xây dựng mô hình dự báo sản lượng điện thoại nước theo tháng Xây dựng mô hình tính toán số kênh tối ưu nước Xây dựng phần mềm tính toán số kênh tối ưu nước III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: THẠC SĨ CAO HÀO THI VI HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ NHẬN XÉT 1: VII.HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ NHẬN XÉT 2: CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CÁN BỘ PHẢN BIỆN CÁN BỘ PHẢN BIỆN Nội dung đề cương Luận án Cao học thông qua Hội Đồng Chuyên Ngành PHÒNG QUẢN LÝ KHOA HỌCSAU ĐẠI HỌC Ngày… tháng… năm 2001 CHỦ NHIỆM NGÀNH - iv - LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận án tốt nghiệp, trước hết xin chân thành cảm ơn Thầy Cô Khoa Quản Lý Công Nghiệp, Trường Đại Học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh trang bị cho nhiều kiến thức quý báu lónh vực Quản trị Kinh doanh Đặc biệt cho bày tỏ lòng biết ơn đến Thầy Cao Hào Thi tận tình hướng dẫn giúp đỡ suốt thời gian học tập, nghiên cứu thực luận án tốt nghiệp Tôi kính gửi lời cảm ơn đến anh Tăng Ngọc Trường An, Phó Giám Đốc Trung tâm Viễn thông Quốc tế Khu vực 2, Trần Văn Ninh, chị Lê Thị Thảo, đồng nghiệp giúp đỡ, tạo nhiều điều kiện thuận lợi, cung cấp tài liệu số liệu để nghiên cứu hoàn thành luận án Cuối cùng, xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Ba, Mẹ người thân thiết động viên, ủng hộ ý chí tinh thần suốt thời gian học tập nghiên cứu Tác giả luận án -v- TÓM TẮT Hoạch định vận hành tối ưu lưu lượng qua mạng điện thoại quốc tế công tác quan trọng để khai thác mạng lưới có hiệu đáp ứng kịp thời cho thay đổi lưu lượng qua mạng theo thời gian Để hỗ trợ cho công tác trên, đề tài tập trung nghiên cứu xác định đặc tính lưu lượng nước, xây dựng mô hình dự báo, mô hình tính số kênh tối ưu phần mềm hỗ trợ tính toán số kênh tối ưu cho mạng Trong đề tài, mô hình tối ưu nghiên cứu theo dạng toán xếp hàng Sự đánh đổi chi phí thuê kênh chi phí lưu lượng tràn xem xét để tìm cấu trúc tối ưu cho mạng Mô hình toán học cho vấn đề toán quy hoạch phi tuyến với hàm mục tiêu chi phí truyền tải lưu lượng biến định số kênh Phần mềm OND xây dựng đề tài để giải toán quy hoạch hỗ trợ cho công tác hoạch định vận hành mạng Hàng tháng, với chuỗi số liệu lưu lượng tháng thu thập được, chuyên viên điều hành mạng sử dụng mô hình dự báo ARIMA xây dựng đề tài để dự báo lưu lượng tháng sau đưa kết dự báo vào phần mềm OND để xác định số kênh tối ưu hướng Kết nghiên cứu ứng dụng mô hình tối ưu cho nhóm hướng có định tuyến tràn qua Australia tháng năm 2001 cho thấy số kênh hướng nhóm tính toán tối ưu tổng chi phí truyền tải lưu lượng ước tính giảm 10335USD đồng thời đảm bảo phục vụ tốt cho yêu cầu với xác suất từ chối gọi giữ thấp mức quy định ITU-T đề GoS = 1% - vi - MỤC LỤC CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 CƠ SỞ HÌNH THÀNH ĐỀ TÀI 1.2 MUÏC TIÊU NGHIÊN CỨU 1.3 PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1.5 NỘI DUNG CỦA LUẬN VĂN CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .4 2.1 GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT VỀ MẠNG VIỄN THÔNG 2.1.1 Các phận cấu thành hệ thống viễn thông 2.1.1.1 Thiết bị đầu cuối 2.1.1.2 Thieát bị chuyển mạch 2.1.1.3 Thiết bị truyền daãn 2.1.2 Kỹ thuật cấu hình mạng điện thoại 2.1.2.1 Tổ chức mạng lưới 2.1.2.2 Định tuyến 2.2 HOẠCH ĐỊNH VÀ VẬN HÀNH MẠNG VIỄN THÔNG 2.2.1 Giới thiệu 2.2.2 Lập kế hoạch mạng lưới tối ưu mặt lưu lượng 2.2.2.1 2.2.2.2 2.2.2.3 2.2.2.4 2.2.2.5 2.2.2.6 Đo lưu lượng Xử lý số liệu Dự báo lưu lượng Tính toán kích thước cho nhóm kênh trung kế Lập chương trình làm việc Định lại kích thước cho nhóm kênh 2.3 CÁC KHÁI NIỆM VỀ LƯU LƯNG TRONG VIỄN THÔNG 2.3.1 Các khái niệm 2.3.1.1 Lưu lượng viễn thoâng 2.3.1.2 Tài nguyên 2.3.1.3 Mức độ phục vụ 2.3.2 2.3.3 2.3.4 2.3.5 2.3.6 Giới thiệu lý thuyết lưu lượng 10 Mật độ lưu lượng đơn vị đo lưu lượng Erlang 10 Lưu lượng truyền tải, lưu lượng yêu cầu lưu lượng tổn thất 11 Sự biến đổi lưu lượng theo thời gian khái niệm cao điểm 11 Sự nghẽn mạch 13 2.4 QUÁ TRÌNH POISSON TRONG MẠNG ĐIỆN THOẠI 13 2.4.1 Các đặc tính trình Poisson 13 2.4.2 Các phân bố trình Poisson 14 - vii 2.4.2.1 Phân phối hàm số mũ 14 2.4.2.2 Phân phối Poisson 14 2.4.3 Các tính chất trình Poisson 14 2.4.4 Quá trình Poisson phụ thuộc thời gian 14 2.5 BÀI TOÁN XẾP HÀNG - HỆ THỐNG TỪ CHỐI ERLANG 15 2.5.1 Các yếu tố toán xếp hàng mạng điện thoại 15 2.5.2 Mô hình toán 16 2.5.3 Xaùc suất trạng thái 16 2.5.4 Các đặc tính lưu lượng công thức Erlang B 17 2.6 LÝ THUYẾT VỀ LƯU LƯNG TRÀN TRONG MẠNG ĐIỆN THOẠI 18 2.6.1 Khái niệm lưu lượng tràn 18 2.6.2 Giá trị trung bình phương sai dòng lưu lượng tràn 18 2.6.3 Phương pháp Wilkinson 19 2.7 DỰ BÁO LƯU LƯNG QUỐC TẾ 21 2.7.1 Giới thiệu 21 2.7.2 Hai phương pháp dự báo lưu lượng quốc tế 21 2.7.3 Dữ liệu cho dự báo lưu lượng quốc tế 22 2.7.4 Các bảng phân bố lưu lượng thừa số hiệu 22 2.7.4.1 Bảng phân bố lưu lượng 24-giờ 7-ngày 22 2.7.4.2 Thừa số hiệu 23 2.7.5 Chuyển đổi số phút toán sang lưu lượng yêu cầu cao điểm 23 2.8 DỰ BÁO VỚI MÔ HÌNH CHUỖI THỜI GIAN ARIMA 25 2.8.1.1 2.8.1.2 2.8.1.3 2.8.1.4 Nhận dạng 25 Ước lượng tham số mô hình 25 Kiểm tra chẩn đoán 25 Dự báo 25 2.9 BÀI TOÁN MIN CHI PHÍ TRONG MẠNG ĐỊNH TUYẾN THAY THẾ 26 2.9.1 Các chi phí mạng điện thoại quốc tế có định tuyến thay 26 2.9.2 Tối thiểu chi phí mạng có định tuyến thay 27 CHƯƠNG 3: MÔ TẢ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU 28 3.1 GIỚI THIỆU VỀ TRUNG TÂM VIỄN THÔNG QUỐC TẾ KHU VỰC 28 3.1.1 Sơ lược trình hình thành Công ty Viễn thông Quốc tế Trung Tâm Viễn thông Quốc tế Khu vực 28 3.1.2 Chức nhiệm vụ 29 3.1.3 Cơ cấu tổ chức 29 3.2 MẠNG LƯỚI ĐIỆN THOẠI QUỐC TẾ 30 3.2.1 Mạng truyền dẫn 30 3.2.2 Mạng điện thoại quốc tế cho tỉnh phía Nam 31 3.3 QUÁ TRÌNH THIẾT LẬP CUỘC GỌI ĐIỆN THOẠI QUỐC TẾ 32 3.3.1 Cách thiết lập gọi điện thoại quốc tế từ phía người sử dụng 32 3.3.2 Quá trình thiết lập gọi quốc tế mạng điện thoại 32 - viii - 3.4 PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH TUYẾN Ở TỔNG ĐÀI GATEWAY HCM 3.4.1 Phương pháp định tuyến 33 3.4.2 Bảng định tuyến 33 3.4.2.1 Giới thiệu 33 3.4.2.2 Nhóm có định tuyến lưu lượng tràn qua Australia 34 3.4.2.3 Nhóm có định tuyến lưu lượng tràn qua Hoa Kyø 34 3.4.3 Chi phí truyền tải lưu lượng hướng 36 3.4.3.1 Chi phí thuê kênh 36 3.4.3.2 Chi phí giang lưu lượng tràn 37 3.5 QUẢN LÝ LƯU LƯNG QUA MẠNG ĐIỆN THOẠI QUỐC TẾ 37 3.5.1 Dữ liệu lưu lượng 37 3.5.1.1 Soá phút toán hướng 37 3.5.1.2 Các thông số đo lưu lượng 39 3.5.2 Công tác hoạch định vận hành mạng 41 3.5.2.1 Giới thiệu 41 3.5.2.2 Quá trình hoạch định vận hành mạng 42 3.5.2.3 Nhu cầu xây dựng mô hình hoạch định vận hành tối ưu mạng 43 CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG MÔ HÌNH TRUYỀN TẢI TỐI ƯU LƯU LƯNG QUA MẠNG ĐIỆN THOẠI QUỐC TẾ 45 4.1 GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT VỀ MÔ HÌNH 45 4.2 XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TÍNH LƯU LƯNG ĐI CÁC HƯỚNG 47 4.2.1 Bảng phân bố lưu lượng 24-giờ 47 4.2.1.1 4.2.1.2 4.2.1.3 4.2.1.4 Dữ lieäu 47 Xây dựng bảng phân bố lưu lượng 24-giờ 47 Giờ cao điểm hướng 49 Kết xây dựng bảng lưu lượng 24-giờ cao điểm 49 4.2.2 Bảng phân bố lưu lượng 7-ngày 51 4.2.2.1 Dữ liệu 51 4.2.2.2 Xây dựng bảng phân bố lưu lượng 7-ngày 52 4.2.2.3 Kết xây dựng bảng lưu lượng 7-ngày 53 4.2.3 Thừa số hiệu e hướng 55 4.2.3.1 Dữ liệu 55 4.2.3.2 Xây dựng thừa số hiệu e 55 4.2.3.3 Kết xác định thừa số hiệu lưu lượng hướng 56 4.3 DỰ BÁO LƯU LƯNG THÁNG 57 4.3.1 Thu thập liệu theo thời gian nhận xét chung chuỗi 57 4.3.2 Xử lý sơ số liệu 58 4.3.3 Lựa chọn mô hình dự báo 59 4.3.4 Nhận dạng mô hình 60 4.3.4.1 4.3.4.2 4.3.4.3 4.3.4.4 Phân chuỗi liệu hai phần mẫu mẫu 60 Xét tính dừng chuỗi liệu gốc mẫu 60 Biến đổi chuỗi liệu gốc thành chuỗi dừng 61 Lập mô hình dự báo 61 4.3.5 Ước lượng tham số mô hình 62 - ix 4.3.6 Kiểm tra độ xác 62 4.3.7 Dự báo lưu lượng tháng khoảng tin cậy 63 4.3.8 Các mô hình dự báo xây dựng cho 12 hướng 63 4.4 XÂY DỰNG MÔ HÌNH TÍNH TOÁN LƯU LƯNG - XÁC ĐỊNH SỐ KÊNH TỐI ƯU ĐI CÁC HƯỚNG 64 4.4.1 Các hướng nhóm định tuyến thay theá 64 4.4.2 Tính mật độ lưu lượng yêu cầu trung bình cao điểm hướng từ số phút toaùn theo thaùng 64 4.4.2.1 Xác định tỉ lệ chuyển đổi ngày / tháng (d) 64 4.4.2.2 Xác định mật độ lưu lượng yêu cầu trung bình cao điểm 65 4.4.3 Mật độ lưu lượng yêu cầu 24 hướng 66 4.4.4 Tính số kênh trung kế trường hợp định tuyến tràn 66 4.4.5 Tính lưu lượng tràn cho hướng biết số kênh trung kế 66 4.4.5.1 Trung bình phương sai lưu lượng tràn tính 66 4.4.5.2 Lưu lượng tràn ngày 67 4.4.5.3 Tổng số phút tràn toàn tháng 67 4.4.6 Tính số kênh trung kế cho hướng mang lưu lượng tràn 68 4.4.6.1 4.4.6.2 4.4.6.3 4.4.6.4 4.4.6.5 Mô hình lưu lượng ngẫu nhiên tương đương ERT 68 Trung bình phương sai dòng lưu lượng tổng cộng đến hướng tràn tính ôû 68 Giờ cao điểm hướng tràn 69 Tính mật độ lưu lượng số kênh nhóm tương đương 69 Xác định số kênh nhóm tràn 70 4.4.7 Xây dựng mô hình toán 70 4.4.7.1 Các biến định 71 4.4.7.2 Hàm mục tiêu 71 4.4.7.3 Các ràng buộc 71 4.4.8 Giải toán quy hoạch 72 4.4.8.1 Phương pháp lặp 72 4.4.8.2 Giới hạn số lần lặp 72 4.4.8.3 Nhu cầu xây dựng mô hình máy tính để giải toán 73 4.5 XÂY DỰNG MÔ HÌNH TÍNH TOÁN TRÊN MÁY TÍNH 74 4.5.1 Phân tích dòng liệu vào mô hình 74 4.5.2 Xây dựng giao diện người sử dụng 75 4.5.2.1 4.5.2.2 4.5.2.3 4.5.2.4 4.5.2.5 4.5.2.6 Cửa sổ giao diện phần mềm OND 75 Cửa sổ nhập thông tin sở cho lưu lượng hướng 76 Cửa sổ nhập lưu lượng tháng 76 Cửa sổ phục vụ tính toán lưu lượng theo công thức Erlang B 77 Cửa sổ giao diện phục vụ tính toán chi phí truyền tải lưu lượng 77 Cửa sổ giao diện cho mô hình tính toán số kênh tối öu 78 4.5.4.1 4.5.4.2 4.5.4.3 4.5.4.4 Tính toán số kênh nhóm tràn 79 Tính toán lưu lượng tràn cho hướng 80 Xây dựng bảng lưu lượng tràn cho hướng 81 Tính tổng cộng chi phí toàn nhóm 82 4.5.3 Thiết kế sở liệu 79 4.5.4 Xaây dựng giải thuật 79 -x4.5.4.5 Xây dựng hàm MinCost 83 4.5.5 Lập trình 84 4.6 ỨNG DỤNG MÔ HÌNH VÀO THỰC TẾ 86 CHƯƠNG 5: PHÂN TÍCH KẾT QUẢ .88 5.1 CÁC KẾT QUẢ DỰ BÁO LƯU LƯNG ĐI CÁC HƯỚNG 88 5.2 CÁC KẾT QUẢ CHẠY MÔ HÌNH TỐI ƯU 88 5.2.1 Các liệu sở cho phần mềm 88 5.2.2 Các liệu lưu lượng thaùng 89 5.2.3 Các giới hạn số kênh nhập vào cho phần mềm 90 5.2.4 Kết tính số kênh tối ưu phần meàm 91 5.2.5 Thời gian chạy phần mềm để tính số kênh tối öu 92 5.3 SO SAÙNH CÁC KẾT QUẢ CHẠY MÔ HÌNH SO VỚI THỰC TẾ 93 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .95 6.1 KẾT LUAÄN 95 6.2 KIẾN NGHỊ 96 TÀI LIỆU THAM KHẢO 97 PHUÏ LUÏC 99 PHỤ LỤC A: SẢN LƯNG ĐIỆN THOẠI ĐI CÁC NƯỚC 100 PHỤ LỤC B: MÔ HÌNH DỰ BÁO LƯU LƯNG ĐI THAILAND 103 PHỤ LỤC C: DỮ LIỆU MẬT ĐỘ LƯU LƯNG ĐI THAILAND 120 PHỤ LỤC D: ĐẶC TÍNH LƯU LƯNG ĐI CÁC NƯỚC 125 PHỤ LỤC E: PHẦN MỀM THU THẬP MẬT ĐỘ LƯU LƯNG 129 PHỤ LỤC F: PHẦN MỀM TÍNH SỐ KÊNH TỐI ƯU 130 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG 135 ... hành mạng để xác định yêu cầu cần xây dựng mô hình Chương 4: Xây dựng mô hình truyền tải tối ưu lưu lượng qua mạng điện thoại quốc tế Chương thực xây dựng đặc tính lưu lượng nước; xây dựng mô hình. .. tả ba loại lưu lượng: lưu lượng yêu cầu A, lưu lượng truyền tải Ac lưu lượng tổn thất Al - Lưu lượng truyền tải (carried traffic) Ac: lưu lượng trung bình kênh phục vụ truyền tải qua mạng suốt... thoại quốc tế nhằm tối thiểu tổng chi phí hệ thống truyền tải lưu lượng qua mạng 1.3 PHẠM VI NGHIÊN CỨU Đề tài tập trung nghiên cứu xây dựng mô hình truyền tải tối ưu lưu lượng qua mạng điện thoại