Модели и алгоритмы расчета характеристик IP-сети
Проектирование IP-сети подразумевает расчет основных характеристик элементов сети. К этим характеристикам относятся:
1. Загрузка i-го канала характеризует степень загруженности канала связи и равна:
, (1)
где ρi – загрузка i-го канала; li – интенсивность входящего потока в i-й канал, пакет/с; μi – интенсивность обслуживания i-м каналом, пакет/с.
Интенсивность входящего потока в i-й канал находится из матрицы информационного тяготения [g jk ] и равна:
(2)
где g jk – интенсивность потока, подлежащего передаче между j-м и k-м коммутаторами (элемент матрицы информационного тяготения). Относится к исходным данным. При расчете канального трафика li суммируются только те потоки g jk , которые проходят по i-му каналу (пакет/с). Маршруты между всеми парами j-k определяются с помощью алгоритмов поиска кратчайших путей, например, с помощью алгоритма Флойда.
Интенсивность обслуживания i-м каналом находится по формуле:
(3)
где Сi – пропускная способность канала, бит/с; V – размер пакета, бит.
Одной из важнейших характеристик, относящихся к показателям качества обслуживания, является задержка пакета, которая вычисляется для отдельных каналов, маршрутов и по сети в целом.
2. Задержка пакета в канале связи (канальная задержка):
(4)
где Ti – задержка в i-м канале связи, c.
3. Среднесетевая задержка пакета:
(5)
,
где L – суммарный внешний трафик (или сумма всех элементов матрицы тяготения), пакет/с; αi – вспомогательный весовой коэффициент для i-го канала, показывающий «вклад» i-го канала в среднесетевую задержку.
Среднесетевая задержка полезна при сравнении различных проектов.
4. Сквозная задержка (задержка «из конца в конец» или end-to-end). Сквозная задержка Тend-to-end на отдельном маршруте представляет собой сумму канальных задержек Ti всех каналов, входящих в рассматриваемый маршрут, а также среднего времени обработки пакета в оконечных TSP и транзитных T STP коммутаторах:
(6)
при этом параметр «пи» соответствует числу транзитных коммутаторов, входящих в рассматриваемое соединение. Для обеспечения заданного качества обслуживания сквозная задержка речевого пакета для любого маршрута не должна превышать 0,15 сек.
5. Для выполнения заданного ограничения Тend-to-end <= 0,15с необходимо решить следующую минимаксную задачу:
, (7)
т.е. нужно минимизировать задержку на самом плохом маршруте.
Ввиду сложности вычисления критерия (7) для минимизации сквозных задержек принято использовать более простую логарифмическую форму:
(8)
где l i – канальный трафик; Т i – канальная задержка; L – суммарный внешний трафик; m – количество каналов.
Эта формула справедлива для m-канальной сети с фиксированной топологией и заданными пропускными способностями каналов. Для расчета Ti используется формула (4).
6. Вероятность своевременной доставки пакета. Это вероятность того, что речевой пакет будет доставлен до получателя за время, не превышающее заданное (допустимое) время, для данного типа трафика:
(9)
где tз – заданное время доставки пакета через всю сеть, например, 150 мс.
Полагается, что величина, дополняющая Р{.} до 1, – это потери, которые для пакетизированной передачи речи не должны превышать 3 %. Под 
понимается либо канальная задержка, либо задержка на маршруте, либо среднесетевая задержка.
Расчеты сетевых параметров производятся с помощью программного обеспечения:
ü программы расчета матрицы информационного тяготения, результатом работы которой является отображение исходных и промежуточных данных, суммарный внешний трафик, МИТ;
ü программы расчета сетевых параметров, результатом работы которой является отображение интенсивности нагрузки, задержки, вероятности своевременной доставки, вероятности потерь, пропускной способности, а также отображение графика зависимости вероятности потерь от пропускной способности.
Программа расчета матрицы информационного тяготения – программный продукт С++, позволяющий по количественному составу существующей сети и прогнозу на число коммутаторов, числа абонентов и их удельную исходящую нагрузку вычислить элементы матрицы информационного тяготения (см. «матрица информационного тяготения»). Полученная матрица (матрицы) информационного тяготения включается в состав исходных данных программы расчета и анализа сетевых характеристик.