4 VoIP网络容量规划方法
Erlang B或Engset公式的使用需要事先知道网络的流量矩阵,即各条链路的资源需求。然而,在有些情况下,比如新建的网络,流量矩阵通常难以准确得到,因而也无法根据相关模型进行资源规划。为了保证通信的质量,一种可行的方法是按照最坏的情况规划和部署网络资源。显然,采用这种方法,大多数情况下会有一定的资源处于闲置状态。
假定VoIP流量与其它应用流量隔离(VoIP专网或采用区分服务机制实现流量隔离),VoIP会话具有恒定比特率的特性(不考虑静音压缩),我们可以将电路网络中的网络规划方法引入到VoIP网络中。考虑分组网络的无连接特性,资源配置还与流量的路径选择有关,我们假定VoIP网络采用最短路径路由算法,没有引入流量工程机制。
4.1 允许呼叫阻塞的网络资源规划方法
在Erlang B和Engset模型中,都包括了呼叫阻塞率参数,即链路容量规划对应于一定的呼叫阻塞。
根据VoIP呼叫到达时间间隔的指数分布特征,我们用Erlang公式描述网络资源的需求。参考传统电话网,假定在核心网络中每对边缘路由器之间建立流量中继管道用于传送来自相应电话网关的呼叫,用话务量α表示每对网关之间的电话负荷的大小。α可通过忙时业务量(BHT,Busy Hour Traffic)和平均呼叫保持时间(MCD,Mean Call Duration,单位秒)来计算:
,其单位为Erlang(Erl)。1Erlang表示1个小时的呼叫持续时间。
用
和
分别表示流量管道容量和每个呼叫所需带宽,则流量管道可同时传送的呼叫数目可表示为
。记
为呼叫阻塞的概率,则Erlang B公式可以表示为[6]:
上式中GoS(Grade of Service)表示服务等级,即最大可容忍的阻塞概率。公式(1)表示当链路话务量为α,流量管道已经承载了
个呼叫时,两个网关之间的接纳控制机制拒绝呼叫请求的概率。公式(1)也表示出网络容量和服务等级之间存在的折衷关系。给定网关间的流量矩阵,VoIP服务提供商或网络运营商可通过扩大为VoIP业务配置的网络容量以获得更好的服务等级。
当呼叫源的数量(用户)与线路数的比值大于10时,采用Erlang B模型会过高地估计所需线路数量,此时用Engset模型可以更加准确地对所需容量进行规划。与Erlang B模型不同的是,Engset模型不仅需要考虑忙时业务量和阻塞概率,还需要参考呼叫源的数量。有了这三个参数后,同样可以通过查找相应的表格获得所需的线路数量。
4.2无阻塞资源规划方法
当网络的流量矩阵未知时,为保证良好的通信质量,容量配置必须考虑最坏情况下的资源需求,即每个网关支持最多呼叫的流量
,且可能任意分布到其他网关。按照这种情况对每条链路进行容量配置则不会发生呼叫阻塞的情形,电话网关也无需进行接纳控制。下面通过一个简单的示例来说明这种方法[7]。
网络拓扑如图3(a)所示,以链路A-C为例,将通过链路A-C的端到端的呼叫分别表示为a, b, c, d,如图3(b)所示,
(i = 1, 2, …, 6) 表示第i个网关可以支持的最大呼叫数量,记通过链路A-C的最大呼叫数量为m, 则a, b, c, d和m满足以下关系:
Maximize: m = a + b + c + d;
Subject to
(2)
公式(2)是一个线性规划问题,m的值可以通过线性规划工具,如CPLEX [8]计算得到。
4.3接纳控制机制的资源收益分析
下面我们将以相同的网络拓扑结构分别计算两种资源配置方法所需的资源,从而可以得出采用接纳控制可以获得的资源收益。网络拓扑仍如图3所示。
当流量矩阵已知时,我们可以在任意网关(边缘路由器)之间建立逻辑连接,在最短路径上建立流量管道传送电话业务。根据公式(1)配置的流量管道容量,必须能够支持流量矩阵中所说明的话务量。每条链路为VoIP业务配置的容量等于所有经由此链路的管道带宽 的总和。以链路A-C为例,共有4条流量管道通过,分别为N1
N4,N1
N5,N6
N4以及N2
N5。假设其管道带宽分别用
,
,
和
表示。则链路A-C需要配置的容量为:
=
+
+
+
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