RO111886B1

RO111886B1 - Metoda si sistem pentru dimensionarea sistemelor de transmisie video interactive

Info

Publication number: RO111886B1
Application number: RO94-02036A
Authority: RO
Inventors: David K Lin
Original assignee: Us West Technologies Inc Bould
Priority date: 1993-12-23
Filing date: 1994-12-19
Publication date: 1997-02-28
Also published as: CZ281848B6; NO944992D0; US5475615A; EP0660610A1; NO944992L; SK159494A3; HU9403754D0; HUT69830A; FI946023A; FI946023A0; CZ325594A3; PL306451A1

Description

Prezenta invenție se referă la rețelele video interactive și, în special, la o metodă și un sistem pentru dimensionarea sistemelor de transmisie video interactive, în concordanță cu probabilitățile de blocare selectate.

De la desființarea firmei Americane Telephone and Telegraph Companies în anul 1984, firma Regional Beli Holding Companies (RBHCs) și-a canalizat eforturile spre reducerea costurilor de exploatare, îmbunătățind rețelele lor, oferind noi servicii de mare rapiditate și interconectându-și rețelele lor la companii și purtători internaționali pe distanță lungă. Unul din noile servicii avute în vedere pentru a fi oferit de către RBHCs este serviciul video la cerere (Video - On - Demand - VOD). Serviciul VOD permite clienților să facă comandă la o bibliotecă specifică de filme și de alte programe, în orice moment, având astfel acces „la cerere.

în scopul de a asigura un număr suficient de circuite video pentru a satisface cererea preconizată, proiectanții de rețele se bazează, în mod tipic, pe metodele cunoscute și, în special, pe metoda Erlang-B de prestabilire a mărimii rețelei necesare pentru a obține o anumită calitate a serviciului, ținând cont de blocare, adică de probabilitatea ca cererea abonaților să depășească circuitele disponibile. Metoda Erlang-B a fost și este utilizată de mult pentru dimensionarea circuitelor telefonice și se bazează pe sistemul cu șir de așteptare M/M/C/C. în mod concret, fiind date circuitele c din rețele, probabilitatea de blocare, P_c ^Erlang, este dată de ecuația:

_p,n_a„_{g =} (^cpY 'c\ Ticpy !i\ i=0 în care λ β λ este ritmul de recepție mediu și β este timpul de ocupare mediu.

Specialiștii în domeniu își dau seama că metoda Erlang-B presupune distribuția Poisson a recepțiilor și distribuția expo nențială a timpului de serviciu, adică timpul de ocupare al apelurilor telefonice este distribuit exponențial. Aceste considerații s-au dovedit a nu fi valabile în rețelele de transmisie video, unde timpul de ocupare al apelurilor este mai mult sau mai puțin constant și relativ lung. Din cauza metodelor de calcul speciale necesare pentru a determina factorialele unor numere mari, cerute de metoda Erlang-B, s-a constatat totodată că metoda este și excesiv de dificilă și consumatoare de timp pentru a fi aplicată în practică. Din aceste motive, proiectanții de rețele și-au îndreptat atenția spre elaborarea altor metode și sisteme pentru dimensionarea sistemelor de transmisie video interactive, care să fie precise și ușor de aplicat.

Pentru a depăși limitările determinate de aplicarea metodei Erlang-B cunoscute din stadiul tehnicii, autorii prezentei invenții au ținut seama de următoarele deosebiri între rețelele de transmisie video și rețelele de telefonie: (1) timpul de ocupare al unui apel într-o rețea de transmisie video este aproape constant (aproximativ 1 DO minute) și este relativ lung și (2) capacitatea rețelei, în cazul rețelelor de transmisie video, necesară în cursul orelor de vârf trebuie să satisfacă solicitările de filme în interval de aproximativ 1DO minute înaintea acestor vârfuri. Cu alte cuvinte, orice solicitări de filme care sosesc înainte, în fereastra selectată, vor contribui la încărcarea vârfului. Bazându-se pe aceste constatări, autorii invenției au elaborat metoda și sistemul, conform prezentei invenții, pentru dimensionarea rețelelor de transmisie video.

Problema pe care o rezolvă invenția este realizarea unei metode și a unui sistem pentru dimensionarea sistemelor de transmisie video interactive în concordanță cu probabilitatea de blocare cerută.

Un obiectiv mai specific al prezentei invenții îl constituie realizarea unei metode și a unui sistem pentru determinarea numărului necesar de circuite video active într-o rețea de transmisie video interactivă pentru ca acestea să satisfacă condiția

RO 111886 Bl de a avea o probabilitate de blocare specificată.

Un obiectiv și mai specific al prezentei invenții este realizarea unei metode și a unui sistem pentru determinarea numărului necesar de circuite video active într-o rețea de transmisie video interactivă, pentru ca aceasta satisfacă restricțiile probabilității de blocare specificate, în concordanță cu următoarea formulă a probabilității de blocare a rețelei:

Λ=1-Σ^(η) în care: M este numărul de abonați din sistem;

p este probabilitatea ca un abonat să solicite un film în cursul unei ferestre (perioade) de timp selectate înainte de încărcarea de vârf;

c este numărul de circuite disponibile din sistemul de transmisie video și ^π p este probabilitatea de a rula simultan n filme când există M abonați și fiecare va solicita cu probabilitatea p un film pe parcursul ferestrei dinainte de vârf.

Metoda pentru dimensionarea sistemelor de transmisie video interactive în funcție de probabilitățile de blocare cerute, utilizabilă împreună cu un calculator cu memorie, conform invenției, înlătură dezavantajele de mai sus, prin aceea că constă din următoarele operații:

- se determină orele de încărcare de vârf;

- se determină numărului de abonați din sistemul respectiv de transmisie video;

- se determină probabilitatea de blocare a sistemului respectiv, conform formulei:

n=0 se stochează, în memoria calculatorului, valorile probabilității de blocare determinate;

- se determină, din datele probabiliății de blocare, numărul de circuite video active necesar pentru a satisface o probabilitate de blocare cerută și se plasează în sistemul de transmisie video, numărul de circuite astfel determinat.

Sistemul pentru dimensionarea sistemelor de transmisie video interactive, în concordanță cu probabilitatea de blocare stabilită, utilizabil împreună cu un calculator cu memorie, conform invenției, înlătură dezavantajele de mai sus, prin aceea că este constituit dintr-un mijloc pentru determinarea orelor de încărcare de vârf , un mijloc pentru determinarea numărului de abonați din sistemul de transmisie video, un mijloc pentru calcularea probabilității de blocare a numitului sistem, conform formulei de mai sus, un mijloc pentru stocarea în memoria calculatorului a valorilor probabilității de blocare determinate și un mijloc pentru determinarea, din datele probabilității de blocare, a numărului de circuite video corespunzător unei probabilități de blocare cerute , astfel încât aceste circuite video să poată fi plasate în sistemul de transmisie video.

Metoda și sistemul pentru dimensionarea sistemelor de transmisie video interactive, conform invenției, asigură o dimensionare mai exactă a sistemului și o previziune mai precisă a încărcării sistemului.

Se dă în continuare un exemplu de realizare a invenției, în legătură cu fig. 1 -? 4, care reprezintă:

- fig. 1 și 2, diagramele unor eșantioane ale încărcării orare de vârf întrun sistem de video la cerere;

-fig. 3, o diagramă bloc a etapelor metodei conform prezentei invenții;

-fig. 4, o reprezentare grafică care compară datele obținute la verificarea unei probe de televiziune prin cablu comandată de telespectator (VCTV) și probabilitatea cumulativă a mărimii șirului de așteptare determinată, utilizând, pe de o parte, metoda cunoscută și, pe de alta, metoda din prezenta invenție.

RO 111886 Bl

Se prezintă în continuare cele mai bune modalități de realizare a invenției.

în fig. 1 și 2, sunt reprezentate încărcările de vârf ale unui sistem reprezentativ de transmisie video interactivă de 5 tip video - la - cerere (VOD). Este o problemă clasică de inginerie de exploatare determinarea orelelor de vârf a încărcării pentru un sistem dat. Orele de vârf sau de încărcare maximă, așa cum este io noțiunea folosită în prezenta invenție, sunt definite ca perioadele în care numărul de canale, sau de circuite utilizate concomitent, atinge valorile maxime, în decurs de o zi. 15

Așa cum s-a arătat mai sus, la studierea rețelelor de transmisie de televiziune s-au luat în considerare două constatări:

1) - timpii ocupați de apeluri sunt 20 relativ constanți și sunt relativ lungi (aproximativ 100 minute) și

2) - orice solicitări de filme care sosesc în cursul celor 100 minute dinaintea orelor de vârf vor contribui la 25 încărcarea la vârf a sistemului.

Este semnificativă această diferență față de rețelele de telefonie tradiționale în care timpii ocupați de apeluri variază foarte mult. Este bine știut, de exemplu, 30 că în astfel de rețele unii vorbitori își termină convorbirea repede, în timp ce alții vorbesc ore întregi. în prezenta invenție, se face referire la o situație foarte diferită și distinctă de încărcare a traficului 35 care necesită o nouă metodă și un nou sistem pentru dimensionarea rețelelor.

Așa cum reiese din diagramele din fig. 1 și 2 și așa cum era de așteptat , încărcarea de vârf, în aceste eșantioane 40 selectate, luate dintr-o zonă de probă din Denver, s-a produs în serile de vineri și sâmbătă. Determinând orele de încărcare de vârf, precum și numărul de abonați ai sistemului într-o rețea de transmisie de 45 televiziune dată, probabilitatea de blocare a sistemului poate fi determinată, conform cu prezenta invenție, utilizând următoarea notație:

(n) având explicit următoarea expresie:

Λ71

Dacă notăm cu c numărul de circuite disponibile în rețeaua de transmisie de televiziune și P_c este probabilitatea de blocare a rețelei, atunci P_c este dat de:

în continuare, așa cum specialiștii în domeniu își vor da seama, această ecuație conduce ea însăși la proprietăți aritmetice ce permit să se facă calcule pentru valori mari ale lui M și n, de exemplu, pentru a obține valoarea fiecărui

pentru n egal cu O, 1,2, ... c, unde c este numărul de circuite disponibile din sistem și pentru care este necesar să se calculeze factoriale de numere mari. Din ecuația de mai sus, se poate lua logaritmul natural al ambelor părți ale ei, pentru a simplifica ecuația, așa cum se arată mai jos:

W =

1ηΛ^(π)=1η

+nln/7+( ΛΥ—77) ln(l —/?)

A4-(rM) A-/-/» /=0H

Notând cu:

ΛΜ/Η-1)A/-/?

A= Σ ^ln(Af-0 In/+77111/7+( Μ-κί} !ιί(1 - /?) /=0/=/

RO 111886 Bl rezultă:

π^{η) = β^Α

Pe această bază, calcularea lui A este directă și nu necesită procedee speciale numerice.

Metoda conform prezentei invenții va fi descrisă în continuare mai detaliat, în exemplul de realizare, cu referire directă la fig. 3. Așa cum s-a arătat mai sus, metoda și sistemul pentru dimensionarea sistemelor de transmisie video interactive din prezenta invenție sunt adaptate pentru utilizare împreună cu un calculator care are memorie. Metoda constă în efectuarea unor operații în 6 etape consecutive, figurate în diagrama din fig.3 într-o primă etapă 1, se determină orele de încărcare maximă și într-o alta 2, se determină numărul de abonați ai sistemului din rețeaua de transmisie video care se analizează. Aceste determinări pot fi făcute și manual, însă, în realizarea preferată a invenției, se consideră că informația de bază privitoare la orele de încărcare și la abonații din sistem va fi depozitată într-un calculator, cu memorie adecvată, la care se va putea avea acces prin inițierea unor proceduri de programare convenționale, pentru a determina orele de încărcare de vârf și numărul de abonați ai sistemului într-o rețea dată ce urmează a fi redimensionată. Pe baza acestor date , într-o altă etapă 3, se determină probabilitatea de blocare a sistemului, conform formulei:

M n=0 unde: M este numărul de abonați din numitul sistem, n este numărul de filme care rulează simultan la orele de încărcare de vârf, p este probabilitatea ca un abonat să solicite un film într-o perioadă de timp selectată înainte de acele ore de încărcare de vârf Și c este numărul de circuite disponibile în acea rețea de transmisie video.

Din nou, deși probabilitatea de blocare poate fi determinată manual, în realizarea preferată se anticipează că probabilitatea de blocare P_e poate fi determinată prin simple procedee de programare, dacă informațiile privitoare la numărul de abonați din sistem M, numărul de filme care rulează simultan la orele de încărcare de vârf n, probabilitatea ca un abonat să solicite un film în cursul unei perioade de timp alese înainte de orele de încărcare de vârf p și numărul de circuite disponibile în rețeaua de transmisie video c sunt depozitate în memoria adecvată a calculatorului la care se poate avea acces.

După ce a fost determinată probabilitatea de blocare P_c, un prim semnal electric corespunzător acesteia poate fi generat, de preferință, de către calculatorul pe care au fost realizate etapele de mai sus, transformat în formă digitală conform unor procedee cunoscute și depozitat în memoria calculatorului, așa cum se prezintă în diagramă, etapele 4 și 5 . După aceea, această informație digitală a probabiltății blocării poate fi extrasă intern de calculator din memoria asociată lui și analizată astfel încât să se determine numărul de circuite video active necesare pentru a realiza probabilitatea de blocare specificată, așa cum se arată în diagramă, etapa 6. Din nou, deîndată ce numărul de circuite active video a fost determinat, un al doilea semnal electric corespunzător acestuia poate fi generat, așa cum se arată în diagrama, etapa 7. Ca și în cazul primului semnal electric, în realizarea preferată, acest al doilea semnal electric poate fi generat de către calculator și după aceea poate fi transformat în formă digitală, astfel că informația privind numărul de circuite video active poate fi depozitată în memoria calculatorului, așa cum se arată în diagrama, etapa 8. în final, datele numerice ale probabilității de blocare sunt convertite în date grafice și afișate, pentru a fi revizuite de utilizator, pe o interfață adecvată a utilizatorului, cum este un monitor de calculator sau ceva similar, așa cum se arată în diagrama, etapa 9.

RO 111886 Bl în fig. 4, metoda Erlang-B care se folosește de multă vreme pentru dimensionarea rețelelor telefonice, este utilizată pentru a trasa diagrama probabilității cumulative a mărimii șirului de așteptare într-o rețea de transmisie video, în comparație cu rezultatele unei testări reale VCTV și cu diagrama trasată conform metodei din prezenta invenție. Așa cum s-a arătat mai sus, metoda Erlang-B se bazează pe un sistem M/M/C/C cu șir de așteptare. Fiind date circuitele c din rețea, probabilitatea de blocare P_c ^Erlangeste dată de relația

Z(c/?)' /z!

(=o unde λ β λ fiind ritmul mediu de recepție și β timpul mediu de ocupare.

După cum rezultă din exemplul din fig. 4, utilizând datele VCTV din 8 ianuarie 1993 până în 31 martie 1993 într-o zonă de test definită din Denver, autorii invenției au obținut parametrii pentru metoda Erlang-B și pentru metoda din această invenție. Aceste informații s-au folosit apoi pentru trasarea diagramei distribuției cumulative a mărimii șirului de așteptare, împreună cu datele reale VCVT. Distribuția cumulativă a șirului de așteptare, P_c, este definită P_CUM = 1 -P_c

Este important faptul că datele obținute utilizând metoda conform prezentei invenții se potrivesc cu datele VCTV foarte bine, în timp ce folosind formula Erlang-B rezultatul este foarte diferit când c este mic. S-a constatat că formula Erlang-B este aplicabilă la un sistem cu șir de așteptare în regim staționar, în timp ce rezultatele VCTV sugerează că rețeaua de transmisie de televiziune nu va ajunge la regimul staționar suficient de repede. Se observă astfel că un sistem cu șir de așteptare recurent pozitiv are nevoie de un timp T

1D pentru a ajunge dintr-un stadiu tranzitoriu la stadiul staționar.

unde p este definit ca λ- β c

Pentru un sistem de încărcare dat, adică pentru valori ale lui λ și β fixate, valoarea lui p crește pe măsură ce numărul de circuite c scade. în consecință, sistemul trece de la o stare de tranziție la una staționară cu o viteză mai mică. în acest fel, se constată că este o mare diferență între rezultatele obținute prin metoda Erlang-B și VCTV la valori mici ale lui c. Pe de altă parte, metoda utilizată, conform prezentei invenții, nu se bazează pe analiza în stare staționară a sistemului cu șir de așteptare recurent pozitiv. De aceea, se consideră că el asigură o previziune mai exactă a încărcării sistemului pentru rețelele de transmitere video.

Sistemul pentru dimensionarea sistemelor de transmisie video interactive, conform metodei anterior descrise, utilizabil împreună cu un calculator cu memorie, are în alcătuire un mijloc pentru determinarea orelor de încărcare de vârf și un mijloc pentru determinarea numărului de abonați din sistemul de transmisie video interactivă.

Ca mijloc pentru determinarea orelor de încărcare de vârf, poate fi utilizat un echipament de exploatare a rețelei, bine cunoscut, care se folosește în industria telecomunicațiilor pentru controlul activității rețelei. Una din ieșirile echipamentului de exploatare a rețelei dă datele care reprezintă numărul de utilizatori din rețea, aceasta realizându-se clasic prin înregistrarea utilizării pe o perioadă de timp dată, de exemplu pe oră. Ca mijloc pentru determinarea numărului de abonați, poate fi folosit un echipament cunoscut de exploatare a abonaților , care efectuează funcții legate de abonați, ca plăți, servicii la client, înregistrarea de date ale clienților (nume, adrese, numere de cont etc.), una din ieșirile echipamentului furnizând date

RO 111886 Bl reprezentant numărul de abonați (clienți ce au subscris pentru servicii pe rețea).

Sistemul pentru dimensionarea sistemelor de transmisie video interactive mai are în alcătuire un mijloc pentru calcularea probabilității de blocare a numitului sistem, conform formulei:

Λ=ι-Σ<ω n=0 în care:

M reprezintă numărul de abonați din numitul sistem, n reprezintă numărul de filme care rulează simultan la orele de încărcare de vârf eterminate, p reprezintă probabilitatea ca un abonat să solicite un film pe parcursul unei perioade de timp alese înainte de respectivele ore de încărcare de vârf, c reprezintă numărul de circuite disponibile în numita rețea de transmisie video;

conectat cu un mijloc pentru stocarea în memoria calculatorului a valorilor probabilității de blocare determinate și un mijloc pentru determinarea din datele probabilității de blocare a numărului de circuite video, corespunzător unei probabilități de blocare cerute, astfel încât aceste circuite video să poată fi plasate în sistemul de transmisie video pentru o dimensionare corespunzătoare posibilității de blocare cerute.

Datele probabilității de blocare sunt furnizate și unui mijloc pentru transformarea datelor corespunzătoare probabilității de blocare, în date grafice, legat cu o interfață a utilizatorului adecvată pentru afișarea acestor date grafice.

Metoda și sistemul din prezenta invenție asigură o previziune mai exactă a încărcării sistemului, dar trebuie avut în vedere faptul că performanța sistemului este afectată și de factori suplimentari. De exemplu, deciziile de marketing pot afecta performanța sistemului. Dacă luăm, de exemplu, situația în care un post de televiziune oferă o emisiune de promovare a unui produs, înlocuind filmele într-o anumită seară, într-un asemenea caz, încărcarea sistemului va crește dramatic. Din contră, în timpul evenimentelor sportive principale, cum ar fi o cupă mondială, este de așteptat să existe mai puțini telespectatori la sistemul video - la - cerere.

Cele mai bune modalități de realizare a invenției au fost descrise în detaliu mai sus, dar specialiștii din domeniul la care se referă invenția vor recunoaște diferite variante de proiectare și aplicare practică a invenției, așa cum este definită aceasta prin revendicările ce urmează.

Claims

Revendicări

1. Metodă pentru dimensionarea sistemelor de transmisie video interactive în funcție de probabilitatea de blocare cerută, care se utilizează împreună cu un calculator cu memorie, caracterizată prin aceea că constă din următoarele operații consecutive :

- se determină orele de încărcare de vârf;

- se determină numărului de abonați din sistemul respectiv de transmisie video;

- se determină probabilitatea de blocare a sistemului respectiv, conform formulei:

Λ =1 -Σ^ΐ' <)

7J = 0 în care: M reprezintă numărul de abonați din sistemul respectiv;

n reprezintă numărul de filme care rulează simultan la orele de încărcare de vârf determinate;

p reprezintă probabilitatea ca un abonat să solicite un film pe parcursul unei perioade de timp alese înainte de respectivele ore de încărcare de vârf, c reprezintă numărul de circuite disponibile în numitul sistem de transmisie video.

- se stochează, în memoria calculatorului, probabilitatea de blocare determinată;

- se determină din datele stocate numărul de circuite video active necesare

RO 111886 Bl pentru a satisface o probabilitate de blocare cerută și se plasează, în sistemul de transmisie video, numărul de circuite astfel determinat.
2. Metodă, conform revendicării 1, caracterizată prin aceea că datele corespunzătoare probabilității de blocare sunt convertite în date grafice și afișate pe o interfață adecvată a utilizatorului.
3 Sistem pentru dimensionarea sistemelor de transmisie video interactive în concordanță cu probabilitatea de blocare cerută, care se utilizează împreună cu un calculator cu memorie, caracterizat prin aceea că este constituit din un mijloc pentru determinarea orelor de încărcare de vârf, un mijloc pentru determinarea numărului de abonați din sistemul de transmisie video,un mijloc pentru calcularea probabilității de blocare a numitului sistem conform formulei:

Λ =I-£<<»>

/1=0 în care: M reprezintă numărul de abonați din numitul sistem, n reprezintă numărul de filme care rulează simultan la orele de încărcare de vârf determinate, p reprezintă probabilitatea ca un abonat să solicite un film pe parcursul unei perioade de timp alese înainte de respectivele ore de încărcare de vârf, c reprezintă numărul de circuite disponibile în numita rețea de transmisie video, un mijloc pentru stocarea în memoria calculatorului a valorilor probabilității de blocare determinate și un mijloc pentru determinarea, din datele probabilității de blocare, a numărului de circuite video corespunzător unei probabilități de blocare cerute, aceste circuite video putând fi apoi plasate în sistemul de transmisii video.
4. Sistem conform revendicării 3 caracterizat prin aceea că datele probabilității de blocare sunt furnizate și unui mijloc pentru transformarea datelor corespunzătoare probabilității de blocare în date grafice, legat și cu o interfață a utilizatorului adecvată pentru afișarea acestor date grafice.