SK159494A3 - Method and system for dimension of interactive video delivery systems - Google Patents

Description

Oblasť techniky

Predložený vynález sa vo všeobecnosti týka interaktívnych videosietí, presnejšie spôsobu a systému dimenzovania interaktívnych dodávkových videosystémov podľa zvolených pravdepodobností blokovania.

Doterajší stav techniky

Po odvolaní American Telephone and Telegraph Company v roku 1984 sústredila Regional Bell Holding Companies (RBHCs) svoje úsilie na zníženie prevádzkových nákladov, modernizáciu svojich sietí, zabezpečenie nových vysokorýchlostných služieb a prepojenie svojich sietí do rozsiahlych spoločenstiev a medzinárodných prenosov. Jedna z nových služieb podlá prehladu ponuky RBHCs je služba video na požiadanie (VOD). Služba VOD umožňuje zákazníkom objednať si z definovanej knižnice filmov a iných programov - teda na požiadanie.

Pre zabezpečenie dostatočného počtu videoobvodov zodpovedajúceho očakávaným požiadavkám spoliehali sa zvyčajne navrhovatelia sietí na existujúce metodológie, hlavne na Erlang-B metódu, pri prognózovaní potrebnej dimenzie siete pre určitú kvalitu služby čo sa týka blokovania, t.j. pravdepodobnosti, že abonentova požiadavka presiahne pripravené obvody. Metóda Erlang-B bola historicky použitá pre dimenzovanie telefónnych sietí a je založená na M/M/C/C zaradovacom systéme. Presnejšie, pre daných C obvodov v sieti je pravdepodobnosť blokovania p_c ^Erlan9 daná vzťahom:

pgrJaag, (cp?^g/d £ (cp)Vii kde p -M

C λ je priemerná intenzita vstupnej prevádzky a β je priemerná doba obsadenia.

Ako to odborník v oblasti spozná, metóda Erlang-B predpokladá poissonovské vstupy (M) a exponenciálnu distribúciu (M) prevádzkového času, t.j.· čas trvania telefonických hovorov má exponenciálne rozdelenie. Zistilo sa však, že tieto predpoklady neplatia v dodávkových videosietach, kde doba obsadenia volaním je zväčša konštantná a relatívne dlhá. Preto sú požadované špeciálne výpočtové metódy pre určenie faktoriálov veľkých čísel — ako je požadované podlá Erlang-B metódy — metóda bola podobne stanovená, ale pre použitie v praxi je výnimočne obtiažna a časovo náročná. Z týchto dôvodov návrhári sietí obrátili svoju pozornosť späť k vývoju alternatívnych metód a systémov pre dimenzovanie interaktívnych dodávkových videosystémov, ktoré sú presné a lahšie sa aplikujú.

Podstata vynálezu

V snahe prekonať obmedzenia doterajšieho stavu aplikácie metódy Erlang-B spozoroval prihlasovatel nasledovné rozdiely medzi dodávkovými videosieťami a telefónnymi sieťami: (1) doba obsadenia volaním v dodávkových videosietach je vo všeobecnosti viac či menej konštantná (približne 100 minút) a je relatívne dlhá; a (2) sieťová kapacita v dodávkovej videosieti potrebná počas hlavnej prevádzkovej doby musí vyhovieť požiadavkám na filmy s približne 100 minútovým predstihom pred touto hlavnou prevádzkovou dobou. Inými slovami, akékoľvek požiadavky na filmy, ktoré prídu pred zvoleným intervalom, sa prirátajú k špičkovému zaťaženiu. Na základe týchto pozorovaní prihlasovateľ vyvinul spôsob a systém podlá predloženého vynálezu pre dimenzovanie dodávkových videosietí.

Hlavným účelom predloženého vynálezu je teda poskytnúť spôsob a systém dimenzovania interaktívnych dodávkových videosystémov v súlade so zvolenými pravdepodobnosťami blokovania .

Presnejšie je účelom predloženého vynálezu poskytnutie spôsobu a systému pre stanovenie potrebného počtu aktívnych videoobvodov v interaktívnej dodávkovej videosieti potrebných pre zabezpečenie obmedzení stanovených pravdepodobnosťou blokovania .

Ešte presnejšie je účelom predloženého vynálezu zaopatrenie spôsobu a systému pre určenie potrebného počtu aktívnych videoobvodov v interaktívnej dodávateľskej videosieti, nutných pre zabezpečenie obmedzení stanovených pravdepodobnosťou blokovania podlá vzorca pravdepodobnosti blokovania siete:

P_c » Ι-J} kde M = počet abonentov v systéme;

P = pravdepodobnosť, že abonent bude požadovať film počas vybraného časového intervalu pred dosiahnutím špičkového zaťaženia;

c = počet použitelných obvodov v dodávkovej videosieti; a

7tp(n) = pravdepodobnosť, že sa súčasne prehráva n filmov, pričom v sieti je M abonentov a každý s pravdepodobnosťou p bude požadovať film v časovom období pred špičkovou záťažou.

Pri prevádzaní uvedených účelov je metóda podlá predloženého vynálezu smerovaná pre použitie v súčinnosti s počítačom vybaveným pamäťou. Prostredníctvom určovania hodín špičkového zaťaženia ako aj počtu abonentov sústavy v dodávkovej videosieti, môže užívateľ stanoviť pravdepodobnosť blokovania interaktívneho videosystému podľa vyššie uvedeného vzorca. Keď bola raz stanovená pravdepodobnosť blokovania, môže byt podľa nej vygenerovaný zhodný prvý elektrický signál, ktorý zodpovedá tejto stanovenej pravdepodobnosti blokovania. Táto informácia môže byt potom konvertovaná do digitálnej formy a uložená v pamäti počítača. Informácia raz uschovaná v digitálnej forme sa potom môže obnoviť a použiť pre stanovenie potrebného počtu aktívnych videoobvodov nutných pre zabezpečenie obmedzení stanovených pravdepodobnosťou blokovania. Potom môže byt generovaný druhý elektrický signál. Táto informácia môže byt opát konvertovaná do digitálnej formy a uložená do pamäti počítača, z ktorej môže byt neskôr obnovená a zobrazená na užívateľsky priateľskom rozhraní.

Súčasťou vynálezu je ďalej systém podľa predloženého vynálezu pre dimenzovanie interaktívnych dodávkových videosystémov, ktorý je podobne určený pre použitie v súčinnosti s počítačom vybaveným pamäťou. Systém obsahuje prostriedky pre stanovenie hodín špičkového zaťaženia, ako aj prostriedky pre stanovenie počtu abonentov sústavy v dodávkovej videosieti. Ďalej sú poskytnuté prostriedky pre stanovenie pravdepodobnosti blokovania systému podľa rovnakého, vyššie uvedeného vzorca. Súčasťou vynálezu sú tiež prostriedky pre generovanie prvého elektrického signálu zhodného s uvedenou pravdepodobnosťou blokovania, ako aj prostriedky pre konvertovanie tejto informácie do digitálnej formy, jej uchovanie v pamäti, obnovenie a stanovenie potrebného počtu aktívnych videoobvodov nutných pre zabezpečenie obmedzení stanovených pravdepodobnosťou. Nakoniec sú poskytnuté prostriedky pre obnovenie tejto informácie z pamäti a jej zobrazenie na užívateľsky priateľskom rozhraní.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Úplnejšie pochopenie vynálezu a jeho mnohých sprievodných výhod môže byt ľahko získané prostredníctvom odkazu na nasledujúci detailný opis, keď je uvažovaný so sprievodnými obrázkami, na ktorých rovnaké vztahové značky označujú zhodné časti vo všetkých pohľadoch, pričom:

Obrázky 1 - 2 sú schematické diagrami vzorových predvedení špičkového zataženia vo vzorovom videosystéme na požiadanie ;

Obrázok 3 je blokový diagram krokov spôsobu podľa predloženého vynálezu; a

Obrázok 4 je grafická prezentačná zrovnávacia vzorka skúšobných údajov Viewer-Controlled Cable Television (VCTV) a kumulovaná pravdepodobnost veľkosti fronty s použitím známeho vzorca Erlang-B a spôsobu a systému podľa predloženého vynálezu.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Na obrázkoch 1-2 výkresu sú zobrazené vzorky zostavených prevádzkových hodnôt systému v hlavnej prevádzkovej dobe pre reprezentatívny video na požiadanie (VOD) interaktívny dodávkový videosystém. Ako bude odborníkovi v odbore zrejmé, je to klasický prevádzkový inžiniersky problém definovat hodiny špičkového zataženia pre daný systém. Hodiny špičkového zataženia, ako sú použité s ohľadom na predložený vynález, sú teda definované ako časový okamih, keď počet bežne použitých kanálov alebo obvodov dosahuje maximálne hodnoty na dennom základe.

Ako je uvedené vyššie, prihlasovateľ uskutočnil dva pozo6 rovania pri štúdiu dodávkových videosietí: (1) doba obsadenia volaním v dodávkových videosietach je vo všeobecnosti viac či menej konštantná (približne 100 minút) a relatívne dlhá; a (2) akékoľvek požiadavky na film, ktoré prídu v priebehu 100 minút pred časom špičky požiadaviek, sa prirátajú k špičkovému zaťaženiu systému.

Toto sa významne líši od tradičných telefónnych sietí, u ktorých sa časy obsadenia volaním široko menia. Ako je dobre známe v takýchto sieťach napríklad niektorí volajúci ukončia svoj hovor rýchlo, zatiaľ čo iní hovoria niekoľko hodín. V predloženom vynáleze prihlasovateľ predkladá veľmi odlišný a zreteľný scenár prevádzkového zaťaženia, ktorý vyžaduje novú metodológiu a systém pre dimenzovanie použitelných sietí.

Ako je znázornené na schémach obrázkov 1 a 2, a nemalo by byť prekvapujúce, špičkové zaťaženie u týchto vybraných vzoriek bolo odčítané od definovanej denverskej vzorovej plochy vyskytujúcej sa v piatkových a nedeľných večeroch. Nasledovné určenie týchto hodín špičkového zaťaženia, ako aj počtu abonentov v danej dodávkovej videosietí a pravdepodobnosti blokovania systému môže byť uskutočnené v súlade s predloženým vynálezom použitím nasledovnej notácie:

π£(η)

Keďže odborník v oblasti tomu porozumie, dá sa ukázať, že π£(η) môže byt explicitne vyjadrené nasledovne:

*?<n) -() p“<1-P>

Ί

Afl m (w-n) i p^a(i-p)-^a

Nech C je počet použiteľných obvodov v dodávkovej videosieti a P_c je pravdepodobnosť blokovania siete. P_c je teda dané:

^c^e Σ *£^(n> n-o*l c

p_c - ι-Σ

O“0

Ako to odborník v oblasti ďalej spozná, táto rovnica sama poskytuje pekné výpočtové vlastnosti, ktoré môžu byť vypočítané pre veľké hodnoty M a N. Napríklad pre získanie hodnoty pre každé π J (n) /

N rovné O, 1, 2, ... C, kde C je počet použiteľných obvodov v systéme, je nutné počítať faktoriály veľkých čísel. To je teraz uskutočniteľná úloha. Teda v súlade s vynálezom tu môže byť z oboch strán hore uvedenej rovnice zobraný prirodzený logaritmus pre zjednodušenie rovnice ako je ukázané ďalej:

π£(η) «

Mi ni (M-n) !

P*(l-P) log π (n) » log^· log (1-F) logKp(n) « g log(M-J)-glogi+nlogP+(W-n)log(i-P)

X-Ca*l)

Let A - £ log(M-i) = e* x-a logi+λ1ο£τρ+ (m-n) log (1-p)

Oproti tomuto základu je výpočet A jednoduchý a teda nevyžaduje špeciálne číselné postupy.

So špeciálnym ohladom na obrázok 3 výkresu bude teraz predložený vynález opísaný podrobnejšie. Ako bolo hore uvedené, spôsob a systém dimenzovania interaktívnych videosietí podlá predloženého vynálezu je upravený pre použitie v súčinnosti s počítačom vybaveným pamäťou. Na začiatku vynález vyžaduje stanovenie hodín špičkového zaťaženia 10, ako aj stanovenie počtu abonentov sústavy dodávkovej videosiete 12 pod preskúmaním. Samozrejme tieto stanovenia môžu byť uskutočnené ručne. Avšak vo výhodnom prevedení je predvídané, že základné informácie ohladom doby prevádzky a abonentov sústavy budú uložené vo vhodnej pamäti počítača a prístup k nim bude možný prostredníctvom inicializácie bežnej programovacej procedúry pre určenie hodín špičkového zaťaženia a počtu abonentov sústavy v danej sieti vyhladaný pod preskúmaním. Oproti tomuto základu pravdepodobnosť blokovania systému môže byt potom stanovená podlá vzorca:

Pc^e ΐ“Σ kde M sa rovná počtu abonentov v systéme, n sa rovná počtu filmov hraných súčasne v uvedených hodinách špičkového zaťaženia,

P sa rovná pravdepodobnosti, že abonent bude požadovať film počas vybraného časového intervalu pred dosiahnutím uvedeného špičkového zaťaženia, a

C sa rovná počtu použiteľných obvodov v uvedenej dodáv9 kovej videosieti.

Naopak, zatial čo pravdepodobnosť, blokovania môže byť stanovená ručne, vo výhodnom prevedení vynálezu sa predpokladá, že pravdepodobnosť blokovania P_c môže byť stanovená prostredníctvom jednoduchých programovacích procedúr, pričom informácie ohladom počtu abonentov sústavy, počtu filmov súčasne hraných počas hodín špičkového zaťaženia, pravdepodobnosti, že abonent bude požadovať film v priebehu vybraného časového intervalu pred hodinami špičkového zaťaženia a počtu použiteľných obvodov v dodávkovej videosieti, budú uchované vo vhodnej pamäti počítača a bude k ním prístup.

Akonáhle bola stanovená pravdepodobnosť blokovania P_c, potom môže byť generovaný s ňou zhodný prvý elektrický signál, výhodne pomocou počítačového systému, v ktorom sa prevedú hore uvedené kroky, konvertovaný do digitálnej formy v súlade s obvyklými postupmi a uchovaný v pamäti počítača, ako je ukázané v blokoch 16 a 18. Potom táto digitálna informácia o pravdepodobnosti blokovania môže byť vnútorne vyňatá prostredníctvom počítačového systému z jeho pripojenej pamäti a analyzované pre určenie počtu aktívnych videoobvodov nutných pre dosiahnutie špecifikovanej pravdepodobnosti blokovania, ako je ukázané v bloku 20. Opätovne, akonáhle bol stanovený počet aktívnych videoobvodov, je možné generovať s ním zhodný druhý elektrický signál, ako je ukázané v bloku 22. Ako v prípade prvého elektrického signálu, vo výhodnom prevedení tento druhý elektrický signál môže byt generovaný prostredníctvom počítačového systému a potom konvertovaný do digitálnej formy tak, že informácia o aktívnych videoobvodoch môže byť uchovaná v pamäti počítača, ako je ukázané v bloku 24. Nakoniec táto digitálna informácia o aktívnych videoobvodoch môže byt vnútorne počítačom vyňatá z jeho pripojenej pamäti a zobrazená pre užívatelov prehlad na užívateľsky priateľskom rozhraní, napr. počítačovom monitore alebo podobne, ako je znázornené v bloku 26.

K obrázku 4 na výkrese, doterajší stav metódy Erlang-B, ktorá bola historicky použitá pre dimenzovanie telefónnych sietí, je použitý pre vyznačenie kumulatívnej pravdepodobnosti velkosti fronty v dodávkovej videosieti v porovnaní so skutočnými VCTV meraniami a krokmi spôsobu podlá predloženého vynálezu. Ako je uvedené vyššie, metóda Erlang-B je založená na M/M/C/C zaradovacom systéme. Pre daných C obvodov v sieti je pravdepodobnosť blokovania daná (cp^/Cl kde λ je priemerná intenzita vstupnej prevádzky a β je priemerná doba obsadenia.

Ako je ukázané na príklade obrázku 4, použitím VCTV údajov od 8. januára 1993 do 31. marca 1993 zo stanovenej denverskej vzorkovej oblasti získal prihlasovatel parametre pre metódu Erlang-B a pre spôsob podlá predloženého vynálezu. Táto informácia je potom použitá pre vyznačenie kumulatívnej distribúcie velkosti fronty spolu so skutočnými údajmi VCTV. Malo by sa uviesť, že kumulatívna distribúcia velkosti fronty, Pc< 3^e definovaná ako P_CUM = 1 - P_c·

Je významné, že spôsob použitý v súlade s predloženým vynálezom sa velmi dobre hodí k údajom VCTV, zatial čo vzorec Erlang-B je velmi odlišný pre malé hodnoty C. Prihlasovatel zistil, že vzorec Erlang-B je použitelný u zaradovacích systémov so stabilným stavom, zatial čo výsledky VCTV naznačujú, že dodávková videosieť sa nemôže dostať do stabilného stavu dostatočne rýchle. Je teda zaznamenané, že pozitívne rekurentný zaradovací systém vyžaduje čas T, aby prešiel z prechodného stavu do stabilného stavu.

- 11 Τ&

1-ρ kde p je definované ako

Al.

c

Pre daný scenár zaťažovania, t.j. pre fixné hodnoty λ a β, hodnota p vzrastá so znižovaním počtu obvodov (hodnota c). Následne systém prechádza z prechodového stavu do stabilného stavu nižšou rýchlosťou. Pozorovali sa teda, že veľké rozdiely medzi metódou Erlang-B a VCTV výsledkami vznikajú pri malých hodnotách C. Na druhej strane spôsob použitý v súlade s predloženým vynálezom nie je založený na analýze v stabilnom stave pozitívne rekurentného zaraďovacieho systému. Je teda možné očakávať, že poskytne presnejšiu predpoveď zaťaženia systému pre dodávkové videosiete.

Zatiaľ čo spôsob a systém podía predloženého vynálezu poskytuje presnejšie predpovede zaťaženia systému, malo by sa upozorniť, že výkonnosť systému je ďalej ovplyvňovaná dodatkovými faktormi. Napríklad výkonnosť systému môžu ovplyvňovať marketingové obmedzenia. Uvážme napríklad situáciu, keď video služba ponúka podporu pre rozdelenie voľných filmov na vybraný večer. V takom prípade zaťaženie systému dramaticky vzrastie. Na druhej strane počas veíkých športových podujatí, ako napríklad SuperBowl, je možné očakávať, že bude menej sledovateľov video na požiadanie*'.

Zatiaľ čo boli detailne opísané najlepšie spôsoby prevedenia vynálezu, pre odborníkov z oblasti, ku ktorej sa vzťahuje vynález, budú zrejmé rôzne alternatívne plány a prevedenia v praxi vynálezu, ako je definovaný nasledujúcimi nárokmi .

Claims (2)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   l. Spôsob dimenzovania interaktívnych dodávkových videosystémov podía zvolenej pravdepodobnosti blokovania v súčinnosti s počítačom vybavením pamäťou, vyznačujúci sa tým, že zahrňuje:

   - stanovenie hodín špičkového zaťaženia;

   - stanovenie počtu abonentov systému v uvedenej dodávkovej videosieti;

   - stanovenie pravdepodobnosti blokovania uvedeného systému podía vzorca:

   c p_c - ι^_Σ

   O“O kde M sa rovná počtu abonentov v uvedenom systéme, n sa rovná počtu filmov hraných súčasne v uvedených hodinách špičkového zaťaženia, p sa rovná pravdepodobnosti, že abonent bude požadovať film počas vybraného časového intervalu pred uvedenými hodinami špičkového zaťaženia,

   C sa rovná počtu použiteíných obvodov v uvedenej dodávkovej videosieti;

   - generovanie prvého elektrického signálu zodpovedajúceho uvedenej pravdepodobnosti blokovania;

   - konvertovanie uvedeného prvého elektrického signálu do digitálnej formy;

   - uchovanie uvedenej digitálnej informácie o pravdepodobnosti blokovania v uvedenej pamäti;

   - obnovenie uvedenej digitálnej informácie o pravdepodobnosti blokovania z uvedenej pamäti;

   - stanovenie podía toho potrebného počtu aktívnych videoobvodov;

   - generovanie nadto zodpovedajúceho druhého elektrického signálu;

   - konvertovanie uvedeného druhého elektrického signálu do digitálnej formy;

   - uchovanie uvedenej digitálnej informácie o aktívnych videoobvodoch v uvedenej pamäti;

   - obnovenie uvedenej informácie o aktívnych videoobvodoch z uvedenej pamäti; a

   - zobrazenie uvedenej informácie na užívateľskom rozhraní .
2. 2. Systém pre dimenzovanie interaktívnych dodávkových videosystémov podlá zvolenej pravdepodobnosti blokovania v súčinnosti s počítačom vybavením pamäťou, vyznačujúci sa tým, že zahrňuje:

   - prostriedky pre stanovenie hodín špičkového zaťaženia;

   - prostriedky pre stanovenie počtu abonentov sústavy v uvedenej dodávkovej videosieti;

   - prostriedky pre stanovenie pravdepodobnosti blokovania uvedeného systému podlá vzorca:

   ^pc ^β i-Mr) α·ο kde M sa rovná počtu abonentov v uvedenom systéme, n sa rovná počtu filmov hraných súčasne v uvedených hodinách špičkového zaťaženia, p sa rovná pravdepodobnosti, že abonent bude požadovať film počas vybraného časového intervalu pred uvedenými hodinami špičkového zaťaženia,

   C sa rovná počtu použiteľných obvodov v uvedenej dodávkovej videosieti;

   - prostriedky pre generovanie prvého elektrického signálu zodpovedajúceho uvedenej pravdepodobnosti blokovania;

   - prostriedky pre konvertovanie uvedeného prvého elektrického signálu do digitálnej formy;

   - prostriedky pre uchovanie uvedenej digitálnej informácie o pravdepodobnosti blokovania v uvedenej pamäti;

   - prostriedky pre obnovenie uvedenej digitálnej informácie o pravdepodobnosti blokovania z uvedenej pamäti;

   - stanovenie v súlade s týra potrebného počtu aktívnych videoobvodov;

   - prostriedky pre generovanie v súlade s týra druhého elektrického signálu;

   - prostriedky pre konvertovanie uvedeného druhého elektrického signálu do digitálnej formy;

   - prostriedky pre uchovanie uvedenej digitálnej informácie o aktívnych obvodoch v uvedenej pamäti; a

   - prostriedky pre obnovenie uvedenej digitálnej informácie o aktívnych obvodoch z uvedenej pamäti;

   - prostriedky pre zobrazenie uvedenej informácie na užívateľskom rozhraní.