Эрланг (единица) - Erlang (unit)

Эта статья о единицах измерения в телефонии. Для использования в других целях см. Erlang.

Erlang
Система единиц	Сектор стандартизации электросвязи МСЭ стандарты
Единица	Предлагаемая нагрузка, перевозимый груз
Символ	E
Названный в честь	Агнер Краруп Эрланг

В эрланг (символ E^[1]) это безразмерная единица что используется в телефония в качестве меры предлагаемая нагрузка или несет нагрузку на обеспечивающие услуги элементы, такие как телефонные цепи или коммутационное оборудование. Один цепь шнура может использоваться в течение 60 минут за один час. Полное использование этой емкости, 60 минут трафика, составляет 1 эрланг.^[2]

Переносимый трафик в эрлангах - это среднее количество одновременных вызовов, измеренное за определенный период (часто один час), а предлагаемый трафик - это трафик, который будет перенесен, если все попытки вызова будут успешными. На практике объем предлагаемого трафика будет зависеть от того, что произойдет с неотвеченными вызовами, когда все серверы заняты.

В CCITT назвал международную единицу телефонного трафика эрлангом в 1946 году в честь Агнер Краруп Эрланг.^[3][4] В своем анализе эффективного использования телефонных линий Эрланг вывел формулы для двух важных случаев, Erlang-B и Erlang-C, которые стали основополагающими результатами в инженерия телетрафика и теория массового обслуживания. Его результаты, которые используются до сих пор, связывают качество обслуживания с количеством доступных серверов. Обе формулы принимают предлагаемую нагрузку в качестве одного из своих основных входных параметров (в эрлангах), что часто выражается как скорость поступления вызова, умноженная на среднюю продолжительность вызова.

Отличительное допущение, лежащее в основе формулы Эрланга B, состоит в том, что очереди нет, так что если все элементы службы уже используются, то вновь поступающий вызов будет заблокирован и впоследствии потерян. Формула дает вероятность этого. Напротив, формула Erlang C предусматривает возможность неограниченной очереди и дает вероятность того, что новый вызов должен будет ждать в очереди из-за того, что все серверы используются. Формулы Эрланга применяются довольно широко, но они могут дать сбой, когда перегрузка особенно велика, вызывая повторные попытки неудачного трафика. Одним из способов учета повторных попыток при отсутствии очереди является метод Extended Erlang B.

Измерения трафика телефонной сети

Когда используется для представления перевозимый трафик, значение (которое может быть нецелым числом, например 43,5), за которым следуют «эрланги», представляет среднее количество одновременных вызовов, передаваемых цепями (или другими элементами, предоставляющими услуги), где это среднее значение рассчитывается за некоторый разумный период время. Период, за который рассчитывается среднее значение, часто составляет один час, но могут использоваться более короткие периоды (например, 15 минут), если известно, что есть короткие всплески спроса и требуется измерение трафика, которое не маскирует эти всплески. Эрланг переносимого трафика относится к одному ресурсу, который постоянно используется, или к двум каналам, каждый из которых используется пятьдесят процентов времени, и так далее. Например, если в офисе есть два телефонных оператора, которые все время заняты, это будет представлять два эрланга (2 E) трафика; или радиоканал, который постоянно занят в течение интересующего периода (например, один час), считается загруженным в 1 эрланг.

Когда используется для описания предлагаемый трафик, значение, за которым следует «эрланги», представляет среднее количество одновременных вызовов, которые были бы переданы, если бы было неограниченное количество каналов (то есть, если бы попытки вызова, которые были сделаны, когда все каналы использовались, не были отклонены ). Взаимосвязь между предлагаемым трафиком и переносимым трафиком зависит от конструкции системы и поведения пользователя. Три распространенных модели: (а) вызывающие абоненты, чьи попытки вызова были отклонены, уходят и никогда не возвращаются, (б) вызывающие абоненты, чьи попытки вызова отклонены, повторяют попытку в течение довольно короткого промежутка времени и (в) система позволяет пользователям ждать в очереди, пока канал не станет доступным.

Третье измерение трафика - мгновенный трафик, выражается в определенном количестве эрлангов, означающем точное количество вызовов, происходящих в определенный момент времени. В данном случае это целое число. Устройства записи уровня трафика, такие как записывающие устройства с подвижной ручкой, отображают мгновенный трафик.

Анализ Эрланга

Концепции и математика введены Агнер Краруп Эрланг имеют широкое применение за пределами телефонии. Они применяются везде, где пользователи прибывают более или менее случайным образом, чтобы получить эксклюзивную услугу от любого из группы предоставляющих услуги элементов без предварительного бронирования, например, когда предоставляющими услуги элементами являются окна продажи билетов, туалеты в самолете или номера в мотеле. (Модели Erlang неприменимы, когда элементы, предоставляющие услуги, совместно используются несколькими одновременно работающими пользователями или разные пользователи используют разные объемы услуг, например, в каналах, передающих трафик данных.)

Цель теории трафика Эрланга состоит в том, чтобы точно определить, сколько элементов, предоставляющих услуги, должно быть предоставлено, чтобы удовлетворить пользователей, без расточительного избыточного выделения ресурсов. Для этого ставится цель уровень обслуживания (GoS) или качество обслуживания (QoS). Например, в системе, где нет очереди, GoS может заключаться в том, что не более 1 вызова из 100 заблокировано (т. Е. Отклонено) из-за того, что все каналы используются (GoS 0,01), что становится целевой вероятностью блокировки звонков, п_б, при использовании формулы Эрланга B.

Есть несколько результирующих формул, в том числе Эрланг Б, Erlang C и связанные Формула Энгсета, основанные на разных моделях поведения пользователей и работы системы. Каждый из них может быть получен с помощью специального случая марковские процессы с непрерывным временем известный как процесс рождения – смерти. Более поздние Расширенный Erlang B Метод предоставляет дополнительное решение для трафика, основанное на результатах Erlang.

Расчет предлагаемого трафика

Предлагаемый трафик (в эрлангах) связан с скорость поступления звонков, λ, а среднее время удержания звонка (среднее время телефонного разговора), час, к:

${displaystyle E=lambda h}$

при условии, что час и λ выражаются в одних и тех же единицах времени (секунды и звонки в секунду или минуты и звонки в минуту).

Практическое измерение трафика обычно основано на непрерывных наблюдениях в течение нескольких дней или недель, в течение которых мгновенный трафик регистрируется через регулярные короткие интервалы (например, каждые несколько секунд). Затем эти измерения используются для расчета единственного результата, чаще всего трафика в часы наибольшей нагрузки (в эрлангах). Это среднее количество одновременных вызовов в течение определенного часового периода дня, когда этот период выбран для получения наивысшего результата. (Этот результат называется согласованным по времени трафиком в часы наибольшей нагрузки). В качестве альтернативы можно рассчитать значение трафика в часы наибольшей нагрузки отдельно для каждого дня (что может соответствовать немного разному времени каждый день) и взять среднее значение этих значений. Обычно это дает немного большее значение, чем согласованное по времени значение часа наибольшей нагрузки.

Там, где по существующему расписанию загружен трафик, E_c, измеряется в уже перегруженной системе со значительным уровнем блокировки, необходимо учитывать заблокированные вызовы при оценке предлагаемого трафика в час наибольшей нагрузки. E_о (это значение трафика, которое будет использоваться в формулах Эрланга). Предлагаемый трафик можно оценить по E_о = E_c/(1 − п_б). Для этой цели, если в систему включены средства подсчета заблокированных вызовов и успешных вызовов, п_б можно оценить непосредственно по количеству заблокированных вызовов. В противном случае п_б можно оценить с помощью E_c на месте E_о в формуле Эрланга и полученную оценку п_б затем можно использовать в E_о = E_c/(1 − п_б), чтобы получить первую оценку E_о.

Другой метод оценки E_о в перегруженной системе - для измерения скорости поступления вызовов в час наибольшей нагрузки, λ (с учетом успешных и заблокированных вызовов) и среднего времени удержания вызова (для успешных вызовов), час, а затем оценить E_о используя формулу E = λh.

В ситуации, когда обрабатываемый трафик представляет собой совершенно новый трафик, единственный выход - попытаться смоделировать ожидаемое поведение пользователя. Например, можно оценить количество активных пользователей, N, ожидаемый уровень использования, U (количество звонков / транзакций на пользователя в день), коэффициент концентрации в час наибольшей нагрузки, C (доля ежедневной активности, приходящаяся на час наибольшей нагрузки) и среднее время ожидания / время обслуживания, час (выражается в минутах). Прогноз предлагаемого трафика в час наибольшей нагрузки будет E_о = NUC/60час эрланги. (Деление на 60 переводит частоту поступления вызовов / транзакций в час наибольшей нагрузки в поминутное значение, чтобы соответствовать единицам, в которых час выражается.)

Формула Эрланга B

В Формула Эрланга B (или же Эрланг-Б с дефисом), также известный как Формула потерь Эрланга, является формулой для вероятность блокировки который описывает вероятность потери вызова для группы идентичных параллельных ресурсов (телефонных линий, цепей, каналов трафика или эквивалентных), иногда называемых M / M / c / c очередь.^[5] Он, например, используется для определения размеров каналов телефонной сети. Формула была получена Агнер Краруп Эрланг и не ограничивается телефонными сетями, поскольку описывает вероятность в системе очередей (хотя и является особым случаем с несколькими серверами, но без места в очереди для входящих вызовов, ожидающих освобождения сервера). Следовательно, формула также используется в некоторых системах инвентаризации с упущенными продажами.

Формула применяется при условии, что неуспешный вызов из-за занятости линии не ставится в очередь или повторяется, а вместо этого действительно исчезает навсегда. Предполагается, что попытки вызова поступают после Пуассоновский процесс, поэтому моменты поступления вызова независимы. Кроме того, предполагается, что длины сообщений (времена удержания) распределены экспоненциально (марковская система), хотя формула оказывается применимой при общих распределениях времени удержания.

Формула Эрланга B предполагает бесконечную совокупность источников (например, телефонных абонентов), которые совместно предлагают трафик для N серверы (например, телефонные линии). Скорость, выражающая частоту поступления новых вызовов, λ (рождаемость, интенсивность трафика и т. Д.), Постоянна и нет зависят от количества активных источников. Предполагается, что общее количество источников бесконечно. Формула Эрланга B вычисляет вероятность блокировки системы с потерями без буфера, когда запрос, который не обслуживается немедленно, прерывается, в результате чего запросы не помещаются в очередь. Блокировка происходит, когда новый запрос поступает в то время, когда все доступные серверы в настоящее время заняты. Формула также предполагает, что заблокированный трафик очищен и больше не возвращается.

Формула обеспечивает GoS (уровень обслуживания ) что является вероятностью п_б что новый вызов, поступающий в группу ресурсов, отклонен, потому что все ресурсы (серверы, линии, цепи) заняты: B(E, м) куда E это общий предлагаемый трафик в Erlang, предлагаемый м идентичные параллельные ресурсы (серверы, каналы связи, полосы движения).

${displaystyle P_{b}=B(E,m)={frac {frac {E^{m}}{m!}}{sum _{i=0}^{m}{frac {E^{i}}{i!}}}}}$

куда:

• ${displaystyle P_{b}}$ вероятность блокировки
• м количество идентичных параллельных ресурсов, таких как серверы, телефонные линии и т. д.
• E = λh - нормализованная входящая нагрузка (предлагаемый трафик указывается в erlang).

Обратите внимание эрланг - безразмерная единица нагрузки, рассчитываемая как средняя частота поступления вызовов λ, умноженная на среднее время удержания вызова, час. Видеть Закон Литтла чтобы доказать, что единица эрланга должна быть безразмерной, чтобы закон Литтла был размерно разумным.

Это может быть выражено рекурсивно^[6] следующим образом, в форме, которая используется для упрощения расчета таблиц формулы Эрланга B:

${displaystyle B(E,0)=1.,}$

${displaystyle B(E,j)={frac {EB(E,j-1)}{EB(E,j-1)+j}} forall {j}=1,2,ldots ,m.}$

Обычно вместо B(E, м) обратное 1 /B(E, м) вычисляется в численных расчетах, чтобы обеспечить численная стабильность:

${displaystyle {frac {1}{B(E,0)}}=1}$

${displaystyle {frac {1}{B(E,j)}}=1+{frac {j}{E}}{frac {1}{B(E,j-1)}} forall {j}=1,2,ldots ,m.}$

 Функция ErlangB (E В качестве Двойной, м В качестве Целое число) В качестве Двойной Тусклый InvB В качестве Двойной Тусклый j В качестве Целое число    InvB = 1.0   За j = 1 К м     InvB = 1.0 + InvB * j / E    Следующий j   ErlangB = 1.0 / InvB Конец Функция

Формула Эрланга B уменьшается и выпуклый в м.^[7]Это требует, чтобы поступающие вызовы могли быть смоделированы Пуассоновский процесс, что не всегда является хорошим совпадением, но справедливо для любого статистического распределения времени удержания вызовов с конечным средним значением. Это относится к системам передачи трафика, которые не буферизуют трафик. Более современные примеры по сравнению с Горшки где еще применим Erlang B, являются переключение оптических пакетов (OBS) и несколько текущих подходов к оптическая коммутация пакетов (OPS). Erlang B был разработан как инструмент для определения размера соединительной линии для телефонных сетей с диапазоном времени ожидания в минутах, но, будучи математическим уравнением, он применим в любой временной шкале.

Расширенный Erlang B

Расширенный Erlang B отличается от классических предположений Erlang-B тем, что часть заблокированных абонентов может повторить попытку, что приводит к увеличению предлагаемого трафика по сравнению с исходным базовым уровнем. Это итеративный расчет вместо формулы и добавляет дополнительный параметр, коэффициент отзыва ${displaystyle R_{f}}$, который определяет попытки отзыва.^[8]

Шаги в этом процессе следующие.^[9] Начинается с итерации ${displaystyle k=0}$ с известным начальным базовым уровнем трафика ${displaystyle E_{0}}$, который последовательно корректируется для расчета последовательности новых предлагаемых значений трафика ${displaystyle E_{k+1}}$, каждый из которых учитывает отзывы, связанные с ранее рассчитанным предложенным трафиком. ${displaystyle E_{k}}$.

1. Рассчитайте вероятность того, что звонящий будет заблокирован с первой попытки.

${displaystyle P_{b}=B(E_{k},m),}$

как указано выше для Erlang B.

2. Рассчитайте вероятное количество заблокированных звонков.

${displaystyle B_{e}=E_{k}P_{b},}$

3. Подсчитайте количество отзывов, ${displaystyle R}$, предполагая фиксированный коэффициент отзыва, ${displaystyle R_{f}}$,

${displaystyle R=B_{e}R_{f},}$

4. Рассчитайте новый предложенный трафик.

${displaystyle E_{k+1}=E_{0}+R,}$

куда ${displaystyle E_{0}}$ - начальный (базовый) уровень трафика.

5. Вернитесь к шагу 1, подставив ${displaystyle E_{k+1}}$ за ${displaystyle E_{k}}$, и повторяем до стабильного значения ${displaystyle E}$ получается.

Как только удовлетворительное значение ${displaystyle E}$ найдено, вероятность блокировки ${displaystyle P_{b}}$ а коэффициент отзыва может использоваться для расчета вероятности того, что все попытки вызывающего абонента потеряны, не только их первый вызов, но и любые последующие попытки.

Формула Эрланга C

В Формула Эрланга C выражает вероятность того, что прибывающий заказчик должен будет стоять в очереди (в отличие от немедленного обслуживания).^[10] Как и формула Эрланга B, Эрланг C предполагает бесконечную совокупность источников, которые совместно предлагают трафик ${displaystyle E}$ эрланги к ${displaystyle m}$ серверы. Однако, если все серверы заняты, когда запрос приходит от источника, запрос ставится в очередь. Таким образом, в очереди одновременно может храниться неограниченное количество запросов. Эта формула вычисляет вероятность постановки в очередь предлагаемого трафика, предполагая, что заблокированные вызовы остаются в системе до тех пор, пока они не будут обработаны. Эта формула используется для определения количества агентов или представителей службы поддержки клиентов, необходимых для укомплектования колл-центр для указанной желаемой вероятности постановки в очередь. Однако формула Erlang C предполагает, что вызывающие абоненты никогда не вешают трубку, находясь в очереди, что позволяет предсказывать формулу, что следует использовать больше агентов, чем действительно необходимо для поддержания желаемого уровня обслуживания.

${displaystyle P_{w}={{{frac {E^{m}}{m!}}{frac {m}{m-E}}} over left(sum limits _{i=0}^{m-1}{frac {E^{i}}{i!}}ight)+{frac {E^{m}}{m!}}{frac {m}{m-E}}},}$

куда:

• ${displaystyle E}$ это общий предлагаемый трафик в единицах эрлангов
• ${displaystyle m}$ это количество серверов
• ${displaystyle P_{w}}$ это вероятность того, что клиенту придется ждать обслуживания.

Предполагается, что поступление вызовов может быть смоделировано Пуассоновский процесс и что время удержания вызова описывается экспоненциальное распределение.

Ограничения формулы Эрланга

Когда Erlang разработал уравнения трафика на Erlang-B и Erlang-C, они основывались на ряде допущений. Эти предположения верны в большинстве условий; однако в случае чрезвычайно высокой загруженности трафика уравнения Эрланга не могут точно предсказать правильное количество каналов, требуемых из-за повторно входящего трафика. Это называется система с высокими потерями, где заторы порождают еще большие заторы в часы пик. В таких случаях сначала необходимо сделать доступным множество дополнительных цепей, чтобы можно было уменьшить большие потери. Как только это действие будет предпринято, перегрузка вернется к разумным уровням, и уравнения Эрланга могут быть использованы для определения того, сколько именно цепей действительно требуется.^[11]

Примером случая, который может привести к развитию такой системы с высокими потерями, может быть, если в телевизионной рекламе будет объявлен конкретный номер телефона, по которому нужно позвонить в определенное время. В этом случае по указанному номеру одновременно будет звонить большое количество людей. Если поставщик услуг не удовлетворил этот внезапный пиковый спрос, возникнет чрезмерная перегрузка трафика, и уравнения Эрланга нельзя будет использовать.^[11]

Смотрите также

• Спектральная эффективность системы (обсуждается емкость сотовой сети в эрлангах / МГц / ячейка)
• А. К. Эрланг
• Колл-центр
• Дискретно-событийное моделирование
• Формула Энгсета
• Язык программирования Erlang
• Распределение Erlang
• распределение Пуассона
• Смешанный трафик

Рекомендации

1. Как много? Словарь единиц измерения
2. Фриман, Роджер Л. (2005). Основы телекоммуникаций. Джон Вили. п. 57. ISBN  978-0471710455.
3. «Трафик, обрабатываемый в цепи или группе цепей», CCIF - XIV пленарная ассамблея, Монтрё, 26–31 октября: Международный телефонный консультативный комитет, 1946 г., стр. 60–62, HDL:11.1004 / 020.1000 / 4.237.43.en.1001
4. Brockmeyer, E .; Halstrøm, H.L .; Дженсен, Арне (1948), Жизнь и творчество А.К. Erlang (PDF), Труды Датской академии технических наук, 2, Akademiet for de Tekniske Videnskaber, архивировано с оригинал (pdf) 19 июля 2011 г.^(pp19-22)
5. Аллен, Арнольд (1978). Теория вероятностей, статистики и массового обслуживания: с приложениями информатики. Нью-Йорк: Academic Press. п. 184. ISBN  978-0120510504.
6. Гопин Цзэн (июнь 2003 г.), «Два общих свойства функции erlang-B, функции erlang-C и функции блокировки Engset», Математическое и компьютерное моделирование, Elsevier Science, 37 (12–13): 1287–1296, Дои:10.1016 / S0895-7177 (03) 90040-9
7. Мессерли, Э.Дж., 1972. «Доказательство свойства выпуклости формулы Эрланга B». Технический журнал Bell System 51, 951–953.
8. «Проектирование оптимальных голосовых сетей для бизнеса, правительства и телефонных компаний» Дж. Джеветта, Дж. Шраго, Б. Йомтова, TelCo Research, Чикаго, 1980.
9. Инаятулла, М., Уллах, Ф.К., Хан., А.Н., «Автоматизированная система измерения уровня обслуживания», IEEE-ICET 2006, 2-я Международная конференция по новым технологиям, Пешавар, Пакистан, 13–14 ноября 2006 г., стр. 230–237
10. Клейнрок, Леонард (1975). Системы массового обслуживания Том 1: Теория. п. 103. ISBN  978-0471491101.
11. «Кеннеди И., Школа электротехники и информационной инженерии, Университет Витватерсранда, личное общение». Архивировано из оригинал на 2003-05-01. Получено 2017-10-01.

Инструменты

• Онлайн-калькулятор на Erlang C от Университета Врие, Нидерланды
• Онлайн-калькулятор Erlang B с исходным кодом в C и JavaScript
• Надежный калькулятор на Erlang B от Университета Макмастера, Канада
• Erlang C с использованием электронных таблиц от Mitan Ltd.
• Расширенный калькулятор Erlang B с уравнением, технология Had2Know
• Общедоступный веб-калькулятор Erlang от Planisis - Новаторы в планировании
• Калькулятор Erlang C от агентств - включая среднее время ожидания

внешняя ссылка

• «Эрланг-Б и Эрланг-С» (Таблицы). Pentagon Computer Consultants Ltd.
• «Решение некоторых проблем теории вероятностей значимости автоматических телефонных станций» (PDF). Электроткекникерен. 13: 5. 1917. Архивировано с оригинал (PDF) 19 июля 2011 г.
• «Расчет Erlang против моделирования: учебник по двум методам укомплектования персоналом центра обработки вызовов для управления персоналом центра обработки вызовов» Стюарт Харрис, Portage Communications.