home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Internet Standards / CD2.mdf / ccitt / 1992 / e / e524.asc < prev    next >
Text File  |  1993-08-11  |  25KB  |  509 lines

  1.                                  
  2.                                  
  3.  
  4.                                    Fascicle II.3 _ Rec. E.524     5
  5.  
  6. All  drawings  appearing in this Recommendation have been  done  in
  7. Autocad.
  8.  
  9.  
  10.  
  11. Recommendation E.524
  12.                                  
  13.            OVERFLOW APPROXIMATIONS FOR NON_RANDOM INPUTS
  14.  
  15.  
  16. 1    Introduction
  17.  
  18.       This  Recommendation introduces approximate methods  for  the
  19. calculation  of  blocking probabilities blocking probabilities  for
  20. individual  traffic streams in a circuit group arrangement.  It  is
  21. based on contributions submitted in the Study Period 1984_1988  and
  22. is expected to be amended and expanded in the future (by adding the
  23. latest developments of methods).
  24.  
  25.       The  considered  methods are necessary complements  to  those
  26. included  in the existing Recommendation E.521 when it is  required
  27. to  take  into  account concepts such as cluster  engineering  with
  28. service  equalization, service protection and end_to_end  grade  of
  29. service.  Recommendation  E.521  is  then  insufficient  as  it  is
  30. concerned with the grade of service for only one non_random traffic
  31. stream in a circuit group.
  32.  
  33.       Design  methods  concerning  the  above_mentioned  areas  are
  34. subject  to further study and this Recommendation will serve  as  a
  35. reference when, in the future, Recommendation E.521 is complemented
  36. or replaced.
  37.  
  38.       In this Recommendation the proposed methods are evaluated  in
  39. terms  of  accuracy,  processing  time,  memory  requirements   and
  40. programming effort. Other criteria may be relevant and added in the
  41. future.
  42.  
  43.       The  proposed methods are described briefly in  2. Section  3
  44. defines  a  set  of  examples of circuit  group  arrangements  with
  45. exactly  calculated  (exact  resolution  of  equations  of   state)
  46. individual  blocking  probabilities, to which  the  result  of  the
  47. methods  can  be compared. This leads to a table in  4,  where  for
  48. each  method  the  important criteria are listed. The  publications
  49. cited  in  the  reference  section  at  the  end  contain  detailed
  50. information  about  the  mathematical background  of  each  of  the
  51. methods.
  52.  
  53.  
  54. 2    Proposed methods
  55.  
  56.      The following methods are considered:
  57.      a)Interrupted Poisson Process (IPP) method,
  58.      b)Equivalent Capacity (EC) method,
  59.      c)Approximative Wilkinson Wallström (AWW) method.
  60.  
  61. 2.1  IPP method
  62.  
  63.        IPP   (Interrupted  Poisson  Process)  (Interrupted  Poisson
  64. Process)  is a Poisson process interrupted by a random switch.  The
  65. on_/off_duration  of  the random switch has a negative  exponential
  66. distribution.  Overflow  traffic  from  a  circuit  group  can   be
  67. accurately  approximated by an IPP, since IPP  can  represent  bulk
  68. characteristics  of  overflow traffic. IPP  has  three  parameters,
  69. namely,  on_period intensity and mean on_/off_period durations.  To
  70. approximate overflow traffic by an IPP, those three parameters  are
  71. determined  so that some moments of overflow traffic will  coincide
  72. with those of IPP.
  73.  
  74.      The following two kinds of moment match methods are considered
  75. in this Recommendation:
  76.      _  three_moment  match method [1] _ where IPP  parameters  are
  77.         determined  so  that the first three moments  of  IPP  will
  78.         coincide with those of overflow traffic;
  79.      _  four_moment ratio match method [2] where IPP parameters are
  80.         determined so that the first moment and the ratios  of  the
  81.         2nd/3rd  and 7th/8th binomial moments of IPP will  coincide
  82.         with those of overflow traffic.
  83.  
  84.      To analyze a circuit group where multiple Poisson and overflow
  85. traffic streams are simultaneously offered, each overflow stream is
  86. approximated by an IPP. The IPP method is well suited  to  computer
  87. calculation. State transition equations of the circuit  group  with
  88. IPP inputs can be solved directly and no introduction of equivalent
  89. models  is  necessary. Characteristics of overflow traffic  can  be
  90. obtained from the solution of state transition equations. The  main
  91. feature  of  the  IPP  method  is that  the  individual  means  and
  92. variances of the overflow traffic can be solved.
  93.  
  94. 2.2  EC method
  95.  
  96.       The  EC  (Equivalent  Capacity) method (Equivalent  Capacity)
  97. method  [3]  does not use the traffic_moments but the  transitional
  98. behaviour of the primary traffic, by introducing a certain function
  99. r(n)  versus  the  equivalent capacity (n) of the partial  overflow
  100. traffic, as defined by the recurrent process:
  101.  
  102.                                                               (2_1)
  103.  
  104.  
  105. if   n   is   a   positive  integer  and  approximated  by   linear
  106. interpolation, if not.
  107.  
  108.        A   practical  approximation,  considering  the  predominant
  109. overflow congestion states only, leads to the equations:
  110.  
  111.                                                               (2_2)
  112.  
  113.  
  114. with:
  115.  
  116.                          Di(n) = 1 + ai                       (2_3)
  117.  
  118.  
  119. defining  the  equivalent  capacity (ni) of  the  partial  overflow
  120. traffic labelled i, and influenced by the mutual dependency between
  121. the partial overflow traffic streams.
  122.  
  123.      The mean value of the partial second overflow is:
  124.  
  125.                          Oi = ai p ri(ni)                     (2_4)
  126.  
  127.  
  128. where p is the time congestion of the overflow group.
  129.  
  130.       The  partial GOS (grade of service) equalization is fulfilled
  131. if:
  132.  
  133.                            ri (ni) = C                        (2_5)
  134.  
  135.  
  136. C being a constant to be chosen.
  137.  
  138. 2.3  AWW method
  139.  
  140.        The   AWW   (Approximative   Wilkinson   Wallström)   method
  141. (Approximative Wilkinson Wallström) method uses an approximate  ERT
  142. (Equivalent Random Traffic) model based on an improvement of Rapp's
  143. approximation.  The total overflow in traffic is split  up  in  the
  144. individual  parts by a simple expression, see Equations  (2_7)  and
  145. (2_9).  To calculate the total overflow traffic, any method can  be
  146. used. An approximate Erlang formula calculation for which the speed
  147. is independent of the size of the calculated circuit group is given
  148. in [4].
  149.  
  150.      The following notations are used:
  151.      M mean of total offered traffic;
  152.      V variance of total offered traffic;
  153.      Z V/M;
  154.      B mean blocking of the studied group;
  155.      mi,  vi,  zi,  bi   corresponding quantities for an individual
  156.         traffic stream;
  157.      ~  is used for overflow quantities.
  158.  
  159. 2.3.1Blocking of overflow traffic
  160.  
  161.       For  overflow calculations, an approximate ERT_model is used.
  162. By  numerical investigations, a considerable improvement  has  been
  163. found to Rapp's classical approximation for the fictitious traffic.
  164. The error added by the approximation is small compared to the error
  165. of the ERT_model. It is known that ERT underestimates low blockings
  166. when  mixing traffic of diverse peakedness [2]. The formula,  which
  167. was given in [4] (although with one printing error), is for Z > 1:
  168.  
  169.                     A*  V + Z(Z _ 1) (2 + gß)
  170.  
  171.  
  172. where
  173.  
  174.            g = (2.36 Z _ 2.17) log {1 + (z _ 1)/[M(Z + 1.5)]}
  175.  
  176.  
  177. and
  178.  
  179.                       ß = Z/(1.5M + 2Z _1.3)                  (2_6)
  180.  
  181.  
  182. 2.3.2Wallström formula for individual blocking
  183.  
  184.       There has been much interest in finding a simple and accurate
  185. formula  for the individual blocked traffic m£i. Already  in  1967,
  186. Katz [5] proposed a formula of the type
  187.  
  188.                                                               (2_7)
  189.  
  190.  
  191. with  w  being  a  suitable expression. Wallström proposed  a  very
  192. simple one but with reasonable results [6], [2]:
  193.  
  194.                             w = 1 _ B                         (2_8)
  195.  
  196.  
  197.       One  practical  problem  is, however,  that  a  small  peaked
  198. substream could have a blocking bi > 1 with this formula. To  avoid
  199. such unreasonable results a modification is used in this case.  Let
  200. zmax be the largest individual zi.
  201.  
  202. Then the value used is
  203.  
  204.                                w =                            (2_9)
  205.  
  206.  
  207. 2.3.3Handling of overflow variances
  208.  
  209.       For  the  calculation of a large network  it  would  be  very
  210. cumbersome  to  keep track of all covariances. The normal  case  is
  211. that the overflow traffic from one trunk group is either lost or is
  212. offered to a secondary group without splitting up. Therefore it  is
  213. practical  to  include  covariances  in  the  individual   overflow
  214. parameters   so  that  they  sum up  to  the  total  variance.  The
  215. quantities vi are obtained from the total overflow variance   by  a
  216. simple splitting formula:
  217.  
  218.                                                              (2_10)
  219.  
  220.  
  221.       One  can  prove that Wallström's splitting formula (2_8)  and
  222. formula  (2_10)  together with the ERT_model  satisfies  a  certain
  223. consistency  requirement. One will obtain the same values  for  the
  224. individual blocked traffic when calculating a circuit group of N1 +
  225. N2  circuits  as  when calculating first the N1 circuits  and  then
  226. offering the overflow to the N2 circuits.
  227.  
  228.       Since  the  individual variances are treated in this  manner,
  229. they are not comparable with the results reported in Table 2/E.524.
  230.  
  231.  
  232. 3    Examples and criteria for comparison
  233.  
  234.       The  defined  methods are tested by calculating the  examples
  235. given in Table 1/E.524.
  236.  
  237.      The calculation model is given in Figure 1/E.524.
  238.  
  239.      For comparison, the following criteria are established:
  240.      _  accuracy  of  the overflow traffic mean and variance  (mean
  241.         and standard deviation),
  242.      _  computational    criteria    (processor    time,     memory
  243.         requirements, programming effort).
  244.                                  
  245.                                  
  246.                    Figure 1/E.524 - T0200630-87
  247.                                  
  248.                                  
  249.                                  
  250.                                  
  251.                                  
  252.                                  
  253.                           TABLE 1a/E.524
  254. Exactly calculated mean and variance of individual overflow traffic
  255.                 _ Three first choice circuit groups
  256.                                                                 
  257. Case  A1   A2    A3   a1   a2   a3   A0     N   O0   O1   O2   O3
  258.                                                                 
  259.                                                                 
  260.       N1   N2    N3   Z1   Z2   Z3              V0   V1   V2   V3
  261.                                                                 
  262.      7.03 26.6  64.1 3.00 3.00 3.00              _  0.43 0.74 1.09
  263.  1    6    88    69    3    1   0                    37   90    1
  264.       5    28    70  1.57 3.02 4.52   _    11    _  0.76 2.11 4.44
  265.                        3    2   7                    56   0     1
  266.      7.03 26.6  64.1 3.00 3.00 3.00              _  0.11 0.27 0.49
  267.  2    6    88    69    3    1   0                    49   58   44
  268.       5    28    70  1.57 3.02 4.52   _    16    _  0.24 0.73 1.91
  269.                        3    2   7                    36   28    1
  270.      7.03 26.6  64.1 3.00 3.00 3.00              _  0.01 0.02 0.06
  271.  3    6    88    69    3    1   0                    369 846   627
  272.       5    28    70  1.57 3.02 4.52   _    25    _  0.02 0.06 0.22
  273.                        3    2   7                    041 461   05
  274.      7.03 10.1  13.2 3.00 5.00 7.00              _  0.74 1.26 1.78
  275.  4    6    76    50    3    3   2                    59   2     5
  276.       5     6     7  1.57 1.56 1.55   _    14    _  1.19 2.29 3.62
  277.                        3    7   9                     3   2     4
  278.      7.03 10.1  13.2 3.00 5.00 7.00              _  0.28 0.48 0.68
  279.  5    6    76    50    3    3   2                    84   57   32
  280.       5     6     7  1.57 1.56 1.55   _    19    _  0.46 0.90 1.46
  281.                        3    7   9                    36   89    0
  282.      7.03 10.1  13.2 3.00 5.00 7.00              _  0.03 0.05 0.08
  283.  6    6    76    50    3    3   2                    570 915   237
  284.       5     6     7  1.57 1.56 1.55   _    26    _  0.05 0.10 0.16
  285.                        3    7   9                    358  26   21
  286.      7.03 32.3  77.6 3.00 5.00 7.00              _  0.45 1.17 2.34
  287.  7    6    95    17    3    2   1                    16   6     4
  288.       5    31    77  1.57 3.02 4.51   _    16    _  0.74 3.46 10.3
  289.                        3    9   1                    34   6     9
  290.      7.03 32.3  77.6 3.00 5.00 7.00              _  0.15 0.42 0.97
  291.  8    6    95    17    3    2   1                    38   94   39
  292.       5    31    77  1.57 3.02 4.51   _    23    _  0.24 1.20 4.21
  293.                        3    9   1                    27   0     9
  294.      7.03 32.3  77.6 3.00 5.00 7.00              _  0.01 0.03 0.10
  295.  9    6    95    17    3    2   1                    303 984   06
  296.       5    31    77  1.57 3.02 4.51   _    35    _  0.18 0.09 0.36
  297.                        3    9   1                    41  378   90
  298.      64.1 32.3  13.2 3.00 5.00 7.00              _  1.15 1.45 1.32
  299.  10   69   95    50    0    2   2                     7   6     0
  300.       70   31     7  4.52 3.02 1.55   _    15    _  4.44 4.25 2.85
  301.                        7    9   9                     2   6     0
  302.      64.1 32.3  13.2 3.00 5.00 7.00              _  0.55 0.58 0.47
  303.  11   69   95    50    0    2   2                    64   49   49
  304.       70   31     7  4.52 3.02 1.55   _    21    _  2.02 1.67 1.02
  305.                        7    9   9                     6   5     3
  306.      64.1 32.3  13.2 3.00 5.00 7.00              _  0.06 0.05 0.03
  307.  12   69   95    50    0    2   2                    907 265   848
  308.       70   31     7  4.52 3.02 1.55   _    32    _  0.21 0.12 0.07
  309.                        7    9   9                    67   95   165
  310.      7.03 26.6  64.1 3.00 3.00 3.00            0.40 0.50 0.82 1.16
  311.  13   6    88    69    3    1   0               64   38   74    0
  312.       5    28    70  1.57 3.02 4.52 3.00   13  0.55 0.85 2.24 4.57
  313.                        3    2   7     0         78   66   3     4
  314.      7.03 26.6  64.1 3.00 3.00 3.00            0.14 0.18 0.33 0.57
  315.  14   6    88    69    3    1   0               60   40   84   29
  316.       5    28    70  1.57 3.02 4.52 3.00   18  0.19 0.30 0.87 2.16
  317.                        3    2   7     0         92   43   79    3
  318.                                                                 
  319.                                  
  320.                                  
  321.                       TABLE 1a/E.524 (cont.)
  322.                                                                  
  323. Case  A1    A2   A3   a1   a2   a3    A0    N   O0   O1   O2    O3
  324.                                                                  
  325.                                                                  
  326.       N1    N2   N3   Z1   Z2   Z3              V0   V1   V2    V3
  327.                                                                  
  328.      7.03  26.6 64.1 3.00 3.00 3.00            0.01 0.01 0.03  0.07
  329.  15    6    88   69    3    1    0              170  506  086   035
  330.        5    28   70  1.57 3.02 4.52  3.00  28  0.01 0.02 0.06  0.22
  331.                        3    2    7     0        472  218  861   87
  332.      7.03  32.3 77.6 3.00 5.00 7.00            0.12 0.44 1.15  2.30
  333.  16    6    95   17    3    2    1              53   51    6     4
  334.        5    31   77  1.57 3.02 4.51  1.00  17  0.13 0.72 3.36  10.1
  335.                        3    9    1     0        92   66    6     0
  336.      7.03  32.3 77.6 3.00 5.00 7.00            0.04 0.15 0.42  0.96
  337.  17    6    95   17    3    2    1              250  36   75    74
  338.        5    31   77  1.57 3.02 4.51  1.00  24  0.04 0.24 1.18  4.14
  339.                        3    9    1     0        696  09    3     8
  340.      7.03  32.3 77.6 3.00 5.00 7.00            0.00 0.01 0.05  0.12
  341.  18    6    95   17    3    2    1             4542  687  106   82
  342.        5    31   77  1.57 3.02 4.51  1.00  35  0.00 0.02 0.12  0.47
  343.                        3    9    1     0       4891  398  14    51
  344.      64.1  32.3 13.2 3.00 5.00 7.00            1.76 1.25 1.65  1.63
  345.  19   69    95   50    0    2    2               1    1    4     0
  346.       70    31    7  4.52 3.02 1.55  9.00  21  3.05 4.51 4.40  3.10
  347.                        7    9    9     0         2    7    6     3
  348.      64.1  32.3 13.2 3.00 5.00 7.00            0.67 0.65 0.73  0.64
  349.  20   69    95   50    0    2    2              61   01   89    27
  350.       70    31    7  4.52 3.02 1.55  9.00  28  1.25 2.22 1.95  1.27
  351.                        7    9    9     0         3    5    6     9
  352.      64.1  32.3 13.2 3.00 5.00 7.00            0.06 0.09 0.07  0.06
  353.  21   69    95   50    0    2    2              219  577  978   069
  354.       70    31    7  4.52 3.02 1.55  9.00  40  0.10 0.28 0.18  0.10
  355.                        7    9    9     0        54   84   87    99
  356.                                                                  
  357.                                  
  358.                                  
  359.                           TABLE 1b/E.524
  360. Exactly calculated mean and variance of individual overflow traffic
  361.                  _ Two first choice circuit groups
  362.                                                                
  363.   A1     N1      A2     N2      N      O1      V1     O2      V2
  364.                                                                
  365.                                                                
  366.  8.2     5      30.0    30      10   0.6155  1.1791 1.1393  3.4723
  367.                                 5    1.8068  3.2634 2.4656  7.4312
  368.                                 21   0.0188  0.0304 0.0485  0.1240
  369.                                 14   0.2108  0.3898 0.4624  1.3701
  370.                                                                
  371.                                                                
  372.                 14.3    7       22   0.0470  0.0771 0.0929  0.1983
  373.                                 16   0.3743  0.6602 0.7546  1.7626
  374.                                 12   0.9282  1.6137 1.8320  4.2120
  375.                                 7    2.0023  3.2718 4.0953  7.8064
  376.                                                                
  377.                                                                
  378.                 42.0    37      27   0.0230  0.0354 0.0978  0.2984
  379.                                 19   0.2136  0.3683 0.8356  2.9450
  380.                                 8    1.4984  2.6161 4.4363  14.601
  381.                                                               8
  382.                                 13   0.6940  1.2375 2.4148  8.4923
  383.                                                                
  384.                                                                
  385.  30.0    30     14.3    7       25   0.0653  0.1613 0.0541  0.1112
  386.                                 18   0.4664  1.2990 0.4662  1.0879
  387.                                 12   1.3746  3.9321 1.7390  4.0015
  388.                                 7    2.4255  6.9941 3.8063  7.6277
  389.                                                                
  390.                                                                
  391.  8.2     5      67.9    65      30   0.0160  0.0242 0.0979  0.3548
  392.                                 20   0.1839  0.3141 0.9739  4.1953
  393.                                 14   0.5385  0.9676 2.4438  10.720
  394.                                                               8
  395.                                 8    1.3598  1.4401 4.7035  19.710
  396.                                                               9
  397.                                                                
  398.                                                                
  399.  51.5    54     14.3    7       27   0.0735  0.2239 0.0399  0.0802
  400.                                 19   0.6404  1.2499 0.4699  1.1030
  401.                                 13   1.4033  5.0795 1.3609  3.2229
  402.                                 7    2.5873  9.6136 3.6744  7.5139
  403.                                                                
  404.                                  
  405.                                  
  406.                           TABLE 1c/E.524
  407. Exactly calculated mean and variance of individual overflow traffic
  408.                  _ One first choice circuit group
  409.                                                                
  410.   A1     N1      A0             N      O1      V1     O0      V0
  411.                                                                
  412.                                                                
  413.  8.2     5      4.0             16   0.0499  0.0872 0.0331  0.0479
  414.                                 11   0.4859  0.9154 0.3494  0.5382
  415.                                 9    1.1692  2.1202 0.9011  1.3274
  416.                                 5    2.1422  3.5883 1.8018  2.3694
  417.                                                                
  418.                                                                
  419.  30.0    30                     20   0.0601  0.1565 0.0167  0.023
  420.                                 13   0.5804  1.7427 0.1990  0.3062
  421.                                 9    1.3997  4.2546 0.5988  0.9338
  422.                                 5    2.5579  5.6196 1.5661  2.1991
  423.                                                                
  424.                                                                
  425.  51.5    54                     22   0.9751  0.2497 0.0144  0.0197
  426.                                 15   0.5141  1.8924 0.1209  0.1819
  427.                                 10   1.8820  5.3004 0.4297  0.6790
  428.                                 5    2.4294  3.2974 1.1450  1.7255
  429.                                                                
  430.  
  431.  
  432. 4    Summary of results
  433.  
  434.       The  available  methods  and the  performance  measures  with
  435. respect to the criteria are listed in Table 2/E.524.
  436.                                  
  437.                                  
  438.                            TABLE 2/E.524
  439.            Comparison of different approximation methods
  440.                                            
  441. Functi  Input  Outpu                  Comparison
  442.    ons           t                         
  443.                  
  444.                                                         
  445.                Highe  Overflow traffic error      Computational
  446.                 st                                   effort
  447.         Requi  momen                                    
  448.          red   ts of     Mean       Variance
  449.         highe                           
  450.           r
  451.         momen  overf                                  Memor  Progr
  452.          ts     low  Mean   Stan  Mean   Stan  Proce    y     am-
  453. Method         traff        dard         dard  ssor   requi  ming
  454.                 ic          devi         devi  time    re-   effor
  455.                             atio         atio         ments    t
  456.                               n            n
  457. IPP                                                            
  458. method                                                         
  459.                                                                
  460.                                                                
  461. a) 3      3      3     _    0.05    _    0.09                  
  462. moment               0.00    85   0.02    22                   
  463. match                 45           10      
  464.                                     
  465.                                                                
  466. b) 4      8          0.00   0.02    _    0.03                  
  467. moment                08     55   0.00    73                   
  468. ratio                              53      
  469.                                     
  470.                                                                
  471. EC        1      1     _    0.15                               
  472. method               0.06    27                                
  473.                       61      
  474.                        
  475.                                                                
  476. AWW       2      2     _    0.16                               
  477. method               0.04    47                                
  478.                       48      
  479.                        
  480.      
  481.      
  482.           References
  483.  
  484. [1]  MATSUMOTO  (J.)  and  WATANABE (Y.):  Analysis  of  individual
  485.      traffic  characteristics  for queuing  systems  with  multiple
  486.      Poisson  and  overflow inputs. Proc. 10th  ITC,  paper  5.3.1,
  487.      Montreal, 1983.
  488.  
  489. [2]  RENEBY  (L.):  On  individual and overall losses  in  overflow
  490.      systems. Proc. 10th ITC, paper 5.3.5, Montreal, 1983.
  491.  
  492. [3]  LE   GALL  (P.):  Overflow  traffic  combination  and  cluster
  493.      engineering. Proc. 11th ITC, paper 2.2B_1, Kyoto, 1985.
  494.  
  495. [4]  LINDBERG  (P.),  NIVERT, (K.), SAGERHOLM,  (B.):  Economy  and
  496.      service  aspects  of  different designs of  alternate  routing
  497.      networks. Proc. 11th ITC, Kyoto, 1985.
  498.  
  499. [5]  KATZ  (S.):  Statistical performance analysis  of  a  switched
  500.      communications network. Proc. 5th ITC, New York, 1967.
  501.  
  502. [6]  LINDBERGER  (K.):  Simple approximations  of  overflow  system
  503.      quantities  for additional demands in the optimization.  Proc.
  504.      10th ITC, Montreal, 1983.
  505.  
  506.  
  507.  
  508.  
  509.