拨号上网接入性能的测试与分析

01070801

摘　要：　在实际测量的基础上，分析了拨号上网接通率低的因素，给出了解决方案，并通过理论分析与计算机仿真，提出了接入服务器所应采取的合理的集中比。
关键词：　拨号上网　接入服务器　性能　仿真　集中比　　
一、问题的提出
　　目前用户使用Internet，一般通过两种方式接入：专线与拨号接入。用户通过PSTN拨号上网，均需通过接入服务器。拨号上网的接通率是ISP的一项重要服务指标，它与接入服务器的配置密切相关。如何提高拨号上网的接通率，这是当前ISP所面临的问题之一。为此，需分析影响接通率的主要因素，并确定接入服务器所应采取的合适的集中比，即接入端口数与拨号上网用户数的适当比例。下文将通过实际测量与理论分析，对这两个问题作出回答。　　
二、分析影响拨号上网接通率的主要因素　　
1．影响接通率的主要因素
　　用户在拨号上网的过程中，会有两个因素导致他们无法接入Internet，即：
        ·PSTN本身的阻塞率
　　由于拨号用户是通过市话网连接到接入服务器的，因此肯定会存在这样的情况，即因为没有通往接入服务器的空闲的市话中继，而导致呼损的发生。这种情况随着拨号用户的增加，市话网中话务量的增大，有逐渐增大的趋势。
·接入服务器的端口数不够
　　接入服务器的端口数目是有限的，所以当所有接入服务器的端口都忙时，也会导致用户无法连接到Internet。
　　针对不同的因素应该采取不同的应对策略，所以区分这两种呼损因素就成为提高接通率的首要问题。以下就广东及北京163网上所做的典型测试加以分析。　　
　　2．接通率与接入服务器端口利用率的测量与分析　　
       ·北京163网拨号接通率测试数据如下：
　　1999年12月2日晚8：00—9：00，测试总次数为120次，其中成功93次，失败27次，拨号上网成功率为0．775。而同一时段，拨号服务器所连接的汇接局给出的统计结果是，拨号上网接通率为0．899。由于拨号测试是在某一端局上做的，其中的呼损包括了接入服务器和市话网两部分造成的呼损，而汇接局直接连到接入服务器，它给出的呼损就是拨号服务器的自身的呼损，两相比较后可明显看出，有一部分拨号上网用户在市话网中受阻。
　　同年12月7日下午1：00—2：00，测试总次数依然为120次，其中成功次数103次，失败次数17次，拨号上网的成功率为0．858。而同一时段，汇接局给出的统计结果是拨号上网接通率为0．93，同样有一部分拨号呼叫损失在市话网中。
　　·广东省163网接入服务器利用率测试数据如下：
　　测试时间1999年7月某一星期，测试的时间间隔为1小时，测试总次数为168次，结果示于表1。

    从统计数据中看到，拨号服务器端口的最大利用率为0.69,而此时测得的用户拨号上网接通率却达不到80%,这也同样说明了由于市话网的原因,部分用户上网呼叫,在市话网中出现呼损。
三 拨号用户上网时长的统计
    从广东省网管中心获得的在关拨号用户上网时长的统计数据，示于表2与图1中。

　　从中可以发现，用户拨号上网的时长分布很广，呈现出明显的重尾巴（heavy－tail）分布特征［1］，也就是拨号上网时长的概率分布可以用对数正态（log－normal）曲线来近似［1］。平均时间为1396．999秒，约合23．23分钟。这超过了普通电话用户一次呼叫的平均通话时长（3分钟左右），最大值高达80692秒，约合22．41小时。由于市话网是按照电话用户产生的话务量来设计的，所以，当拨号上网用户将其产生的如此大的话务量加到市话网中时，必然会导致市话中继负荷的提高与呼损的增加。　　
四、拨号上网对电话网性能产生的影响　　
　　我们以一个拥有10 000个用户的端局为例，若其中有2 000个用户为拨号上网用户，每次上网的平均时长为24分钟，忙时的平均上网次数为0．15次／小时 ／用户（实际可能大于此假定值），那么拨号上网给电话网带来的新增业务量为2000 ×24×0．15／60＝120erl。设电话用户平均打电话的时间为3分钟，忙时的呼叫次数为2次／小时／用户，电话网原话务量为10000×3×2／60＝1000erl，假设原电话网的呼损为0．01，则通过计算可得出，在加入拨号上网的话务量后，呼损变为0．09 。可见呼损的增加程度还是很大的。　　
五、接入服务器性能分析与计算机仿真　　
1．仿真的模型　　
　　抛开电话网不计，我们对接入服务器的性能（呼损）做一分析。假设用户拨号上网的到达过程符合Possion，上网的时长呈现重尾巴分布的特征，但无法用确切的数学式子表达，则可将这一过程抽象为一个符合M／G／n／n的排队模型。对于这一模型，目前尚难以作出精确的数学分析，所以只好利用计算机仿真。但是如果服务者数目n超过100时，进行计算机仿真耗时是相当惊人的，所幸的是根据已有的分析结果［2］，通常可将一个M／G／n／n的系统近似为一个M／M／n／n的系统，这样就可以使用爱尔兰公式来计算系统的呼损了。采用M／M／n／n来近似M／G／n／n会有多大的误差呢？以下是笔者利用计算机仿真所得到的若干有关M／G／n／n模型的结果。
　　仿真1：G的分布取为对数正态分布，系统的利用率取为0．8，服务者数目n的取值为10。仿真结果如图2所示，系统稳定后的呼损为0．123。而通过查爱尔兰公式表得到在相同利用率与相同服务者数目的条件下，M／M／n／n的呼损为0．122，结果很接近。

　　仿真2：G的分布为n阶爱尔兰分布，系统的利用率取0．9，服务者数目为30。仿真结果如图3所示，系统稳定后的呼损为0．0811，而通过查爱尔兰公式表得到在相同利用率、、相同服务者数目的条件下，M／M／N／N的呼损为0．0818，结果依然很接近。

　　仿真3：G的分布为Chi－square分布，系统的利用率取0．95，服务者数目为50，仿真结果如图4所示。系统稳定后呼损为0．0797，而通过查爱尔兰公式表得到在相同利用率、相同服务者数目的条件下，M／M／n／n的呼损为0．078176，结果依然很接近。

　　由此得出结论：对于M／G／n／n系统而言，其呼损可以用M／M／n／n系统的爱尔兰公式来近似，两者的误差甚小。　　
2．实际应用
　　有了上述结论，对一个有m个拨号用户的系统，应该配备多少个接入服务器端口（即接入服务器的集中比）才能保证一定的服务质量（呼损不超过某个值），就有了计算的依据。以下通过具体的实例来说明。
　　以广州市163网的拨号用户为例，广州市在1999年7月163拨号用户数为61000人，通过测试得到如下数据：用户平均上网到达率为1．43次／秒，用户平均每次上网的时长为1396秒，95％的置信区间为40（所谓95％置信区间就是指用户每次平均上网的真实时长有95％的可能性在（1396－40）秒到（1396＋40）秒之间）。与此对应，拨号用户产生的总的话务量为1941到2056爱尔兰。根据M／M／n／n／的计算公式可得出在给定呼损大小后，话务量为1941及2056爱尔兰条件下需要配备的服务者（端口数）数目。设呼损的大小取为0．05，那么对应于1941爱尔兰话务量，需要配备的端口数目为1861个，集中比为1861／61000＝1：32．8，对应于2056爱尔兰话务量，需要配备的端口数目为1970，集中比为1970／61000＝1：31，若取呼损的大小为0．1，那么对应于1941爱尔兰话务量，需配备的端口数目为1756，集中比为1756／61000＝1：34．7，对应于2056爱尔兰话务量，需配备的端口数目为1860，集中比为1860／61000＝1：32．8。由上述数据可见接入服务器的集中比取为1：30应该是比较理想的。但应指出上述用户上网平均到达率仅是一个长时间内的平均值，实际上忙时到达率会大于该值，因此在实际配置时尚应留有一定的余量，例如1：20。
六、结论与建议　　
　　1．PSTN是引起拨号上网呼损增加的重要因素之一，应该采取相应措施加以解决　　
　　从上文可以看到，由于PTSN是为电话用户的使用特性所设计的，当有大量用户拨号上网时，给原有网络增加了一部分额外的话务量，从而使得PSTN的服务质量下降。这一方面使得拨号用户上网在PTSN中产生了较高的呼损（并非由接入服务器造成）；另一方面也影响了原电话用户的使用。因此为减少拨号用户在PSTN中的呼损，可采取以下措施：
　　·上网用户多的端局，不通过汇接局而直接通过专用中继线连到接入服务器；
        ·将接入服务器分散，其中部分下移到拨号上网用户多的端局；
        ·使用宽带接入方式。
　　对于那些上网用户数目较少的端局，由于电话网的设计是留有一定余量的，就没有必要采用以上的方式。对于某些端局，可采用由端局直连少量专用中继与仍通过汇接接入相结合的方案，达到最佳的效果。具体采取什么方案，应该在充分了解了端局用户的情况后（比如所连接的拨号上网用户数，实际产生的上网业务量等），因地制宜地采取相应的措施。　　
2．接入服务器的配置可在使用爱尔兰公式的基础上采用合理的集中比　　
　　如上文所述，接入服务器的集中比取1：30到1：20，这是根据广州市1999年7月拨号用户上网状况所得到的一个可供参考的选择。但这也与用户数的多少、业务量的特性密切相关。仍以广州市拨号用户为例，改变用户上网强度（如爱尔兰数、平均上网时间、或者平均上网次数），取接入服务器引起的呼损为5％，此时集中比与用户上网强度之间有如图5所示的关系。
　　从图中可以看到，随着业务量强度的增大，集中比应该相应地减小。总之，通过正确采集相应的数据，就可以计算出一个合理的集中比，这对网络的规划与建设意义重大。

　　另外，以上所涉及的计算都是在理想情况下进行的，而实际中，会有一些异常情况出现。比如某些接入服务器不能保证全部的端口均能正常工作，这将会导致实际有效端口数的减少，从而造成接通率的下降。所以需要把各种因素全盘考虑在内，才能配置出合理的集中比。