Управленеи качеством связи при минимизации издержек

    Введение.

    Связь – одна из наиболее динамично развивающихся  отраслей инфраструктуры современного общества. Этому способствуют постоянный рост спроса на услуги связи и информацию, а также достижения научно-технического прогресса в области электроники, волоконной оптики и вычислительной техники.

    Сегодня, развитие фиксированной телефонии  заключается не только в повышении  качества передачи голоса, но и в  обеспечении доступа к интегрированным  мультимедийным  сервисам с помощью  высокоскоростных сетей передачи данных, в частности Интернет. Эта услуга  твердо завоевывает своего клиента в Пермском крае. Об этом могут свидетельствовать некоторые статистические показатели одной из ведущих телекоммуникационных компаний ОАО «Уралсвязьинформ»: количество абонентов широкополосного доступа в интернет в период с 30.09.2008 по 30.09.2009 возросло с 462,3 тысяч человек до 688,4 тысяч. Трафик передачи данных увеличился с 6154 Тб до 24589,3 Тб. Доходы от услуги сети Интернет и передача данных за 2009 г. составили 987,7 млн рублей это на 29% больше чем сумма доходов за 2008 г.

    Общий рост доходов компании обусловлен, прежде всего, от:

  • увеличение оказания услуг по передачи данных и доступа в интернет
  • роста количества пользователей
  • объема предоставляемых услуг

Доля  выручки от услуг сети  Интернета и передачи данных за 2009 г. составила 13% от общей выручки. Больше приносит только мобильная связь и местная телефония – 31% и 25% соответственно. Но надо учитывать, что последние две услуги компания предлагает уже давно.

    Демонополизация и либерализация в области связи, появление множества операторов связи на территории России (только на уральском рынке работает более 190 провайдеров), вынуждает компании более тщательно избирать стратегии развития своего бизнеса. Одним из наиболее важных аспектов успешного развития предприятия является качество предоставляемых услуг. Качество услуг всегда было существенной частью при оценке деятельности предприятия связи. Высокое качество услуг не возникает само собой, оно может быть достигнуто на всех этапах разработки и создания системы связи и в процессе ее функционирования. Проблема качества, непроста во все времена, особо остро стоит сейчас. В период кризиса, когда предприятия сталкиваются с большими трудностями, сокращением производства назревает вопрос: о каком же качестве может идти речь в такой ситуации? Лишь бы выжить, не допустить окончательного развала индустрии. В том то и дело, что именно качество – это ключ, которым, как показывает опыт многих стран, открывают двери выхода из кризиса.

    Степень развития общества характеризуется объемом передаваемой информации. Электросвязь, как  составная часть государственной инфраструктуры предназначена для удовлетворения потребностей населения, государственного управления, промышленности, сельского хозяйства в услугах связи.

    Продукция часто отстает по уровню качества, а устаревшее оборудование не позволяет  предложить клиенту современные  виды услуг. Для выполнения требований необходимо проводить модернизацию техники, уметь выбрать и размещать  средства связи, организовать их работу с наименьшими для отрасли затратами. Высокое качество продукции и обслуживание при невысокой цене становится необходимым условием выживанием и успеха на рынке.

    Предприятия могут жить и развиваться только при условии, что покупатель заинтересован в их продукции и покупает ее. Сегодня не производители диктуют покупателям, а, наоборот, покупатели определяют, какую продукцию они хотят иметь и сколько готовы платить. Когда у клиента есть выбор, он предъявляет конкретные требования, которые весьма разнообразны у различных категорий потребителей. Стратегические расчеты, касающиеся требуемого уровня качества продукции, разработка и внедрение новых подходов в работе с клиентом, ожидаемый спрос на продукцию, все это может оказать существенное влияние на положение предприятия в будущем.

    При той ситуации, когда возрастает количество абонентов, компания провайдер будет вынуждена увеличивать расходы на содержание и эксплуатация своего оборудования, что будет неизбежно влиять на выручку компании, причем не лучшую сторону. Данный фактор приводит к необходимости снижать тарифы в ближайшем будущем, увеличивать капитальные вложения на внедрение новых технологий с целью быстрого предоставления новых услуг и быстрого восстановления в случае их прерывания. Так же существует необходимость поддерживать качество передачи данных на высоком уровне. Так как удержание старых клиентов в настоящее время предпочтительней,  нежели поиск новых. Из всего сказанного можно сделать вывод, что необходимо минимизировать издержки, в том числе и при передаче данных.   
 
 
 
 
 
 
 

    Глава 1. Описание предметной области.

 Рисунок 1.

          На рисунке 1 показана смоделированная схема деления каналов передачи данных. Дуги 1 – 5 являются оптоволоконными сетями, по которым постоянно происходит обмен информацией между узлами различного уровня. Каждая дуга характеризуется объемом и физической пропускной способностью линии. Трафик, двигаясь по дугам, попадает в узлы связи, в которых он делиться по разным видам оконечного оборудования ( широкополосный доступ, коммутируемый доступ).

    В разное время суток трафик передачи данных ведет себя по-разному, т.к он на прямую зависит от интенсивности пользования сети. Следовательно, существуют пиковые моменты нагрузки сети. Они прямо пропорционально влияют на работу оконечного оборудования. 

    Диаграмма 1. Динамика общего трафика.

      

 Из динамики общего трафика за неделю видно, что максимальная нагрузка на сеть приходится на выходные дни и вечернее время. При максимальных значениях трафика зачастую ухудшается качество передачи данных. При анализе трафика необходимо знать средние значения для оптимального принятия технических решений в выборе оборудования.

    Диаграмма 2. Максимальные и средние значения трафика.

     Из графика видно, в некоторые моменты времени максимальные, и средние значения трафика могут быть выше допустимой монтируемой пропускной способности канала. Это может повлечь за собой проблемы качества при передаче данных.

     Из  всего вышеизложенного можно  сделать вывод, что для корректной работы сети передачи данных существует необходимость определить оптимальный физический объем канала передачи данных исходя из принципа минимизации издержек складывающихся из:

  • Затрат на поддержание работоспособности канала связи
  • Упущенной выгоды от недостатка пропускной способности канала (в пиковые и средние моменты нагрузки на канал)
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Глава 2. Применяемый метод.

     Для определения оптимального физического  объема канала связи возможно использование  метода пространства состояния. Метод пространства состояния основан на результатах теории множеств. Основной результат этой теории — теорема о размерности, в одной из интерпретаций формулируема так:

     Теорема 1. Пространство, оси которого полностью ориентированы друг относительно друга (т. е. качественно отличаются одна от другой) — не более чем 3-х мерно. Эта теорема интерпретируется, как 3-х мерность пространства состояний управляемого объекта.

     Представленный  в курсовой работе технологический  процесс характеризуется тремя  различными параметрами:

     а) параметр качества (разница объема и физической пропускной способностью канала)

     б) (главный) параметр управления

     в) экономический параметр.

     Общая статистическая диаграмма управления такова, как указано на рис. 2. Для  каждого конкретного технологического процесса конкретно определяется содержание отображаемых параметров и нормирование единиц измерения одномерных подпространств (для параметра управления по приближённой модели процесса). Описав метод решения, сформулируем конкретные задачи, которые можно будет решить.  Данный метод приложим к широкому ряду технологических процессов. 

     

       

     Структура системы управления каналами связи соответствует     общезначимой 6 – ти уровневой организации АСУТП.

     1-й уровень. Пропуск трафика.

     2-й  уровень. Единичный маршрут (определение коэффициента заполнения, ежедневно, и ежедневной выручки).

     3-й  уровень. Отдельные тарифные планы.

     4-й  уровень. Отдельная хозяйственная единица (отдельный территориальный узел электросвязи, цех, участок). Определение оптимального распределения плотности информационного потока, маршрутизация сети.

     5-й  уровень. Прогнозирование и планирование объема передачи данных. Экономический учёт издержек при организации передачи данных, в т. ч. основных фондов, при заданном плане доходов и ценовой политике.

     6-й  уровень. Ценовая политика. Принятие управленческих решений.

    Требуется с помощью метода пространства состояния определить разницу между объемом  канала и его физической пропускной способностью. Также необходимо отобразить графически взаимосвязь возможности упущенной выгоды и расходы на функционирование, и ремонт оборудования.

     Задача  а). Предположим, что канал связи (дуга 4) не справляется с объемом  данных. Следовательно, существует необходимость расширения данного канала. Для его расширения необходимо знать, какая пиковая и средняя нагрузка использования этого канала возможна. Данная задача носит глобальный характер, требует больших финансовых вложений и должна быть включена в инвестиционный план развития компании.

     Задача  б). Прокладка нового канала связи (дуга 6). Необходимо рассчитать вес этой дуги исходя из теории графов.

     Задача  в). Смысл данной задачи схож с задачей  а), разница заключается в том, что необходимо расширять логический объем канала (например, увеличение пропускной способности серверов DSL).   Эта задача является локальной, т.е. решаемой на местном уровне, при помощи малых инвестиционных проектов (МИП). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Глава 3. Приложение абстрактного метода к задачам.

    В данной главе применяем метод пространства состояния на предприятии связи. Из рис 1. дуга 4 не справляется с объемом передачи данных, ухудшается качество услуги, следовательно, ставим задачу расширения магистрального канала связи.  Для этого анализируем нагрузки сети (дуги 4):

  1. Проводим мониторинг трафика, за какой либо период времени (неделя, сутки, час).
  2. Отслеживаем, количество сбоев, за какой либо период времени (неделя, сутки, час).
  3. Выявляем технические параметры модернизации магистральной линии с учетом перспективы дальнейшего развития телекоммуникационной сферы. 

Проанализировав ситуацию нагрузки сети, занесем данные в таблицу.

Таблица 1. Сводная таблица.

    Описание  значений таблицы.

  1. Время суток (по часам) за которое проводился мониторинг трафика.
  2. Коэффициент заполнения сети определен как отношение максимального значения трафика за период к монтируемой пропускной способности. Средние показатели нагрузки сети не актуальны, т.к. развитие телекоммуникационного комплекса идет большими темпами, поэтому использованы максимальные значения.
  3. Себестоимость на 1 км определена следующим образом: смоделированы  затраты на поддержание работоспособности сети (содержание, техническое обслуживание, ремонт, материальные затраты) составляют 300 ед. Протяженность магистрали составляет 150 км. Определена себестоимость одного километра: 300/150=2 ед, из этого сделан расчет себестоимости на 1 км при определенном коэффициент заполнения сети в разное время суток.
  4. Максимальные значения пропуска трафика взяты по данным мониторинга общего трафика за неделю (диаграмма 1.)
  5. Упущенная выгода за 1 день подсчитана следующим образом:

    (1-коэффициент заполнения сети)

   Коэф. заполн сети*макс. трафик*с/с 1 км*макс пропуск способ канала 

  1. Упущенная выгода за месяц рассчитана как упущенная выгода за 1 день*30 дней.
  2. Количество сбоев за месяц – фактическое количество сбоев в работе оборудования зафиксированных в течении месяца.
  3. Дополнительные затраты на ремонт = количество сбоев за месяц * затраты на содержание службы технической поддержки.
  4.   Убытки предприятия – сумма упущенной выгоды и дополнительных расходов.

  

Рисунок 3. Определение оптимального физического объема трафика.

 

Первая  главная компонента                   Нижний (Верхний) 90% квантиль 

    Дополнительные издержки на оборудование 

                                                              Возможная упущенная выгода   

Алгоритм  нахождения решения.

  1. Определяем пространство состояния системы:

    а) параметр качества – отношение физического объема к теоретически возможному трафику.

    б) параметр управления – отношение физического объема канала к имеющемуся физическому объему канала.

    в) экономический параметр – упущенная выгода и дополнительные издержки.

    Задача  управления заключается в подборе физического объема канала для получения заданного парам качества с вероятностью 90% при прогнозировании минимальных экономических затратах.

  1. Определяем среднее значение теоретического объема трафика.
  2. Находим стандартное отклонение.
  3. Определяем разницу между квантилем и средним значением теоретического объема трафика. Эта разница будет определять положение верхнего квантиля.
  4. По линиям квантилей и с учетом стоимостных характеристик системы строиться линии упущенной выгоды и дополнительных издержек. Решение находится на пересечении этих линий, в точке равенства дополнительных издержек и упущенной выгоды, когда любое отклонение от этой точки ухудшает эконом прогноз.
 

 

Формулы.

  1. Среднее значение =
  2. Стандартное отклонение.
  3. Нормальное распределение.

    ; при P=0,9 .

4. Нахождение  квантилей по уравнению P=F. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Применив  абстрактный математический метод, получаем результат, при котором  необходимо увеличить пропускную способность физического канала данных в 1,25 раз.  Т.е объем монтируемой емкости должна составить 11,25 единиц.

Приведем  сводную таблицу при увеличенном  объеме канала.

Таблица 2. Сводная таблица.

 

Из данной таблицы видно, что затраты на ремонт оборудования и упущенная выгода снизились с 411429 тыс. руб.  до 338346 тыс. руб. 
 

Заключение.

    В данной курсовой работе была рассмотрена задача управления качеством связи при минимизации издержек. Основная цель данной работы показать то, что при помощи математического метода (метод пространства состояния) можно решить данную задачу. Областью приложения метода пространства состояния послужила сфера телекоммуникаций, а точнее распределение трафика по каналам передачи данных. При анализе предметной области было выделено несколько основных проблем возникающих при модернизации каналов связи. В работе определено, к каким одномерным подпространствам относятся три параметра: параметр качество, (главный) параметр управления, экономический параметр. Построена оптимизационная диаграмма управления, и к ней  приложены определенные задачи общезначимой 6 – ти уровневой организации АСУТП. 

      Решение задач экономического управления требует полного моделирования, т. е. описания системы в целом, как состоящей из множества требующих согласованного взаимодействия подсистем. Полное моделирование предполагает структурирование системы.

    Общей частью в информационно-организационном  плане являются высшие уровни системы. Таким образом, в различных по областям приложения задачах проявляется единый подход к управлению, что позволяет одинаковыми методами решать сходные классы задач, соответствующих разным уровням системы, как производственного (управление качеством, 4-5-6 уровни), так экономического (планирование 5-6 уровни), так и бюджетного (6-й уровень) управления.

     В дальнейшем планируется работа по решению  задач: Прокладки нового канала связи 

Список  используемой литературы.

     1. Чечулин В. Л. Метод пространства состояний, задачи полной и сокращенной размерности / рукопись // Пермский Государственный университет Россия, г. Пермь.

     2.  Журнал «Наша газета»; выпуск ноябрь 2009 г. Журнал  «U – tell информ». Корпоративное издание; выпуск февраль 2009 г.

     3. Теория вероятностей и математическая  статистика. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Содержание.

1. Введение.                                                                                                   стр.  3

2. Глава 1. Описание предметной области.                                                стр. 6

3. Глава 2. Применяемый метод.                                                                стр. 9

4. Глава 3. Приложение метода к задачам.                                                стр. 12

5. Заключение.                                                                                              стр. 18

6. Список используемой литературы.                                                        стр. 19 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Глава 4. Расширение логического объем канала на местном уровне.

     Данная  глава является логическим продолжением главы 3. Так как для двух этих областей, возможно, применить один о тот же математический метод. Данный метод будет актуален в области изменения пропускной способности DSL серверов и коммутируемого доступа.

     Решение данной задачи обусловлено, прежде всего, тем, что неуклонно растет клиентская база пользователей. К примеру, на конец сентября 2009 г. услугами ШПД от U-tel пользовались уже 690 тысяч клиентов, а к февралю 2010 г. эта цифра составила уже 756 тысяч пользователей. Так же возрастает пропускная способность магистральных каналов в 2009 г. она возросла в 2,2 раза – до 32 Гб/с.

       В настоящее время, возможно, представить случаи, когда необходимо расширять пропускную способность серверов DSL. Например. Городская АТС рассчитана на 100 телефонных номеров и при этом для нормального функционирования Интернет трафика возможно подключение лишь 70 номеров широкополосного доступа. Предположим, что вместо 70 НШД подключено 85 НШД. При этом будет складываться ситуация при которой упадет скорость передачи данных, что приведет за собой возрастание упущенной выгоды. Так же возрастут дополнительные издержки на оборудование.

     Данная  задача решается на местном уровне с помощью малых инвестиционных проектов (МИП). Для решения данной задачи необходимо провести детальный анализ текущей ситуации, и на основе сделанных выводов применив «метод пространства состояний» принять решение о дальнейшей модернизации сети.

        

Мониторинг  трафика DSL.

     Приведем  таблицу, описывающую общее потребление трафика DSL и коммутируемого доступа в разрезе тарифных планов. 
 

                      

       Из данных графика DSL видно, что в течение анализируемого периода увеличивается объем скачиваемой информации, это может быть обусловлено:

  1. Введением новых тарифных планов (изменением ценовой политики компании).
  2. Увеличение клиентской базы.

     Для того, что бы сделать адекватную оценку трафика необходимо выделить максимальные и средние значения загруженности канала. И на основе этих данных, применив математический метод, определить значение, на которое нужно увеличить пропускную способность DSL серверов.

     Далее приведем сводные таблицу по DSL доступу, в которой будет показано, как ведет себя трафик в течение дня (данные смоделируем).  

     Диаграмма.

       Данные диаграммы схожи с диаграммами 1и 2, т.к наибольшая загруженность каналов связи приходится на вечернее время и выходные дни.

     Диаграмма 4 показывает, что возможные максимальные значения трафика могут превосходить допустимую пропускную способность  DSL серверов.   
 
 
 
 
 

     Диаграмма.

                                      Проанализировав ситуацию нагрузки сети, занесем данные в таблицу.

         Таблица

 

       Применим абстрактный метод к предметной области.

     Рисунок

Алгоритм  нахождения решения полностью схож с алгоритмом, показанным на рисунке 3. На данном графике решением задачи будет являться точка равная 1,26, эта точка будет показывать, на сколько условных единиц необходимо увеличить пропускную способность DSL серверов. Это значение является пересечением двух прямых. Одна прямая, характеризует упущенную выгоду, а другая показывает, как увеличиваются издержки на поддержание работоспособности оборудования.  
 

Для решения  задачи коммутируемого доступа необходимо так же провести мониторинг трафика.

Мониторинг  трафика коммутируемого доступа.

Рисунок

         

        Если рассматривать график коммутируемого доступа, то можно сказать что,        эта технология постепенно уходит на второй план. Следовательно, можно предположить, что часть оборудования будет простаивать, и прибыли приносить не будет. В данной задаче необходимо будет определить, сколько единиц оборудования необходимо переориентировать в другую область. Для этого нам так же понадобится выделить средние и максимальные значения пропуска серверов коммутируемого доступа.

Диаграмма.

 

Выделив средние и максимальные значения пропуска трафика, видно, что монтируемая  емкость канала завышена. Следовательно, некоторая часть оборудования простаивает, и на нее тратятся деньги. Т.е необходимо определить, на сколько необходимо сократить монтируемую емкость канала. 
 
 
 
 
 
 
 

     Рисунок

 

На данном графике, видно, что точка пересечения  двух прямых при проекции на ось  X показывает значение равное 0,61. Это означает, что монтируемая емкость канала должна быть сокращенна в 0,61 раз, и должна составлять 3.05 единиц тогда график будет выглядеть по-другому, а именно: