Размещено на http://www.allbest.ru/

ДЕРЖАВНИЙ КОМІТЕТ ЗВ'ЯЗКУ ТА ІНФОРМАТИЗАЦІЇ УКРАЇНИ

ОДЕСЬКА НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ ЗВ'ЯЗКУ ім. О.С. ПОПОВА

ОТРОХ СЕРГІЙ ІВАНОВИЧ

УДК 621.396:681.5

Поліпшення показників якості системи управління Інтелектуальної мережі

05.12.02 - Телекомунікаційні системи та мережі

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Одеса - 2004

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Одеській національній академії зв'язку ім. О.С. Попова

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Беркман Любов Наумівна

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Балашов Віталій Олександрович, Одеський науково-дослідний інститут зв'язку, директор кандидат технічних наук, Єфремов Валерій Павлович, Одеська дирекція ВАТ “Укртелеком”, директор.

Провідна установа - Український науково-дослідний інститут зв'язку Державного комітету зв'язку та інформатизації України (м. Київ).

Захист відбудеться “ 23 ” квітня 2004 р. о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 41.816.02 при Одеській національній академії зв'язку ім. О.С.Попова за адресою: 65029, м. Одеса, вул. Кузнечна,1.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Одеської національної академії зв'язку ім. О.С.Попова за адресою: 65029, м. Одеса, вул. Кузнечна,1 .

Автореферат розісланий “ 9 ” березня 2004 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Плотніков В.М.

Загальна характеристика роботи

цифровий канал інтелектуальний багатопозиційний

Бурхливе вдосконалення інформаційно-телекомунікаційних технологій у другій половині ХХ сторіччя кардинально змінило обличчя світу і привело до принципово нової фази можливостей розвитку людської цивілізації. На порядку денному провідних країн світу постали завдання переходу до нового етапу розвитку суспільства - інформаційного. Україна також оголосила про свій європейський вибір як довгострокову стратегію соціального й економічного розвитку. З метою більш повного використання інформаційно-телекомунікаційних технологій в державі прийнята і діє Комплексна програма створення єдиної національної системи зв'язку, де зазначено, що одним з важливих завдань розвитку телекомунікаційної мережі України є розширення спектру надання інформаційних послуг. Для більш швидкої реалізації вимог ринку інформаційних послуг, досягнення їх глобальної доступності потрібна така архітектура мережі, яка компромісно оптимізувала б діюче устаткування з новими технологіями. Ці вимоги сприяли та визначили створення глобальної інформаційної інфраструктури, платформою якої є концепція інтелектуальних мереж (ІМ). ІМ грунтується на фундаментальній ідеї розподілу функцій комутації та функцій надання послуг, що дозволяє створити глобальну інформаційну інфраструктуру (ГІІ), яка надає можливість користувачам отримати будь-які телекомунікаційні послуги з високою якістю, належною вартістю у будь-якому місці та у будь-який час. Щоб забезпечити такі вимоги необхідна більш гнучка архітектура системи управління ІМ, яка легко підтримала б швидке введення в дію нових послуг та їх підтримку з визначеною ймовірністю на всій глобальній мережі.

ІМ універсальна, володіє різноманітністю функцій, тому може бути побудована на базі будь-якої традиційної мережі, що є важливим аргументом для створення ІМ в Україні. Також універсальні її структура і система управління (СУ).

Система управління ІМ володіє наступними характерними ознаками: великими розмірами; складністю; розвинутими функціональними можливостями; конкурентноспроможністю; строгою вимогливістю до забезпечення захисту інформації; високою надійністю та точністю.

За прогнозом, кількість управляючої інформації в такій системі буде різко зростати зі збільшенням обсягу послуг, що надаються, внаслідок чого система управління може поглинути основну мережу.

СУ адекватна поняттю - "велика система". Останнє характеризується кількома специфічними ознаками. Це, насамперед, багатомірність, розмаїття структури; багатозв'язність елементів (взаємозв'язок підсистем на одному рівні та між різними рівнями ієрархії); різнорідність бази елементів; багатократність зміни складу і стану (змінність структури, зв'язків і складу системи).

На сьогодні не розроблено принципи побудови СУ ІМ, характерною для України. Не розроблено методи поліпшення показників якості СУ ІМ, таких як кількість управляючої інформації, достовірність, затримка управляючої інформації, що в сукупності забезпечують прийнятну вартість. Існуючі алгоритми оптимального прийому багатопозиційних ортогональних сигналів повністю не забезпечують реалізацію завадостійких систем сигналів, що не дозволяє побудувати за прийнятною вартістю та в різних умовах ефективний цифровий канал для передачі інформації.

Тема дисертаційної роботи, яка присвячена дослідженню методів побудови ефективної системи управління ІМ та розробці методик розрахунку основних параметрів системи управління ІМ є значущою.

Актуальність теми та стан питання

Рішенню завдання глобального синтезу системи управління сучасними телекомунікаційними мережами присвячено багато робіт українських та закордонних вчених. Створення методів побудови систем управління, інформаційно-ентропійних методів, теорії масового обслуговування і теорії завадостійкості, пов'язано з роботами таких вчених, як Варакін Л.Є., Вітербі Е.Д., Лазарєв В.Г., Аріпов М.Н., Стеклов В.К., Нетес В.А., Нечипоренко В.І., Якубайтіс Е.А., Харкевич О.О., Зюко А.Г., Кловський Д.Д., Назаров М.В., Фінк Л.М., Куо Ф.Ф., Бертсекас Д.В., Галлагер Р., Захаров Г.П., Гуткін Л.С., Батіщев Д.І.,. Красовський О.А., Поспєлов Г.С., Шеннон К., Шахгільдян В.В., Шнепс М.А., Блек Ю., Гандел Р., Девід Е., Болгер Дж., Сігалл А. та інші.

У науковій літературі досліджуються різноманітні концепції побудови систем управління телекомунікацій, але в своїй більшості всі вони мають недоліки - в основному придатні для однорідних мереж, а сучасні інформаційні мережі характеризуються широким спектром різноманітного устаткування та умов функціонування.

До такої мережі відноситься й ІМ.

Практично не проаналізовані методи поліпшення показників якості системи управління ІМ, які впливають на ефективність проектування і реалізації ІМ на телекомунікаційних мережах України.

Недостатньо досліджені можливості мінімізації затримки управляючої інформації ІМ.

Потребують вдосконалення методики розрахунку затримки управляючої інформації.

Не достатньо проаналізовані методи визначення кількості управляючої інформації, які дозволяють оцінити об'єм управляючої інформації при проектуванні ІМ.

Виникає необхідність розробки методу побудови ефективного цифрового каналу для передачі управляючої інформації ІМ.

Тема дисертаційної роботи, яка присвячена дослідженню методів побудови СУ інтелектуальної мережі та розробці методик розрахунку основних параметрів системи управління ІМ, взаємозв'язків між ними є актуальною.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами

Тема дисертаційної роботи безпосередньо пов'язана з виконанням програми розвитку галузі зв'язку України щодо можливості введення послуг інтелектуальної мережі. Обраний напрямок досліджень безпосередньо пов'язаний з напрямками науково-дослідних робіт, що проводились протягом 1999-2002 років в Державному університеті інформаційно-комунікаційних технологій (номер державної реєстрації № 0101U000513).

Мета і завдання дослідження

Метою дисертаційної роботи є аналіз побудови системи управління ІМ та розробка методик розрахунку її основних параметрів, їх взаємозв'язок, методика розрахунку кількості управляючої інформації, що ґрунтується на основі інформаційно-ентропійного методу.

Об'єктом досліджень є система управління інтелектуальної мережі, а предметом досліджень - показники якості системи управління ІМ.

Для досягнення поставленої мети вирішуються такі задачі:

- виконання порівняльного аналізу методів побудови системи управління інтелектуальної мережі;

- розробка методики розрахунку затримки управляючої інформації із врахуванням спектра параметрів мережі;

- розробка методики розрахунку кількості управляючої інформації ;

- розробка алгоритму визначення оптимального n-позиційного гексагонального сузір'я для каналу зв'язку з визначеним відношенням сигнал/шум;

- розробка порівняльної характеристики завадостійкості систем при використанні багатопозиційних сигналів.

Завдання дисертаційної роботи розв'язувались із застосуванням теорії електрозв'язку, теорії масового обслуговування, теорії черг, інформаційно-ентропійного методу визначення кількості управляючої інформації, методу статистичного моделювання, методу моделювання на ЕОМ.

Наукова новизна одержаних результатів

Наукова новизна результатів дисертаційної роботи полягає у наступному:

- виконано порівняльний аналіз методів побудови системи управління ІМ;

- розроблено методику розрахунку затримки управляючої інформації для системи управління ІМ з довільним розподілом числа надходжень та відправлень;

- отримані аналітичні залежності, які дозволяють за допомогою ЕОМ як найшвидше вирішити задачу визначення середньої затримки управляючої інформації;

- запропоновано методику визначення кількості управляючої інформації;

- розроблено алгоритм визначення оптимального n-позиційного гексагонального сузір'я для каналу зв'язку з визначеним відношенням сигнал/шум.

- розроблено алгоритм когерентної обробки 16-ти позиційного гексагонального сигнального сузір'я.

Вірогідність наукових результатів, висновків та рекомендацій, викладених в дисертаційній роботі, обґрунтована результатами експериментальних досліджень, коректним використанням математичного апарату та моделювання на ЕОМ.

Практичне значення одержаних результатів

Результати дисертаційної роботи знайшли застосування в розробці науково-дослідної роботи на тему: “Стратегія впровадження інтелектуальних послуг на місцевих мережах ВАТ “Укртелеком” та створення загальних вимог до цифрових вузлів спецслужб з функціями Call-центрів на базі інтелектуальної платформи” (номер держреєстрації № 0102U007028).

Теоретичні і практичні результати дисертаційної роботи використовуються в учбовому процесі Державного університету інформаційно-комунікаційних технологій.

Особистий внесок здобувача

В дисертаційній роботі особисто автором проведені наступні дослідження і одержані такі результати: проведено аналіз структури побудови інтелектуальної мережі як платформи для створення та розширення спектру інформаційно-довідкових, автоінформаційних, інтелектуальних послуг; розроблено рекомендацію щодо реалізації ІМ на мережах зв'язку України; проведені дослідження залежності затримки управляючої інформації для довільних розподілів надходжень та відправлень, від швидкості їх обробки, кількості транзитів; запропоновано методику розрахунку кількості управляючої інформації ІМ за допомогою інформаційно-ентропійного методу; представлено алгоритм вибору оптимального гексагонального сузір'я при відношенні сигнал/шум в каналі зв'язку, розроблений алгоритм когерентної обробки 16-ти позиційного гексагонального сузір'я.

Апробація роботи

Основні теоретичні та практичні результати доповідались на науково-технічних конференціях професорсько-викладацького складу і наукових співробітників “Нові інформаційні технології” Державного університету інформаційно-комунікаційних технологій, м. Київ: 1998-2002 рік, на 2-й та 3-й міжнародних науково-технічних конференціях студентів, аспірантів та молодих спеціалістів країн СНД “Техника и технология связи”, м. Санкт-Петербург, 2000 рік та м. Одеса, 2002 рік; на 4-й міжнародній науково-практичній конференції “Еволюція транспортних мереж телекомунікацій.

Проблеми побудови, розвитку та управління”, м. Ялта, 2001 рік, на науково-практичному семінарі “Проблеми вищої освіти в галузі зв'язку та досягнення сучасних телекомунікаційних технологій”, м. Чернівці, 2001 рік.

Публікації.

На тему дисертаційної роботи опубліковано 11 наукових праць (2 - одноосібно) та один навчальний посібник.

Структура та обсяг дисертації

Робота складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків, переліку використаної літератури та додатків. Загальний обсяг роботи складає 186 сторінок друкарського тексту, який у тому числі містить 129 сторінок основного тексту, 42 сторінки з рисунками (33) та таблицями (9), 10 сторінок списку використаних джерел (123 найменувань) та 5 сторінок додатку.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

У вступі обґрунтовується актуальність теми дисертаційної роботи, сформульована мета та завдання дослідження, перераховані основні наукові результати дисертації, викладена їх коротка характеристика.

Розділ 1. Аналіз принципів побудови системи управління інтелектуальної мережі

Присвячений порівняльному аналізу методу побудови системи управління інтелектуальної мереж, побудові СУ для ІМ зв'язку України та визначенню основних показників якості, необхідних для реалізації оптимального проектування СУ ІМ.

В розділі розглянуто основні задачі глобальної інформаційної інфрастуктури (ГІІ) та відповідно системи управління телекомунікаційними мережами, які входять в ГІІ. Проаналізовано тенденції побудови системи управління інтелектуальної мережі, яка є адекватною платформою для створення ГІІ.

Проблема управління телекомунікаційними мережами є однією з найважливіших у практиці експлуатації мереж. Загальновизнаною концепцією управління - є концепція TMN, яка передбачає наступні рівні управління: елементами мережі; мережею; послугами; бізнесом.

Підкреслено, що на місцевих мережах домінуючого оператору України ВАТ “Укртелеком” йде процес заміни аналогових вузлів спецслужб (ВСС) на цифрові з функціями Call-центрів на базі інтелектуальної платформи. Основною функцією цифрового ВСС є здатність надавати інтелектуальні послуги на місцевій мережі ВАТ “Укртелеком” набору CS-1 відповідно до рекомендації ITU-T (Q.1200). Оскільки інтелектуальні послуги передбачається надавати глобально по Україні і цю функцію будуть виконувати цифрові ВСС, виникає необхідність адекватно інтегрувати цифрові ВСС в існуючі автоматичні міжміські телефонні станції для організації доступу абонентів мережі до інформаційних ресурсів. Таким чином транспортною частиною інтелектуальної мережі можливо вважати вторинну мережу ВАТ “Укртелекому”, для якої розроблено структурну схему системи управління на базі концепції TMN.

Також розглянуто основні завдання створення ГІІ і системи управління, а також тенденції їх побудови. Розроблено загальні принципи побудови системи управління інтелектуальною мережею з використанням можливостей мережі TMN. Запропоновано інформаційну модель управління послугами на базі концепції TMN у термінах “Менеджер”-“Агент”-“Об'єкти” та схеми взаємодії процесу управління декількох каскадів керованих систем.

Процес управління запропоновано організувати як процес взаємодії управляємих та управляючих систем на базі семирівневої еталонної моделі взаємодії відкритих систем з тією особливістю, що прикладний рівень процесу складається з двох підрівнів, на верхньому з яких розміщуються прикладні об'єкти системного управління, на нижньому - елементи послуги управління з'єднанням. Шість нижніх рівнів супроводжуються об'єктами адміністративного управління рівнями. В системі повинна бути створена база даних, призначена для забезпечення управляючих прикладних процесів усією необхідною інформацією.

Розроблено функціональну схему системи управління інтелектуальною мережею на базі TMN та концепцію застосування стандартів TMN, впровадження якої доцільно почати з окремих функціональних областей.

Для вирішення першочергових задач застосування TMN для управління інтелектуальною мережею необхідна наявність на об'єктах ІМ інтерфейсів TMN. На жаль, на сьогоднішній день такі інтерфейси, запропоновані фірмами-постачальниками, продукти ІМ не задовольняють.

Це обумовлено цілим рядом обставин. Серед них у першу чергу слід зазначити недостатню розробку самих інтерфейсів TMN. Крім того, недостатність реалізації безпосередньо інтерфейсів, тобто 7-рівневий стек протоколів OSI. Необхідно відповідні об'єктні моделі, сценарії взаємодії, тощо тобто усе те, що охоплює поняття цілісності, яке є одним із ключових елементів стратегії NMF з застосування стандартів TMN.

Запропоновані принципи побудови обчислювальної моделі базуються на об`єктно-орієнтованому підході, стандартизація якого ведеться сьогодні ISO і ITU у рамках концепції ODP (Open Distributed Processing). В роботі досліджено специфікації обчислювальної моделі TINA, котрі описують телекомунікаційні додатки у термінах програмних компонентів, які називають обчислювальними об`єктами. Об`єкт - це основна одиниця програмування і розміщення даних. Складаючи додатки, об`єкти взаємодіють між собою шляхом передачі та прийому інформації через інтерфейси.

Архітектуру TINA при впровадженні можна розподілити на рівень DPE і рівень додатків. Введено підрозділ об`єктів цих рівнів - за структурою управління. Для подібних операцій вже існує система TMN (Telecommunication Management Network), яка складається з п`яти рівнів і була створена для транспортних мереж.

Наведено процес міграції або еволюції платформи на базі IN в напрямку платформи TINA, що визначає покрокову заміну функціональних об'єктів IN відповідними компонентами послуг TINA-СО верхнього рівня DPE.

Розділ 2. Методи обчислення середньої затримки управляючої інформації в системі управління інтелектуальної мережі

В теорії телетрафіку, яка є частиною теорії масового обслуговування, встановлено основні взаємозв'язки параметрів інформаційного обміну, де виділяють декілька систем обслуговування, в тому числі з втратами заявок і з очікуванням, а також їх комбінації. Відмітимо, що для СУ характерна лише система з очікуванням , так як система з втратами приводить до втрати інформації про деякий негативний процес, що відбувся в мережі, яка управляється. Та як слідство, неприймання заходів до його усунення. Тому для розрахунку і оцінки параметрів СУ будемо використовувати апарат теорії телетрафіку при обслуговуванні заявок з очікуванням.

Проаналізуємо систему з очікуванням для довільних розподілів числа надходжень і відправлень, яка найбільш адекватно відповідає системі управління мережею. Припустимо, що система складається із одного каналу, де об'єкт обслуговується за s хвилин. Розглянемо випадок, коли ні одна з категорій об'єктів не користується перевагами, або всі об'єкти обслуговуються в порядку надходження. Число надходжень в одиницю часу і число відправлень задаються довільними функціями розподілів імовірностей. Нижче припускається, що наступний об'єкт надходить в канал обслуговування зразу після того, як попередній об'єкт залишить канал. При таких загальних припущеннях можливо отримати лише математичне очікування числа об'єктів в черзі і середній час очікування. До тих пір поки не задана конкретна функція розподілу числа надходжень в одиницю часу, яка характеризує вхідний кінець системи, і функція розподілу часу обслуговування, або число відправлень в одиницю часу, що характеризує вихідний кінець системи, неможливо отримати характеристики системи, як густину розподілу імовірності величини n, або числа об'єктів в черзі та густину розподілу імовірностей , або часу очікування.

Вираз для E(n), математичного очікування числа об'єктів в черзі і E(), середнього часу очікування, можливо отримати в замкненій формі, де r - число надходжень за інтервал часу ,що дорівнює часу обслуговування s, або за час між двома послідовними виходами об'єктів із каналу обслуговування. Вираз для густини розподілу імовірностей величини r вираженої через p(r), лише в рідких випадках можливо буде отримати в замкненій формі.

Нехай ni - число об'єктів в черзі після того як об'єкт Ci-1 залишив канал обслуговування. Так як канал залишився вільний в нього надходить наступний об'єкт Ci. Для обслуговування об'єкта Ci необхідно si хвилин. За цей час в чергу надходить ri нових об'єктів. Коли в черзі є хоча один об'єкт (ni 0), об'єкт Ci надходить в канал обслуговування після того як об'єкт Ci-1 залишить канал. В іншому випадку (ni = 0) Ci буде першим об'єктом, який з'являється в черзі після того як об'єкт Ci-1 залишив канал обслуговування.

Коли об'єкт Ci залишає канал обслуговування, в черзі буде ni+1 об'єктів, маємо:

Якщо визначити математичні очікування величин, які знаходяться в обох частинах рівняння (2) для режиму, що встановився і прирівняти E(ni+1) величині E(ni), то отримаємо:

Середній час очікування S0=1/, а коефіцієнт використання =/. Математичне очікування величини i визначає той час коли ni=0 і черга відсутня.

Піднесемо обидві частини рівняння (2) в квадрат та примінимо до них операцію математичного очікування. Будемо мати на увазі, що:

Тоді отримаємо:

Щоб знайти E(n), потрібно знайти E(r2), або вираз для густини розподілу імовірностей p(r)dr того, що за час обслуговування s число надходжень лежить в інтервалі r, r + dr.

Об'єкт знаходиться в черзі хвилин, а потім обслуговується s хвилин. Інтервал часу між надходженням об'єкта і моментом, коли він залишає канал обслуговування, складає + s. В середньому, кожну хвилину до черги надходить нових об'єктів. Тому можливо допустити, що:

E(n) = E( + s) (6)

Так, як оператор Е лінійний, рівняння (6) зводиться до:

звідки з урахуванням рівняння (5) отримаємо вираз для середнього часу очікування:

Нехай - p(r/s)dr умовна імовірність того, що за проміжок часу між двома послідовними відправленнями було r надходжень при умові, що проміжок часу дорівнює s хвилин. Імовірність p(r,s)drds одночасного настання двох подій при умові, що величина інтервалу часу між відправленнями лежить в межах s, s + ds, визначається:

Імовірність p(s)ds - це імовірність того, що час обслуговування лежить в межах s, s + ds. Імовірність p(r)dr того, що число надходжень лежить в інтервалі r, r + dr, отримуємо із попереднього рівняння інтегруванням по s:

Математичне очікування E(r2), що являється невід'ємною частиною попередніх рівнянь дорівнює:

Густину розподілу ймовірностей p(r), як правило неможливо отримати в замкненій формі. Рівняння (10) іноді може привести до виразу для E(r2), якщо змінити порядок інтегрування, то отримаємо:

Користуючись попередніми розрахунками отримаємо для системи з очікуванням для довільних розподілів числа надходжень просте співвідношення між середнім часом очікування E() і середньою затримкою управляючої інформації в системі управління інтелектуальної мережі:

Розділ 3. Методика розрахунку об'єму управляючої інформації в системі управління інтелектуальної мережі

Розроблена методика визначення об'єму управляючої інформації ІМ на основі інформаційно-ентропійного методу розрахунку кількості інформації, а як наслідок, і необхідної пропускної спроможності каналів СУ. За прогнозом, кількість управляючої інформації в таких системах буде різко зростати з розширенням спектру надання послуг інтелектуальної мережі, внаслідок чого система управління ІМ може поглинути основну телекомунікаційну мережу. Одним з головних завдань для системи управління ІМ є визначення мінімально необхідної кількості управляючої інформації, яка повинна повністю забезпечити управляючу мережу з належною точністю параметрів.

В розділі запропоновано комбіновану структуру системи управління (СУ) ІМ, яка забезпечує її функціонування одночасно в двох режимах. Перший режим - контролює параметри інформаційної мережі та на основі цього СУ приймає ефективне рішення. Другий - дозволяє попередити аварійні ситуації шляхом проведення в СУ аналізу збурюючих факторів та корекції параметрів мережі.

Розроблена методика на базі інформаційно-ентропійного методу дозволяє знайти необхідний мінімум управляючої інформації, при якому параметри мережі забезпечуються заданою точністю; при цьому СУ ІМ володіє як властивістю адаптивності до плинно спрогнозованих збурень, так і інваріантності до випадкових факторів. Розглянуто метод розрахунку пропускної спроможності каналів СУ.

Показано, що процес функціонування мережі в кожний момент часу t характеризується вектором змінних станів {x1(t), x2(t),…, xn(t)} або функціоналом Ф{x1(t), x2(t),…, xn(t)}. Вказані змінні станів є випадковими величинами зі своїми законами розподілу Р(хi). Управління мережею - процес приведення змінних стану мережі за заданий час з початкового стану до усталеного. Наприклад, хi - термін часу доставки інформації між двома вузлами мережі. Якість функціонування мережі характеризується середньою затримкою повідомлень, яка обчислюється середньою величиною затримки на всіх вузлах. Завдання управління мережею має на меті мінімізацію і підтримку на рівні, не більше за задане середнє очікування і зменшення дисперсії середньої затримки повідомлень у мережі.

Кожну сукупність значень параметрів інформаційної мережі можна розглядати як певний стан мережі. У теорії ймовірності та теорії інформації поняття ентропії було поширене на розподіл імовірностей будь-яких змінних. Ентропією безперервного розподілу ймовірностей змінних х1, х2,…хn прийнято величину:

, (14)

де p(х1, х2,…, хn) - густина імовірностей.

Теорія інформації розглядає ентропію розподілу ймовірностей в системах отримання і передачі інформації. При цьому вважається, що після отримання інформації про яку-небудь величину, розподіл імовірності цієї величини, отже, ентропія може суттєво змінитися.

В теорії інформації поняттю ентропії надається значення “суб'єктивної” або відносної характеристики. Подібну ентропію названо інформаційною ентропією. Крім інформаційної ентропії для опису управління взаємодії елементів мережі запропоновано застосовувати інше поняття ентропії, що характеризуються не координатами безлічі елементів мережі, а обмеженим числом різних величин - координат. Цей вид ентропії названо ентропією розподілу ймовірностей координат керованого процесу, або просто ентропією процесу.

Показано, що приріст (зменшення) ентропії буде визначатися як:

Н(t) - Н(t-1) =, (15)

де уі(t) - середньоквадратичні відхилення параметрів мережі в момент часу t;

уi(t-1) - середньоквадратичні відхилення параметрів мережі в момент часу t-1.

В розділі зазначено, що система управління інформаційною мережею повинна володіти як здатністю адаптації до стійких плинних змін режиму, так і властивістю інваріантності, що дозволяє системі бути нечутливою до випадкових збурень. Таким чином, система управління повинна мати комбіновану структуру, яка забезпечує властивості адаптивності та інваріантності. Структура такої системи управління представлена на рис.1.

Рис. 1 Структура комбінованої системи управління

В розділі представлено виконаний запропонованим способом розрахунок параметрів для системи управління ІМ.

Розроблена методика визначення об'єму управляючої інформації ІМ на основі інформаційно-ентропійного методу не залежить від характеру і кількості об`єктів управління та їх параметрів, і тому є універсальною.

Розділ 4. Вибір оптимального багатопозиційного сигналу для побудови ефективного цифрового каналу системи управління інтелектуальної мережі

У розділі вирішено задачу побудови ефективного цифрового каналу передачі управляючої інформації (ЦКПУІ) інтелектуальної мережі, який використовує багаточастотний груповий сигнал з ортогональними несучими. Це дозволяє забезпечити системі властивість інваріантності, щодо завади типу нерівномірності АЧХ, нелінійності ФЧХ, імпульсних завад, короткочасних переривань зв'язку.

Зазначено, що для забезпечення найменшої ймовірності помилки розрізнення сигналів необхідно будувати сузір'я на базі трикутної мережі. Якщо така трикутна мережа будується в полярній координатній площині, де відстань між сигнальною точкою і полюсом відповідає амплітуді, а кут між полярною віссю та вектором, спрямованим з полюсу в сигнальну точку - початковій фазі сигналу, відповідні сигнали є сигналами сузір'я гексагональної амплітудно-фазової модуляції (hexagonal amplitude phase modulation - HAP )

Представлено алгоритм когерентної обробки багаточастотного сигналу призначеного для конкретного 16-позиційного гексагонального сигналу(НАР 16) з амплітудно фазовою модуляцією.

Як відомо, застосування когерентного прийому для двійкових сигналів дозволяє одержати енергетичний виграш ~ 1дБ у порівнянні з оптимальним некогерентним прийомом. У перспективних багатоканальних модемах ТЧ (тональної частоти) каналу для досягнення високих питомих швидкостей передбачається використовувати багатопозиційний сигнал. Для прийому таких сигналів доцільно використовувати когерентний прийом, оскільки при збільшенні числа варіантів сигналу ефективність когерентного прийому в порівнянні з некогерентним складає 3-5 дБ.

Враховуючи динаміку розвитку мікропроцесорної техніки реалізація багатоканального модему з когерентним методом прийому на базі елементної бази середньої інтеграції не створює складності, що дозволяє реалізувати практично будь-які алгоритми, що лежать в основі таких систем. Когерентне підстроювання проводиться в такий спосіб: аналізуються проекції прийнятого сигналу на некогерентні осі, потім знаходиться величина розбіжності від положення пропонованих когерентних осей. Ця величина (кут) протягом деякого часу усереднюється, потім відкоригуються осі і знаходяться нові проекції, після цього приймаються рішення. Розглянемо особливості цих алгоритмів. По-перше, у них усереднена величина піддається нелінійним перетворенням, що погіршує характеристики оцінок у порівнянні з максимально правдоподібним оцінюванням. По-друге, застосування цих алгоритмів має труднощі, тому що вони сконструйовані тільки для однієї визначеної конструкції сигналів. Нарешті, дослідження числа операцій показало, що програмна реалізація демодулятора, що використовує такого типу алгоритми обробки сигналу, складна. Таким чином, становить інтерес розробка універсального алгоритму когерентної обробки багатопозиційних сигналів у багатоканальних модемах за критерієм ідеального спостерігача.

Наприкінці тактового інтервалу n на виходах кожної пари кореляційних фільтрів формуються два значення кореляційних інтегралів (Х0n,Y0n) - проекцій вектора сигналу, прийнятого на тактовому інтервалі n на опорні коливання:

(17)

Алгоритм оптимального прийому за критерієм ідеального спостерігача для сигналів з рівними апріорними ймовірностями полягає в розрахунку відстані між прийнятим (x0n , y0n) та варіантами переданого сигналу (Xj, Yj), виборі рішення на користь варіанту сигналу з найменшою відстанню.

Для сигналів, представлених у вигляді проекцій на опорні гармоніки (17), алгоритм приймає наступний вигляд:

(18)

де Xj та Yj - проекції всіх сигналів сузір'я на опорні гармоніки.

Зі значень усереднених проекцій приведеного сигналу у залежності від характеристик каналу, формуються усереднені проекції X1 та Y1 всіх інших сигналів сузір'я:

(19)

де А1 - амплітуда першого варіанту сигналу (пілот-сигналу), Аj - амплітуди варіантів сигналів сузір'я .

Наведено порівняльну характеристику завадостійкості систем при використанні багатопозиційних сигналів зображених на рис.2, де порівняння ансамблів можливо проводити по коефіціенту завадостійкості.

.

В цьому випадку відстань d вимірюється разом з енергетичними затратами на передачу одного двійкового символу (біта) :



В системах з обмеженою середньою потужністю ( в одноканальних системах з лінійним каналом та обмеженим енергоресурсом передавача, в багатоканальних системах з розподілом каналів по частоті та інші) використовується середня енергія Еб ср. В системах з обмеженою піковою потужністю завадостійкість оцінюють по відношенню до максимальної енергії сигналу з ансамблю Еб max.

При мінімальній відстані між сигналами d та рівноймовірній передачі сигналів середня енергія дорівнює:

В цьому випадку коефіцієнт завадостійкості дорівнює:

Максимальна енергія, найбільш віддаленого сигналу від початку координат, визначається:

.

Тоді коефіцієнт завадостійкості по максимальній енергії дорівнює:

Ймовірність помилки визначається:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 2. Криві ймовірності помилки при оптимальному прийомі багатопозиційних сигналів

Якщо розглянути ансамблі двомірних сигналів, то в загальному випадку завадостійкість залежить як від виду сигналів, що передаються, так і від способу прийому. При оптимальному прийомі реалізується потенційна завадостійкість. Тому подальша оптимізація системи передачі повинна проводитись вибором найкращого ансамблю сигналів.

Надано пропозиції щодо вибору оптимального багатопозиційного сигналу для каналу зв'язку з визначеним відношенням сигнал/шум.

Визначено оптимальну кількість посилок для гексагональних багатопозиційних сигналів з числом позицій, що дорівнює 16, 32, 64, 128.

ВИСНОВКИ

Сукупність наукових положень, сформульованих і обгрунтованих у дисертаційній роботі, складає вирішення наукового завдання побудови системи управління інтелектуальної мережі, а також підвищення якісних показників цих систем.

В дисертаційній роботі отримано такі теоретичні та науково-практичні результати:

1. Розроблено структуру системи управління послугами в інтелектуальній мережі. Інформаційна взаємодія у процесі управління послугами базується на об'єктно - орієнтованому підході “Менеджер” - “Агент” - “Об'єкт”. Ця структура дозволить управляти ІМ з широким спектром послуг та задовольняти різним вимогам користувачів.

2. Розроблено структурну схему системи управління транспортною частиною інтелектуальної мережі на базі TMN та концепцію побудови системи управління інтелектуальною надбудовою.

3. Досліджено специфікації обчислювальної моделі TINA, котрі описують телекомунікаційні додатки у термінах програмних компонентів. Зроблено висновок, що при впровадженні архітектуру TINA можна розподілити на рівень DPE і рівень додатків. Введено підрозділ об`єктів цих рівнів - за структурою управління. Наведено процес міграції, або еволюції платформи на базі IN в напрямку платформи TINA, що визначає покрокову заміну функціональних об'єктів IN відповідними компонентами послуг TINA-СО верхнього рівня DPE.

Зроблено висновок, що при проектуванні системи управління необхідно враховувати наступні показники:

- кількість управляючої інформації (отже і необхідну пропускну спроможність каналів), що забезпечує задану точність параметрів об'єктів мережі. При цьому визначається мінімальна кількість управляючої інформації, яка дозволяє СУ мати як властивість адаптивності до плинно спрогнозованих збурень, так і інваріантність до різних, заздалегідь непрогнозованих заважаючих впливів;

- затримка управляючої інформації, при якій час передавання команд управління до контрольованих об'єктів не перевищує заданого;

- достовірність (вірогідність помилки) при передачі управляючої інформації;

- вартість системи управління.

4. На основі теорії інформації розроблено методику визначення об'єму управляючої інформації ІМ на базі інформаційно-ентропійного методу, який дозволяє визначити один із основних параметрів системи управління, а саме: кількість управляючої інформації, котра забезпечує необхідну точність параметрів мережі, що управляється; розрахувати кількість каналів зв`язку для СУ з заданою пропускною спроможністю для управління параметрами мережі з необхідною точністю.

5. Запропоновано методику побудови ефективного цифрового каналу для передачі управляючої інформації.

6. Розроблено універсальні алгоритми когерентної обробки багатопозиційних сигналів з ортогональним розподілом несучих частот та оптимальний алгоритм, який базується на максимально правдоподібній оцінці сигналу.

7. Розроблено конкретні алгоритми когерентної обробки ефективних систем гексагональних багатопозиційних сигналів з амплітудно-фазовою модуляцією, що орієнтовані на цифрові методи реалізації.

8. Визначено за допомогою моделювання на ЕОМ характеристики завадостійкості розроблених алгоритмів та тривалість усереднених оцінюваних параметрів.

9. Запропоновано алгоритм визначення одного з найважливіших параметрів системи управління - затримки управляючої інформації. Для ефективного зменшення затримки необхідно: при збільшенні інтенсивності надходження вимог - збільшувати продуктивність комутаційних вузлів, а не кількість обслуговуючих пристроїв; структура мережі повинна бути вибрана оптимальною, щоб при заданій інтенсивності та продуктивності було якнайменше транзитних вузлів;

10. Представлено методику розрахунку затримки проходження інформації через СУ ІМ для довільних розподілів надходжень та відправлень, за допомогою якого знаходять залежність затримки від різних параметрів, що визначають характеристику та структуру мережі. На основі розрахунку отримано залежності затримки одержання інформації від інтенсивності надходження вимог, від швидкості, а також від методу обслуговування.

Запропоновані методики широко впроваджуються в системах управління сучасними телекомунікаційними мережами України та охоплюють новітні технологічні рішення. Це дозволяє на базі традиційного устаткування здійснювати більш ефективне та досконале управління, що надто актуально для телекомунікаційних мереж України.

Список опублікованих наукових праць за темою дисертації

1. Отрох С.І. Особливості призначення прикладного протоколу інтелектуальної мережі (INAP) // Праці УНДІРТ. - 1999. - №4. - С.7-11.

2. Отрох С.І. Метод розрахунку середньої затримки керуючої інформації в телекомунікаційних мережах // “Радиотехника” Всеукраинский межведомственный научно-технический сборник, выпуск 128. - 2002. - С. 67-73.

3. Лейбзон А.Я. Отрох С.І Проблеми ефективного управління телекомунікаційною мережею ВАТ “Укртелеком” // ”Современные проблемы телекомуникаций”, 6-та міжнародна науково-технічна конференція, - 2003. - С.18-22.

4. Стеклов В.К., Беркман Л.Н., Отрох С.І. Методика обчислення середньої затримки управляючої інформації в системі з очікуванням для довільних розподілів кількості надходжень та відправлень // Зв'язок.-2002.-№1. - С.42-44.

5. Отрох С.І., Охрущак Д.В., Варфоломеєва О.Г., Самойленко А.В., Системи управління інтелектуальною мережею на базі TMN // Науково-практичний семінар “Проблеми вищої освіти в галузі зв'язку та досягнення сучасних телекомунікаційних технологій”. м. Чернівці, 27-29 листопада 2001р. - С.19.

6. Терещенко Н.М., Отрох С.І., Волга В.М. Аналіз якості структурної схеми інтелектуальної мережі // ”Современные проблемы телекомуникаций”, 6-та міжнародна науково-технічна конференція. 2003. - С.68-70.

7. Отрох С.І. Система управления интеллектуальной сетью // С.-Петербург: Труды 2-й международной научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов стран СНГ “Техника и технология связи”. 2000. - С. 143-146.

8. Є.В. Кільчицький, С.І. Отрох, Ю.Г. Задоя, Н.М. Лісна. Методика оцінки інформації, яка передається в системі управління; інформаційно-ентропійний метод розрахунку пропускної спроможності каналів системи управління // “Радиотехника” Всеукраинский межведомственный научно-технический сборник, выпуск 133. 2003. - С.125-134.

9. Отрох С.І., Іванов О.М. Методика визначення затримки керуючої інформації та послуг в інтелектуальній мережі // Вісник Українського Будинку економічних та науково-технічних знань. 2001. - №1. - С.108-112 .

10. Иванов А.Н., Отрох С.И., Недашковский А.Л. Методика определения задержки управляющей информации // Одесса: Труды 3-й международной научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов стран СНГ “Техника и технология связи”. 2002. - С.307.

11. Стеклов В.К., Беркман Л.Н., Отрох С.І. Основні положення створення інтелектуальної мережі та методика розрахунку середньої затримки управляючої інформації в інтелектуальній мережі // Навч. посібник. -К.:ДП УНДІЗ. - 2002. - 47 с.

12. Стеклов В.К., Лейбзон А.Я., Отрох С.И. Централизованая система управления вторичной сетью // Вестник связи. - 2003. - № 10. - С.100-102.

АНОТАЦІЇ

Отрох С.І. Поліпшення показників якості системи управління інтелектуальної мережі. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.12.02 - телекомунікаційні системи та мережі.

Одеська національна академія зв'язку ім. О.С. Попова, м. Одеса, 2004

Дисертацію присвячено аналізу і розробці системи управління інтелектуальної мережі і методикам підвищення показників якості такої системи.

Розроблено методики визначення мінімальної кількості інформації, які забезпечують системі як властивість адаптивності до плинно спрогнозованих збурень, так і інваріантності до випадкових факторів. Запропонована методика побудови ефективного цифрового каналу для передачі управляючої інформації на базі багатопозиційних багаточастотних сигналів з ортогональним розподілом каналів, що реалізує оптимальний прийом за критерієм максимуму апостеріорної ймовірності. Розроблено методику розрахунку затримки управляючої інформації для довільних розподілів надходжень та відправлень, що дозволяють мінімізувати затримку при заданій інтенсивності команд управління, структурі системи управління і за прийнятною вартістю.

Отримані результати дозволяють реалізувати оптимальний синтез системи управління інтелектуальною мережею України.

Ключові слова: завадозахищеність, затримка, інформація, ентропія, інтелектуальна мережа.

Otrokh S.I. Improvement of parameters of quality of a management system the Intelligent network - Manuscript.

Dissertation manuscript for the candidate's degree of technical science on a specialty 05.12.02 - telecommunication systems and networks. Ukrainian state academy of communications named by .A.S.Popov, Odessa, 2004.

The dissertation is devoted to the analysis and development of the concept of construction of modern management systems of diverse telecommunication networks and methods of increase of parameters of quality of such systems.

The methods of definition of a minimum quantity of the information ensuring to a system as property adaptivity to slow forecast disturbances, and invariancy to random factors designed. The methods of construction of an effective digital channel for the control information are offered on the basis of multiposition multifrequency signals with an orthogonal channel separation, that implements an optimum method of reception by criterion of a maximum of a posterior probability.

The obtained results allow to implement optimum synthesis of a management system of telecommunication networks of Ukraine.

Keywords: noise immunity, delay, information, entropy, network, telecomunications.

Отрох С.И. Повышение показателей качества системы управления интеллектуальной сети. Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.12.02 - телекоммуникационные системы и сети.

Одесская национальная академия связи им. О.С. Попова, г. Одесса, 2004 г.

Диссертация посвящена анализу и разработке системы управления интеллектуальной сети и методикам повышения показателей качества таких систем. Произведен сравнительный анализ методик построения систем управления (СУ) интеллектуальной сетью, которая внедряется на сетях связи Украины.

Разработана методика определения минимального количества информации, обеспечивающего системе как свойство адаптивности к медленным прогнозируемым возмущениям, так и инвариантности к случайным факторам. Разработанная методика определения количества управляющей информации на основании информационно-энтропийного метода позволяет обеспечить необходимую точность параметров управляемой сети. Предложена методика расчета реализована с использованием оценки параметров реальной СУ ИС.

Предложена методика построения эффективного цифрового канала для передачи управляющей информации на базе многопозиционных многочастотных сигналов с ортогональным разделением каналов, которые реализуют оптимальный прием по критерию максимума апостериорной вероятности для различных систем сигналов. Разработан алгоритм когерентной обработки 16 позиционного гексагонального сигнала с амплитудно-фазовой модуляцией, который ориентирован на цифровые методы реализации.

Приведена методика определения задержки управляющей информации для произвольных распределений числа поступлений и отправлений. Для эффективного уменьшения задержки необходимо: при увеличении интенсивности появления требований - увеличивать производительность коммутационных узлов, а не количество обслуживающего оборудования. Структуру сети нужно выбрать таким образом, чтобы при заданной интенсивности и производительности было как можно меньше транзитных узлов.

Ключевые слова: помехозащищенность, задержка, информация, энтропия, интеллектуальная сеть.

Размещено на Allbest.ur

...