Удосконалення методики оцінки показників якості мереж нового покоління на основі інформаційно-ентропійного методу

Размещено на http://www.allbest.ru/

ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІНФОРМАЦІЙНО-КОМУНІКАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ

Автореферат дисертації

на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

УДОСКОНАЛЕННЯ МЕТОДИКИ ОЦІНКИ ПОКАЗНИКІВ ЯКОСТІ МЕРЕЖ НОВОГО ПОКОЛІННЯ НА ОСНОВІ ІНФОРМАЦІЙНО-ЕНТРОПІЙНОГО МЕТОДУ

05.12.02 - телекомунікаційні системи та мережі

ГОРДІЄНКО СЕРГІЙ БОРИСОВИЧ

Київ - 2010



Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Державному університеті інформаційно-комунікаційних технологій Міністерства транспорту та зв'язку України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор

Беркман Любов Наумівна,

Державний університет інформаційно-комунікаційних технологій,

директор навчально-наукового

інституту телекомунікацій та інформатизації

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, доцент

Гайворонська Галина Сергіївна,

Одеська державна академія холоду,

завідувач кафедри інформаційно-комунікаційних технологій

кандидат технічних наук,

старший науковий співробітник

Варфоломеєва Оксана Григорівна

Український науково-дослідний інститут зв?язку, начальник наукового відділу

Захист дисертації відбудеться 10 березня 2010 року о 16 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.861.01 Державного університету інформаційно-комунікаційних технологій за адресою:

03110, м. Київ, вул. Солом'янська, 7.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Державного університету інформаційно-комунікаційних технологій за адресою:

03110, м. Київ, вул. Солом'янська, 7.

Автореферат розісланий 9 лютого 2010 року.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Н.І. Кунах



ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

телекомунікаційний інформація затримка ентропійний

Актуальність теми. На сьогодні проблема переходу від традиційних мереж з комутацією каналів до мереж наступного покоління (NGN) з комутацією пакетів є однією з найбільш актуальних для операторів зв'язку. Перспективні розробки в сфері ІР-комунікацій пов'язані зі створенням комплексних рішень, які дозволяють зберегти існуючі підключення та забезпечити безперервну роботу в будь-якій мережі телефонного доступу: на інфраструктурі мідних пар, по оптичних каналах, на безпроводовій (WiMAX, WiFi) та проводовій (ETTH, PLC і т.д.) мережах. Згідно концепції «неруйнівного» переходу до NGN подібні рішення повинні дозволяти переводити окремі сегменти на нові технології без кардинальної зміни всієї структури мережі.

Аналіз науково-технічної літератури показує, що проблемам поліпшення показників якості мереж нового покоління присвятили багато робіт вітчизняні та закордонні вчені: Аріпов М.Н., Нетес В.А., Зюко О.Г., Кловський Д.Д., Назаров М.В., Фінк Л.М., Бертсекас Д.В., Галлагер Р., Захаров Г.П., Гуткін Л.С., Батіщев Д.І., Шеннон К., Блек Ю., Харкевич О.О., Якубайтіс Е.А. та інші.

Орієнтуючись на удосконалення мереж NGN, на сьогодні процес визначення наявності перенавантаження та утворення затримки в архітектурі ІР-мереж перебуває в стані постійного дослідження. Не впроваджені на достатньому технологічному та організаційному рівні системи підтримки операційної діяльності операторів зв'язку OSS (Operation Support System), не проаналізовані методи розрахунку пропускної спроможності каналів управляючої інформації для залежних об'єктів, які дозволяють здійснити глобальний синтез з урахуванням усіх основних критеріїв, необхідних для забезпечення заданої якості послуг.

Визначення аспектів експлуатації мультисервісних мереж при переході до NGN, а також дослідження інформаційно-ентропійного підходу до процесу управління якісними характеристиками послуг надають можливість підвищити якість та достовірність оцінки таких процесів, як облік і планування ресурсів мережі, управління та забезпечення послуг, управління якісними характеристиками послуг. В дисертаційній роботі розроблено методику розрахунку кількості управляючої інформації основі інформаційно-ентропійного методу для залежних контрольованих об'єктів. Тому дисертаційна робота, яка присвячена вирішенню проблем поліпшення показників якості мережі нового покоління NGN є актуальною.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Тема дисертаційної роботи безпосередньо пов'язана з виконанням Комплексної програми створення єдиної національної системи зв'язку України. Обраний напрямок досліджень відповідає тематиці науково-дослідних робіт Українського науково-дослідного інституту зв'язку (УНДІЗ), Державного університету інформаційно-комунікаційних технологій (ДУІКТ, НАЦ „Телеком”), що проводились протягом 2005-2009 р. Результати дисертаційної роботи знайшли застосування в розробках науково-аналітичного центру “Телеком” (державний реєстраційний № 0103U002500).

Мета і завдання дослідження. Метою дисертаційної роботи є розв'язання комплексу науково-технічних питань, які дозволяють поліпшити показники якості мережі нового покоління NGN.

В дисертаційній роботі вирішуються наступні наукові завдання: системний аналіз побудови сучасних телекомунікаційних мереж; дослідження та аналіз стратегій управління потоком і контролю перенавантажень в ІР-мережі; визначення основних напрямів мінімізації затримки інформації; дослідження актуальних питань експлуатації мультисервісних мереж; розробка методики розрахунку кількості управляючої інформації на основі інформаційно-ентропійного методу для залежних контрольованих об'єктів; удосконалення моделі комбінованої структури системи управління.

Об'єкт дослідження - мережа нового покоління на базі ІР- технологій.

Предмет дослідження - показники якості послуг мережі нового покоління NGN.

Методи дослідження. Для досягнення поставлених в дисертаційній роботі задач використано методи теорії інформації, методи теорії інваріантності, методи імітаційного моделювання, методи теорії масового обслуговування.

Наукова новизна одержаних результатів роботи полягає у наступному:

досліджено та проаналізовано тенденції, граничні варіанти та перспективну направленість шляхів розвитку мереж NGN, спрямованих на конвергенцію всіх технологій в єдину інфокомунікаційну мережу;

доведено залежність між механізмами управління потоком і контролю перенавантажень шляхом порівняння механізмів управління на основі характеристик затримок і продуктивності;

досліджено моделі мереж черг та розроблено стратегію обмеження вхідного накопичувача при контролі перенавантаження для покращення характеристики «затримка-продуктивність»;

розроблено методику розрахунку кількості управляючої інформації на основі інформаційно-ентропійного методу для залежних контрольованих об'єктів;

визначено залежність імовірності виконання складним об'єктом задачі з ентропією стану об'єкту, що дозволяє мінімізувати кількість управляючої інформації;

удосконалено модель комбінованої структури системи управління, яка забезпечує властивості адаптивності системи до повільних прогнозованих збурень та інваріантності до випадкових впливів.

Вищенаведені наукові розробки та дослідження дають можливість вирішити задачі підвищення ефективності сучасних мереж телекомунікацій.

Обґрунтованість і достовірність наукових положень, висновків і рекомендацій досягаються багатостороннім аналізом реально існуючих процесів у сфері телекомунікацій взагалі та в об'єкті дослідження, зокрема, коректним використанням методів досліджень та математичного апарату, обговоренням отриманих результатів на багатьох науково-технічних конференціях.

Практична цінність отриманих результатів. Результати дисертаційної роботи знайшли застосування в науково-дослідних роботах ДУІКТ на тему: «Методи оптимального управління різнорідними телекомунікаційними мережами» (номер держреєстрації № 0107U011932), а також в науково-дослідних роботах ТОВ «Науково-дослідний інститут комп'ютерних технологій» при розробці систем операційної підтримки мережі (OSS). Теоретичні та практичні результати дисертаційної роботи використовуються в навчальному процесі Державного університету інформаційно-комунікаційних технологій (ДУІКТ), в навчальних посібниках, що підтверджуються актами впровадження, які представлені в дисертаційній роботі.

Особистий внесок здобувача. В дисертації узагальнено результати досліджень, виконаних автором самостійно та у співавторстві. В наукових публікаціях у співавторстві автору належать: самостійна постановка та обґрунтування задач напряму досліджень, аналіз і інтерпретація отриманих результатів. Усі основні положення, викладені в дисертації, отримані дисертантом особисто.

Апробація результатів дисертації. Основні теоретичні та практичні результати дисертаційної роботи доповідались і обговорювались на науково-практичному семінарі Українського науково-дослідного інституту зв'язку - 2009р.; Міжнародних науково-технічних конференціях 2006, 2009 року, «Сучасні інформаційно-комунікаційні технології» /COMINFO'2006/, /COMINFO'2009/ ДУІКТ.

Публікації. За матеріалами дисертаційної роботи опубліковано 14 наукових праць, в тому числі: 11 статей у фахових виданнях, затверджених ВАК України (4 - одноосібно), матеріали доповідей на міжнародних науково-технічних конференціях - 3.

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається зі вступу, трьох розділів, висновків, списку використаних джерел та актів впровадження. Загальний обсяг роботи складає 151 с. друкованого тексту, у тому числі містить 32 рисунків та 8 таблиць. Список використаних джерел на 14 с. включає 153 найменування.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, сформульовано задачі, мету, визначено об'єкт, предмет, методи дослідження та вирішення задач, зазначено основні наукові результати та їх практичне значення, викладена загальна характеристика роботи. Приведено дані про особистий внесок автора, а також публікації за темою дисертації.

У першому розділі проведено системний аналіз методів створення та спрямувань розвитку сучасної телекомунікаційної мережі NGN. Акцент зроблено на широке розповсюдження нових послуг зв'язку, покращення якості традиційних послуг. Визначено та проаналізовано тенденції розвитку мереж NGN. Аналіз показав, що головним принципом NGN є конвергенція всіх сфер в єдину інформаційну мережу з можливостями для передачі мультимедійної інформації.

В розділі проведено порівняння концепції побудови мереж NGN для розвитку телекомунікацій (два граничні варіанти розвитку ідеї NGN). Перший граничний варіант - NGN може бути представлена у вигляді майбутньої самостійної глобальної мережі, конкуруючої з ТфМЗК, мережею Інтернет та іншими мережами. Другий граничний варіант - відсутність глобальної мережі NGN і використання технологій NGN для модернізації мережі ТфМЗК, мереж Інтернет і мовлення.

Досліджено транспортний рівень архітектури мережі NGN та запропоновано спрощену модель ланки, яка сприяє аналізу основних технологічних аспектів побудови і розвитку транспортної мережі NGN, базується на використанні ІР-технологій, як основних для реалізації будь-яких мережних послуг.

В мережах NGN транспортна мережа в найбільшій мірі пристосована для передачі повідомлень протоколу ІР. У зв'язку з цим пропонуються наступні сполучення магістральних транспортних технологій для реалізації мережі NGN: IP/ATM/SDH/оптика; IP/ATM/оптика; IP/SDH/оптика; IP/оптика.

За проведеним системним аналізом, конвергенція є обов'язковою умовою існування NGN. Завдяки уніфікації послуг, які принесла в світ телекомунікацій технологія IP, одні і ті ж послуги стають доступними як у фіксованих, так і в мобільних мережах, а в результаті переорієнтації з продажу «ресурсів» на продаж «сервісів» користувач звикає платити за послугу, а не за середовище, в якому вона надається, і тому ефективніше отримувати її від одного провайдера різними, найбільш відповідними в даний момент часу, способами. Реалізація зазначених питань є суттю подальшого проведення досліджень і прикладного застосування, що визначають мету та задачі дисертаційної роботи.

У другому розділі досліджуються технологічні методи покращення показників якості, орієнтовані на ідеологію експлуатації і управління, відому під терміном OSS (Operation Support System) - як система підтримки операційної діяльності операторів зв'язку, а також питання маршрутизації пакетів в ІР-мережах, транспортування інформації із кінця в кінець із заданою якістю обслуговування абонентів з використанням механізмів управління потоком інформації. Необхідність проведення досліджень пов'язано з доцільністю покращення характеристики «затримка - продуктивність» для управління інформаційним потоком.

Щоб запобігти перенавантаженню на мережному рівні, в роботу мереж передачі даних включаються процедури управління потоком і контролю перенавантажень. Механізми управління потрібні для гарантії від можливих флуктуацій навантаження, які можуть тимчасово вичерпати мережні ресурси і викликати розвиток перенавантажень. Коли це відбувається, перенавантаження проявляється у двох відображеннях: у мережі помітно ростуть затримки, а продуктивність може почати знижуватися зі зростанням навантаження, що надходить. Якщо навантаження, що надходить, достатньо високе, може виникнути безвихідна ситуація - всі накопичувачі виявляються переповнені, надходження навантаження припиняється і продуктивність падає до нуля. В даному випадку завдання полягає в порівнянні механізмів управління на основі отриманих характеристик затримок і продуктивності. Передбачається, що ці механізми, якщо вони працюють правильно, не приводять до виникнення безвихідних ситуація.

Проаналізовано процес управління потоком за допомогою плинного вікна. При збільшенні інтенсивності l надходження пакетів за відсутності управління системами обслуговування у вузлах на шляху віртуального каналу (ВК) починається їх переповнення, затримка з кінця в кінець швидко зростає, і виникає перенавантаження. За наявності управління перенавантаження обмежується, оскільки одночасно у віртуальному каналі в стані транзиту можуть перебувати не більше N пакетів. Чим менша величина N, тим менша затримка.. При збільшенні N продуктивність зростає, але і час затримки також збільшується. Таким чином, обмін між затримкою і продуктивністю повторюється у всіх механізмах контролю перенавантаження.

Встановлено, що підтверджувати отримання кожного пакету, як це відбувається у разі управління за допомогою плинного вікна, не обов'язково. Підтвердження можуть затримуватися приймачем, поки він готовий приймати пакети. Після цього на всі раніше непідтверджені пакети розповсюджується одне підтвердження. Цей метод затримки підтверджень, який іноді називають «кредитом», веде до зменшення кількості підтверджень, які надсилаються і, отже, службової інформації, що вноситься до системи. Проте, це приводить до зменшенням продуктивності системи.

В архітектурі ІР передбачаються механізми управління потоком, які називаються регулюванням темпу. Регулювання темпу сеансу на рівні управління передачею (УП) застосовується для управління інтенсивністю прийняття повідомлень між двома кінцями сеансу. Щодо контролю перенавантаження «із кінця в кінець», який здійснюється в кожному віртуальному маршруті на рівні управління маршрутом, то він називається управлінням темпом передачі по віртуальному маршруту. Фактично застосовуваний механізм є доволі складним і описаний детально в керівництві по архітектурі ІР.

Рівності, які описують характеристики стратегій управління, можуть бути подані в наступній узагальненій формі:

1. (випадок великого навантаження):

(1)

(2)

2. випадок :

(3)

(4)

де і K - параметри, які характеризують процедуру управління;

- інтенсивність надходження пакетів; - інтенсивність обслуговування;

- продуктивність.

Отже, якнайкращою схемою управління є схема, яка забезпечує мінімальну затримку при даній продуктивності, або, що рівносильно, найбільшу продуктивність при заданому часі затримки. Механізм плинного вікна дає оптимальний режим управління.

В розділі проаналізовано механізм управління, де застосовується контроль перенавантаження на вході мережі шляхом блокування пакетів, які заново надходять, якщо число наявних на вході пакетів перевищує деякий поріг. Використовуючи обмеження вхідного накопичувача, створюється розбіжність між вхідними пакетами, які заново поступають в мережу та транзитними пакетами, які уже знаходяться в мережі і надходять з іншого вузла.

При аналізі можливостей покращення характеристики «затримка - продуктивність» в порівнянні з початковою схемою контролю перенавантаження пропонується просте узагальнення схеми обмеження вхідного накопичувача (СОВ), в якій вхідні пакети блокуються, якщо сума вхідних та транзитних пакетів перевищує означений рівень. При відсутності управління, розбіжності між транзитними і пакетами, які заново надходять, не створюється. Обидва потоки блокуються з однією і тією ж імовірністю (це імовірність того, що кінцевий накопичувач заповнений). Так як між транзитними і вхідними пакетами не створюється ніякої розбіжності, для опису інтенсивності вхідного навантаження застосовується один параметр Для обчислення ймовірності блокування , відзначивши, що пакети, які досягають наступного вузла, можуть бути заблоковані і там з такою ж імовірністю , пропонується вираз для ймовірності блокування без управління навантаженням у вигляді

(5)

Застосовуючи для розрахунку рівняння (5), визначаємо продуктивність як функцію навантаженням На рис. 2 показані три криві нормованої продуктивності в функції нормованого навантаження .

Всі три криві для систем обслуговування з продуктивностями N = 1, 5 і 8 пакетів, показують появу перенавантаження. При введенні управління надходженням пакетів, при належній організації функції управління безвихідна ситуація буде знешкоджена. Вважаємо, що i відповідно числа вхідного і транзитних пакетів в системі обслуговування. Функція управління просто є блокуванням подальшого надходження пакетів на вхід, якщо Поріг - це параметр управління, який необхідно знайти, N - загальне число пакетів які циркулюють в мережі.

З іншого боку, транзитні пакети можуть надходити до тих пір, поки не заповняться всі накопичувачі. Таким чином, в умовах управління діють наступні дві умови:

(6)

(7)

Простір стану системи обслуговування описується двома числами .

Єдине питання, яке лишилось, торкається обчислення ефективної інтенсивності обслуговування Цей параметр залежить від імовірності блокування транзитних пакетів, яка в свою чергу залежить від імовірності стану а ця ймовірність повинна бути визначена на основі . Конкретно, для того щоб знайти необхідно обчислити ймовірність блокування транзитних пакетів . Продуктивність визначається шляхом розрахунку ймовірності блокування вхідних пакетів . Імовірність блокування транзитних пакетів рівна ймовірності того, що система обслуговування переповнена. Це потребує сумування за всіма станами, які відповідають випадку .

Крім простої схеми обмеження вхідного накопичувача, як контролю перенавантаження запропоновано інші стратегії контролю перенавантаження. Одна із таких схем, яка забезпечує більш жорсткий контроль вхідних пакетів і дає кращі характеристики ніж схема обмеження вхідного накопичувача є схема контролю перенавантаження з додатковим розподілом накопичувача (ДРН). При цьому механізмі управління вхідні пакети блокуються, якщо число вхідних і транзитних пакетів рівняється Транзитні пакети приймаються до тих пір, поки не заповниться накопичувач вузла, який має ємність пакетів. Крім того транзитним пакетам надається відносна перевага над вхідними пакетами. Як наслідок, в математичному виразі при такому управлінні вхідні пакети приймаються тільки за умови

(8)

Якщо загальне число пакетів рівняється то для транзитних пакетів виділяється додатково міст в накопичувачі.

На рис. 3 показані характеристики продуктивності для схеми ДРН. В цьому випадку перенавантаження знімається при виборі значення . Подальше зменшення (застосування більш жорсткого управління) приводить до зниження продуктивності.

При дослідженні механізмів управління проведено порівняння характеристик механізму управління за аналізом середньої затримки. Скориставшись формулою Літтла, отримаємо середню затримку у вигляді

(9)

де і - відповідно середнє число вхідних і транзитних пакетів, які чекають у вузлі, а - середня продуктивність. Як , так і можуть бути отримані з ймовірностей стану вузла

Показана залежність затримки від вхідного навантаження. Криві побудовані, як для схем із обмеженням на вході, так і для схем із додатковим розподіленням накопичувача при значеннях параметру управління що забезпечують роботу схеми управління без перенавантажень. З порівняння схем свідчить, що характеристика затримки набагато чутливіша до вибору параметра ніж характеристика продуктивності. Так, при зменшенні від 2 до 1 у випадку СОВ затримка зменшиться вдвічі, а на продуктивність, як показує рис. 5, це впливає набагато менше.

Те ж саме справедливо і для схеми ДРН. При цьому схема ДРН забезпечує більш жорсткий контроль пакетів на вході, що приводить до суттєво меншої затримки, ніж при схемі СОВ. Це чітко показано на рис. 5, де наведені залежності потужності від навантаження, яке поступає для обох схем при різних значеннях параметру управління

Очевидно, що внаслідок суттєвого зменшення параметру управління максимальна потужність не досягається при значеннях які дають максимальну продуктивність. Описані схеми відносяться до управління всіма накопичувачами вузла. Додаткові покращення характеристик управління можуть бути отримані шляхом регулювання накопичувачів, які відносяться до окремих каналів.

У третьому розділі проаналізовано систему підтримки операційної діяльності операторів зв'язку OSS та методику оцінки таких процесів, як облік і планування ресурсів мережі, управління та забезпечення послуг, управління якісними характеристиками послуг. Досліджено питання застосування функціонально-статистичної моделі об'єкту контролю і управління для оцінки показників якості мереж NGN з огляду на ідеологію експлуатації і управління (OSS). Розроблено методику розрахунку кількості управляючої інформації для залежних контрольованих об'єктів на основі інформаційно-ентропійного методу.

Кількість управляючої інформації в таких системах різко зростає з наданням послуг. Внаслідок чого система управління може поглинути основну мережу. Одним з головних завдань для системи управління такими мережами є визначення мінімально необхідної кількості управляючої інформації, яка повинна повністю забезпечити мережу з належною точністю параметрів.

Для ліквідації недоліків кількісної оцінки невизначеності стану об'єкту при його контролі та управлінні, а також інтегральної оцінки змін невизначеності об'єкту в процесі контролю та управління визначено інформаційні характеристики об'єкту і процесу контролю (ентропію, середню кількість інформації і т. д.). Для інтегральної оцінки невизначеності стану об'єкту в процесі контролю та управління застосовуємо ентропію стану об'єкту. Диференційна ентропія безперервного m-мірного диференційного закону розподілу ймовірностей вихідних параметрів визначається по формулі

(10)

Ентропія об'єкту, який має незалежні вихідні параметри та незалежні характеристики різних систем, визначається простим арифметичним підсумком окремих ентропій, обумовлених невизначеністю окремих координат та динамічних характеристик.

В розділі визначено залежність імовірності виконання складним об'єктом задачі від ентропії стану об'єкту, що дозволяє мінімізувати кількість управляючої інформації. Імовірність виконання завдання складним об'єктом визначається за формулою

(11)

де: - коефіцієнт готовності (=1 час відновлення об'єкту дуже малий порівняно з часом роботи); - імовірність того, що в об'єкті не виникне раптова відмова за інтервал часу ; - імовірність того, що в об'єкті не виникне поступова відмова за інтервал часу .

При вирішенні практичних завдань оптимізації процесів управління і контролю складними об'єктами, зручно використовувати узагальнену характеристику невизначеності стану об'єкту. Такою характеристикою є ентропія. Зв'язок ентропії з імовірністю виконання об'єктом завдання очевидний.

Імовірність того, що в об'єкті не відбудеться поступової відмови, дорівнює

(12)

У розділі досліджено інформаційно-ентропійний підхід до процесу управління якісними характеристиками послуг та запропоновано методику розрахунку кількості управляючої інформації на основі інформаційно-ентропійного методу для залежних контрольованих об'єктів.

Завдання управління мережею має на меті мінімізацію та підтримку на рівні, не більше за задане середнє очікування і зменшення дисперсії середньої затримки повідомлень в мережі. Управління мережею є процес зменшення невизначеності стану мережі, що чисельно представлено, як зміна ентропії мережі в процесі управління, оскільки ентропія визначає відхилення параметрів мережі за даний момент часу.

Середня кількість інформації дорівнює різниці ентропій розподілу ймовірностей цієї величини до і після включення процесу управління. Таким чином, визначивши зміну ентропії керованого процесу функціонування мережі в процесі управління, визначаємо кількість інформації, необхідну для отримання заданого відхилення ймовірності змінних стану мережі.

Після отримання інформації про яку-небудь величину, розподіл імовірності цієї величини і, отже, ентропія суттєво зміниться. Подібну ентропію названо інформаційною ентропією. Крім інформаційної ентропії, для опису управління взаємодії елементів мережі, запропоновано використати 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.

Приріст (зменшення) ентропії буде визначатися як:

Н(t) - Н(t-1) =, (13)

де - середньоквадратичні відхилення параметрів мережі в момент часу t; - середньоквадратичні відхилення параметрів мережі в момент часу t-1.

Для оцінки кількості інформації, яка передається в системі управління мережею, необхідно оцінити відношення дисперсій відхилення параметрів повідомлень, що досліджуються в мережі в різних ситуаціях, а така оцінка може бути зроблена за вимогами до параметрів основної мережі.

Кількість управляючої інформації для (n) контрольованих об'єктів визначається наступним чином:

Незалежні контрольовані об'єкти

, (14)

де - дисперсія, яка визначає відхилення параметра від норми до застосування системи управління; - дисперсія, яка визначає відхилення параметра від норми при нормальному функціонуванні системи.

Залежні контрольовані об'єкти.

Якщо в будь-якому компоненті мережі настає відмова одного параметру, то це приводить до збільшення відхилення параметру від норми в іншому компоненті. Тоді кількість управляючої інформації повинна визначатися за допомогою умовної ентропії, і тому загальна кількість управляючої інформації для залежних об'єктів буде істотно менша ніж для незалежних.

Враховуючи цей факт, забезпечується зниження вимог до пропускної спроможності каналів системи управління. За рахунок цього ми отримуємо значний економічний ефект.

Вираз, який демонструє цей випадок:

- для двох залежних контрольованих об'єктів (А і В),

(15)

для n залежних контрольованих об'єктів

(16)

З точки зору теорії інформації і динамічної точності, необхідно, щоб система управління забезпечувала задану точність параметрів мережі при мінімальному обсязі управляючої інформації. Запропонована методика дозволяє знайти необхідний мінімум інформації, при якому параметри мережі матимуть задану точність, а також визначити нетрадиційним способом кількість управляючої інформації в системі управління будь-якої телекомунікаційної мережі. Таку оцінку за допомогою інших практичних методів неможливо отримати, так як обмежена кількість вихідних даних, особливо для мереж, на яких застосовуються різні технології. Практична цінність забезпечується можливістю врахування ємності керуючої інформації з переліком вимог до точності параметрів основної мережі. Чим більші вимоги до точності параметрів управляючої мережі, тим більша потрібна ємність управляючої інформації.

В розділі визначено, що система управління інформаційною мережею повинна володіти як можливістю адаптації до стійких плинних змін режиму, так і властивістю інваріантності, що дозволяє системі бути нечутливою до випадкових збурень. Таким чином, система управління має комбіновану структуру, яка забезпечує властивості адаптивності та інваріантності. Запропонована комбінована система управління дозволяє управляти телекомунікаційною мережею у двох режимах, одночасно забезпечуючи як властивості адаптивності, так і інваріантності параметрів мережі.

В розділі представлено виконаний запропонованим способом розрахунок параметрів для системи управління реальної мережі. Результати розрахунку параметрів підтверджені даними, які отримані практично на первинних мережах.

Інформаційно-ентропійний метод не залежить від характеру і кількості об`єктів управління, їх параметрів, застосування OSS і тому є універсальним, придатним для будь-якого типу мережі та процесів підтримки операційної діяльності операторів, які взаємодіють в основному з мережним обладнанням і мережею.

ВИСНОВКИ

Сукупність наукових положень сформульованих та обґрунтованих в дисертаційній роботі складає вирішення науково-технічного завдання з поліпшення показників якості мережі нового покоління шляхом розробки методики оцінки цих показників.

1. Досліджено та проаналізовано тенденції, граничні варіанти та перспективну направленість шляхів розвитку мереж NGN, спрямованих на конвергенцію всіх сфер в єдину інформаційну мережу.

2. Проведено аналіз вимог до якості послуг, розглянуто питання їх нормування в ІР-мережах з огляду на ринкові відносини щодо реалізації технічної політики операторів зв'язку та досліджено процес маршрутизації пакетів.

3. Доведена залежність між механізмами управління потоком і контролю перенавантажень шляхом порівняння механізмів управління на основі характеристик затримок і продуктивності.

4. Досліджено моделі мереж черг та проведено аналіз стратегій обмеження вхідного накопичувача при контролі перенавантаження для покращення характеристики «затримка-продуктивність».

5. Розроблено методику розрахунку кількості управляючої інформації на основі інформаційно-ентропійного методу для залежних контрольованих об'єктів;

6. Визначено залежність імовірності виконання складним об'єктом задачі з ентропією стану об'єкту, що дозволяє мінімізувати кількість управляючої інформації.

7. Удосконалено модель комбінованої структури системи управління, яка забезпечує властивості адаптивності та інваріантності.



СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Нетудыхата Л.И. Системы фазовой автоподстройки с нелинейной обратной связью / Л.И. Нетудыхата, С.Б. Гордиенко, О.Л. Недашковский // Всеукраинский межведомственный научно-технический сборник. ISSN 0485-8972. Радиотехника. - 2003. - №133. - С. 222-227.

2. Гордиенко С.Б. Метод приближенного синтеза управления на фазовой плоскости для сложных объектов / С.Б. Гордиенко, В.О. Хорошко, Д.В. Чирков // Сборник научных трудов Национального авиационного университета. - 2005. - №12. - С. 242-248.

3. Стеклов В. Фазовая синхронизация в системах специальной связи / Василий Стеклов, Сергей Гордиенко // Захист інформації. - 2005. - №4. - С. 55-63.

4. Каток В. Защита информации от несанкционированного доступа на волоконно-оптических линиях связи / Виктор Каток, Сергей Гордиенко // Вісник Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля. - 2006. - №9 (103). - С. 25-32.

5. Гордієнко С.Б. Вимірність ефективності систем протидії загрозам інформації та форми її оцінки / С.Б. Гордиенко // Захист інформації. - 2007. -№2. - С. 74-81.

6. Гордиенко С. Принципы построения систем защиты информации от утечки по акустическому каналу / Сергей Гордиенко, Владимир Хорошко // Вісник Державного університету інформаційно-комунікаційних технологій . - 2005. - №3-4. - С. 173-174.

7. Гордієнко С.Б. Акустична модель мови / С.Б. Гордієнко // Сборник научных трудов Национального авиационного университета. - 2006. - №13. - С. 58-62.

8. Гордиенко С.Б. Особливості розповсюдження ультракоротких хвиль в міських умовах і в приміщеннях будівель / С.Б. Гордиенко, Ю.Б. Науменко, В.О. Хорошко // Збірник наукових праць НТУ ( КПІ) Військовий інститут телекомунікацій та інформатизації. -2006. -№ 1. - С. 29-33.

9. Гордиенко С.Б. Защита информации в системе управления цифрових корпоративных сетей связи / С.Б. Гордиенко // Вісник Державного університету інформаційно-комунікаційних технологій. - 2006. - № 4, том 4. - С. 272-276.

10. Гордиенко С. Оптимальное размещение датчиков акустического зашумления помещений при построении комплексной системы защиты / Сергей Гордиенко, Владимир Хорошко // Захист інформації. - 2006. - № 4 (31). - С.70-77.

11. Гордієнко С.Б. Обґрунтування вимог до апаратури формування перешкод витокам інформації / С.Б. Гордієнко // Захист інформації. - 2007. - Спеціальний випуск (35). - С. 8-12.

12. Гордиенко С.Б. Защита информации в оптических линейных трактах методом спектрального разделения / С.Б. Гордиенко, А.А. Манько // «Сучасні інформаційно-комунікаційні технології» /COMINFO'2006/: матеріали ІІ Міжнародної науково-технічної конференції, 8-14 жовтня 2006 р., с.м.т. Лівадія. - К. : ДУІКТ, 2006. - С. 60.

13. Гордієнко С.Б. Застосування математичної функціонально-статистичної моделі контролю та управління для оцінка показників якості сучасних мереж /С.Б. Гордієнко // «Сучасні телекомунікаційні та інформаційні технології»: матеріали науково-практичного семінару молодих науковців та студентів, червень-липень 2009 р., Український науково-дослідний інститут зв'язку. - К.: УНДІЗ. - 2009.- №1. - С.55.

14. Гордієнко С.Б. Дослідження методики розрахунку пропускної спроможності каналів управляючої інформації / Григорович В.В., Гордієнко С.Б., Дещинський П.Ю // «Сучасні інформаційно-комунікаційні технології» /COMINFO'2009/: матеріали V Міжнародної науково-технічної конференції, 5-9 жовтня 2009р., с.м.т. Лівадія. - К. : ДУІКТ, 2009. - С. 116.

АНОТАЦІЯ

Гордієнко С.Б. Удосконалення методики оцінки показників якості мереж нового покоління на основі інформаційно-ентропійного методу. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.12.02 - телекомунікаційні системи та мережі. - Державний університет інформаційно-комунікаційних технологій, м. Київ, 2010.

Дисертація присвячена вирішенню науково-технічних завдань по поліпшенню показників якості мережі нового покоління. Розглянуті особливості розвитку, функціонування та проведений аналіз тенденцій розвитку сучасних телекомунікаційних мереж NGN. Визначена спрямованість на дослідження перспективних технічних рішень за допомогою функціонально-статистичної моделі об'єкту контролю і управління. Досліджені механізми управління потоком і контролю перенавантажень шляхом порівняння механізмів управління вікном на основі характеристик затримок і продуктивності, проведений порівняльний аналіз існуючих механізмів управління потоками. Проведений аналіз стратегій обмеження вхідного накопичувача при контролі перенавантаження для можливості поліпшення характеристики "затримка-продуктивність". Розглянуті аспекти експлуатації мультисервісних мереж при переході до NGN, а також інформаційно-ентропійний підхід до процесу управління якісними характеристиками послуг та розроблено методику розрахунку кількості управляючої інформації на основі інформаційно-ентропійного методу для залежних контрольованих об'єктів.

Ключові слова: NGN, об'єкт, затримка, продуктивність, мережа ІР, кількість інформації, ентропія, показники якості.

АННОТАЦИЯ

Гордиенко С.Б. Усовершенствование методики оценки показателей качества сетей нового поколения на основании информационно-энтропийного метода. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.12.02 - телекоммуникационные системы и сети. - Государственный университет информационно-коммуникационных технологий, Киев, 2010.

Совокупность научных положений сформулированных и обоснованных в диссертационной работе составляет решение научно-технической задачи по улучшению показателей качества сети нового поколения путем разработки методики оценки этих показателей. Исследованы и проанализированы тенденции, граничные варианты и перспективная направленность путей развития сетей NGN, направленных на конвергенцию всех сфер в единую информационную сеть. Проведен анализ требований к качеству услуг, рассмотрен вопрос их нормирования в ІР-сетях, с учетом рыночных отношений относительно реализации технической политики операторов связи, исследован процесс маршрутизации пакетов. Доказанная зависимость между механизмами управления потоком и контроля перегрузок путем сравнения механизмов управления на основе характеристик задержек и производительности. Исследованы модели сетей очередей и проведен анализ стратегий ограничения входного накопителя при контроле перегрузки для улучшения характеристики "задержка-производительность". Предложена методика проведения предыдущих расчетов, которые позволяют оценить эффективность модернизации телекоммуникационных сетей и осуществить многокритериальную оптимизацию параметров телекоммуникационных систем. Разработана методика расчета количества управляющей информации на основе информационно-энтропийного метода для зависимых контролируемых объектов. Определена зависимость вероятности выполнения сложным объектом задачи от энтропии состояния объекта, что позволяет минимизировать количество управляющей информации. Предложена модель комбинированной структуры системы управления, которая обеспечивает свойства адаптивности и инвариантности.

Представленные исследования, разработанная методика охватывают новейшие технологические решения, позволяют улучшить показатели качества сети нового поколения NGN и целесообразны к внедрению на современных комплексах и системах телекоммуникаций.

Ключевые слова: NGN, объект, задержка, производительность, сеть, ІР, количество информации, энтропия, показатели качества.

SUMMARY

Gordienko S.B. Improvement of the procedure for estimation of quality indices in new generation networks on the basis of information-entropy method. - Manuscript

Dissertation on getting the Candidate degree in engineering sciences on the specialty of 05.12.02 - Telecommunication systems and networks. - State University of Information and Communication Technologies, Kyiv, 2010.

Dissertation is devoted to solving the scientific and technical tasks on the improvement of quality indices in new generation network (NGN). Features of development and functioning of an advanced telecom NGNs are considered. Analysis is made of trends of development of modern telecom NGNs. It is underlined the directivity to the study of advanced technical solutions using the functional and statistical model of control and management object. It is studied mechanisms of flow management and overload control using the comparison of window management mechanisms on the basis of delay characteristics and efficiency; the comparative analysis of existing flow control mechanisms is made. The analysis of strategies for the restriction of input storing device during the control of overload for the improvement of the “delay - efficiency “ characteristic is made. Maintenance aspects of multiservice networks when transition towards the NGN and information - entropy approach to the process of service quality characteristics management are considered. The procedure for the estimation of quality indices of NGN on the basis of information-entropy method for the dependent controlled objects is developed. Presented studies and the developed procedure covers the up-to-date technological solutions which allow to improve quality indices of the new generation networks (NGN) and could be implemented on the modern complexes and telecommunication systems.

Keywords: NGN, object, delay, efficiency, network, ІР information content, entropy, quality indices.

Размещено на Allbest.ru

...