Поліпшення показників якості інтелектуальної мережі з урахуванням нових технологій

Размещено на http://www.allbest.ru/

ДЕРЖАВНИЙ КОМІТЕТ ЗВ'ЯЗКУ ТА ІНФОРМАТИЗАЦІЇ УКРАЇНИ

ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІНФОРМАЦІЙНО-КОМУНІКАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

ПОЛІПШЕННЯ ПОКАЗНИКІВ ЯКОСТІ ІНТЕЛЕКТУАЛЬНОЇ МЕРЕЖІ З УРАХУВАННЯМ НОВИХ ТЕХНОЛОГІЙ

05.12.02 - Телекомунікаційні системи та мережі

ІВАНОВ ОЛЕКСАНДР МИКОЛАЙОВИЧ

Київ - 2003

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Державному університеті інформаційно-комунікаційних технологій.

Науковий керівник: Заслужений діяч науки і техніки України, доктор технічних наук, професор Стеклов Василь Купріянович

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Савченко Юлій Григорович, Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут”, професор кафедри

кандидат технічних наук, старший науковий співробітник Бірюков Микола Леонідович, Український науково-дослідний інститут зв'язку Державного комітету зв'язку та інформатизації України, начальник наукового відділу

Провідна установа - Одеська Національна академія зв'язку ім. О.С.Попова (м. Одеса).

Захист відбудеться 10.10.2003 р. о 15 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.861.01 в Державному університеті інформаційно-комунікаційних технологій за адресою: 03110, м. Київ, вул. Солом'янська,7.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Державного університету інформаційно-комунікаційних технологій.

Автореферат розісланий 05.09.2003 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради к.т.н., доцент Кунах Н.І.

АНОТАЦІЇ

Іванов О.М. Поліпшення показників якості інтелектуальної мережі з урахуванням нових технологій. - 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, 2003 р.

Дисертацію присвячено дослідженню архітектури інтелектуальної мережі, розробці методик розрахунку основних параметрів мережі, взаємозв'язків між ними та векторного синтезу мережі.

Запропоновано методику розрахунку середньої затримки отримання послуги абонентом в ІМ, що дозволяє знайти залежність цієї затримки від різноманітних параметрів, які визначають характеристику і структуру мережі. На основі розрахунку отримані залежності затримки одержання інформації від параметрів: інтенсивності надходження вимог, продуктивності вузла комутації, кількості транзитних комутаційних вузлів, методу обслуговування та вартості обладнання.

Запропоновано методику визначення мінімальної пропускної спроможності, що дозволяє при відомих максимально допустимих затримках передачі інформації визначити мінімально допустимі (необхідні) пропускні спроможності гілок, що дозволить отримати мінімум вартості при заданих умовах та обмеженнях. Розроблено програмне забезпечення для отримання пропускних спроможностей гілок структурної схеми мережі в залежності від інтенсивності надходження потреб на послуги та інтенсивності обслуговування.

Проведено синтез ІМ на основі мінімаксного методу. Описано зовнішні параметри ІМ: пропускна спроможність гілок структурної схеми, затримка отримання інформації, вартість та достовірність. Ці параметри є показниками, які визначають якість ІМ. Проведено порівняльний аналіз існуючих методів об'єднання суперечливих критеріїв, досліджено їх переваги та недоліки. Запропоновано методику об'єднання суперечливих критеріїв.

Ключові слова: інтелектуальна мережа, телекомунікації, затримка, вартість, пропускна спроможність, критерій.

Ivanov A.N. Improvement of parameters of quality of the Intelligent network in view of new technologies.- Manuscript.

Dissertation manuscript for the candidate's degree of technical science on a specialty 05.12.02 - telecommunication systems and networks.

State university of information and communication technologies, Kyiv, 2003

The dissertation is devoted to research of architecture of the Intelligent network, development of design procedures of key parameters of a network, interrelation between them and to vector synthesis of a network.

It is offered a calculation procedure of an average delay of receiving of service by the subscriber in IN which allows to find dependence of this delay on various parameters which define the characteristic and structure of a network. On the basis of calculation are received dependences of a delay of receiving of the information on parameters: intensity of receive of requirements, efficiency of unit of switching, amount of transit switching units, a method of service and cost of the equipment. It is offered a procedure of definition of the minimal traffic capacity, which allows to define minimally allowable traffic capacity of branches of the structure scheme at known as much as possible allowable delays of transfer of the information. That, in turn, will allow to receive a minimum of cost under the given conditions and restrictions. The software for reception of traffic capacity of branches of a network is developed depending on intensity of receive of the requirements and of service intensity.

Synthesis IN is carried out on the basis of a minimax method. External parameters IN are described: traffic capacity of branches of the structure scheme, a delay of receiving of the information, cost and reliability. These parameters are indicators which determine quality of IN. The comparative analysis of existing methods of association of inconsistent criteria is carried out. Their advantages and lacks is analyzed. The technique of association of inconsistent criteria is offered.

Keywords: Intelligent network, telecommunications, delay, cost, traffic capacity, criterion.

Иванов А.Н. Улучшение показателей качества интеллектуальной сети с учетом новых технологий. - Рукопись

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

Государственный университет информационно-комунникационных технологий, Киев, 2003 г

Диссертация посвящена исследованию архитектуры интеллектуальной сети, разработке методик расчета основных параметров сети, взаимосвязи между ними и векторному синтезу сети.

Проведен сравнительный анализ построения интеллектуальной сети, как наиболее адекватной платформы для создания серверов прикладных программ Сетей Нового Поколения (NGN). Рекомендовано, что для телекоммуникационных сетей Украины целесообразно остановиться на реализации ИС в виде Узла Услуг (SN), который может быть расширен до сервера прикладных программ NGN. Это решение является наиболее адекватным с учетом соотношения цена/скорость внедрения. Но надежность такой системы ниже, так как практически все узлы ИС находятся в одном конструктиве. Хотя такое ограничение можно решить путем дублирования данного узла.

Предложено методику расчета средней задержки получения услуги абонентом в ИС, который позволяет найти зависимость этой задержки от разнообразных параметров, которые определяют характеристику и структуру сети. На основе расчета получены зависимости задержки получения информации от параметров: интенсивности поступления требований, продуктивности узла коммутации, количества транзитных коммутационных узлов, метода обслуживания и стоимости оборудования. Сделаны выводы, что при проектировании ИС более эффективным способом уменьшения задержки является повышение продуктивности коммутационных узлов, а не понижение нагрузки на коммутационный узел. Однако стоимость коммутационного узла может быть различной при реализации ИС. Она определяется не только продуктивностью узла, но и эффективной маршрутизацией и другими функциональными возможностями. Поэтому при увеличении требований к такому параметру как задержка, необходимо выбирать оборудование с максимальной продуктивностью.

При исследовании услуг, которые обладают разными приоритетами, сделан вывод, что услуги, владеющие более низким приоритетом, увеличивают коэффициент использования системы, что в свою очередь, ведет к увеличению средней задержки сообщений в коммутационной системе.

Не менее важным выводом, является то, что структуру сети нужно выбирать таким образом, чтобы при заданной интенсивности и производительности было как можно меньше транзитных узлов.

Предложено методику определения минимальной пропускной способности, которая позволяет при известных максимально допустимых задержках передачи информации определить минимально допустимые (необходимые) пропускные способности ветвей структурной схемы, что, в свою очередь, позволит получить минимум стоимости при заданных условиях и ограничениях. Разработано программное обеспечение для получения пропускных способностей ветвей сети в зависимости от интенсивности поступления требований на услуги и интенсивности обслуживания. Из полученных результатов, можно сделать вывод, что пропускная способность несущественно зависит от интенсивности обслуживания до ее определенной величины, но если интенсивность обслуживания меньше этой величины, пропускная способность стремительно увеличивается.

Проведен синтез ИС на основе минимаксного метода. На базе этого метода определена результирующая функция, которая позволяет выполнить векторный синтез ИС. Описаны внешние параметры ИС: пропускная способность ветвей структурной схемы, которая обеспечивает заданную точность параметров объектов сети; задержка получения информации при которой время получения услуги пользователем не превышает заданного; стоимость оборудования ИС и достоверность при передачи услуги. Показано, что количество показателей, которые характеризуют качество реальной системы может быть очень большим, но на практике существует оптимальное количество показателей качества, которое необходимо учитывать. По результатам моделирования, получены соотношения, которые связывают основные выше приведенные показатели качества. Проведен сравнительный анализ существующих методов объединения противоречивых критериев, проанализировано их преимущества и недостатки. Предложена методика объединения противоречивых критериев.

Ключевые слова: интеллектуальная сеть, телекоммуникации, задержка, стоимость, пропускная способность, критерий.

інтелектуальний мережа векторний синтез

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Стрімкий розвиток телекомунікаційних технологій у всьому світі ставить перед Україною, Державним комітетом зв'язку та інформатизації України особливі завдання: задовільнити потреби користувачів до інформаційних послуг, які постійно розширюються та вдосконалюються, та забезпечити їх надання на сучасному рівні. Основою могутнього комплексу, що забезпечує розмаїття інформації - є телекомунікаційна мережа. Завдання побудови такої мережі для досягнення глобальної доступності, реалізації вимог ринку інформаційних послуг є побудова такої архітектури мережі, яка дозволить компромісно її оптимізувати з урахуванням обмежень вхідних даних та спектра визначених умов.

Для більш швидкої реалізації вимог ринку інформаційних послуг, стала необхідною більш гнучка архітектура мережі, що легко пристосовується і могла б підтримувати швидке введення нових послуг та їх глобальну доступність на всій мережі без істотних змін обладнання, що діє. Ці вимоги визначили створення мережі наступного покоління (NGN) - мережу з розподіленою архітектурою та спільним пакетним транспортним рівнем для голосу і даних. Вона характеризується відокремленням рівнів траспорту - медіа-шлюзів, керування - контролерів медіа-шлюзів та послуг - серверів прикладних програм. В якості серверів прикладних програм найбільш адекватною є платформа заснована на концепції інтелектуальних мереж (ІМ). ІМ грунтується на фундаментальній ідеї розподілу функцій комутації та функції надання послуг, яка дає можливість користувачам отримати всі види сучасних телекомунікаційних послуг у будь-якому місті, в будь-який час, із високою якістю та належною вартістю.

Інтелектуальна мережа універсальна, володіє різноманітністю функцій, тому може бути побудована на базі будь-якої традиційної мережі, що є важливим аргументом для телекомунікаційних мереж України.

Тема дисертаційної роботи, яка присвячена дослідженню архітектури інтелектуальної мережі, розробці методик розрахунку основних параметрів мережі, взаємозв'язків між ними та багатокритеріальній оптимізації параметрів мережі є значущою.

Актуальність теми та стан питання

Вирішенню проблеми побудови сучасних систем та мереж для надання послуг і їх оптимізації присвячено багато робіт українських та закордонних вчених. Створення концепції побудови ІМ, методів багатокритеріальної оптимізації, теорії масового обслуговування і теорії графів пов'язано з роботами таких вчених, як Бертсекас Д., Галлагер Р., Стеклов В.К., Беркман Л.Н., Кучерявий А.Е, Шварц М., Гольштейн Б.С., Клеєнрок Л., Нечипоренко В.І., Корнишев Ю.Н., Фань Г.Л., Бурке П.Ж. та інші.

У науковій літературі досліджуються різноманітні концепції побудови систем 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 також ІМ.

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

Недостатньо досліджені можливості мінімізації затримки отримання послуг користувачем ІМ.

Потребують свого вдосконалення методики визначення пропускної спроможності гілок структурної схеми мережі, оскільки за допомогою цих методик є можливість при відомих максимально допустимих затримках отримання послуги абонентом визначити мінімально допустимі (необхідні) пропускні спроможності гілок структурної схеми мережі, що дозволить отримати мінімум вартості при заданих умовах та обмеженнях.

Недостатньо проаналізовані методи багатокритеріальної оптимізації ІМ, які дозволяють здійснити глобальний синтез ІМ із врахуванням усіх основних окремих критеріїв, включаючи й економічні, необхідних для забезпечення заданої точності параметрів мережі.

Отже, викладене свідчить про те, що тема дисертаційної роботи є актуальною.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами

Тема дисертаційної роботи безпосередньо пов'язана з виконанням програми розвитку галузі зв'язку України відносно розробок телекомунікаційних систем та мереж проведених в Державному університеті інформаційно-комунікаційних технологій.

Мета і завдання дослідження

Метою дисертаційної роботи є порівняльний аналіз побудови ІМ як платформи для реалізації серверів прикладних програм NGN та розробка методик розрахунку її основних параметрів, їх взаємозв'язок, векторний синтез ІМ на основі мінімаксного методу.

При цьому вирішуються такі задачі:

- проведення порівняльного аналізу побудови ІМ як платформи серверів прикладних прог-рам NGN та розробка рекомендацій її реалізації на мережах зв'язку України; визначення основних параметрів якості ІМ, необхідних для її оптимального проектування;

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

- розробка методики розрахунку пропускної спроможності, яка дозволить при відомих максимально допустимих затримках передачі інформації визначити мінімально допустимі (необхідні) пропускні спроможності гілок мережі;

- розробка методики векторного синтезу ІМ з різними параметрами з використанням міні-максного методу.

Завдання дисертаційної роботи розв'язувались із застосуванням теорії електрозв'язку, теорії масового обслуговування, теорії черг, теорії графів, методу багатокритеріальної оптимізації, методу статистичного моделювання, методу моделювання на ЕОМ.

Наукова новизна одержаних результатів

Наукова новизна одержаних результатів дисертаційної роботи полягає у вирішенні наукових завдань:

- виконано порівняльний аналіз побудови ІМ як платформи серверів прикладних програм NGN та розробка рекомендацій їхньої реалізації на мережах зв'язку України; визначено основні параметри ІМ, якім слід надавати уваги при проектуванні мережі;

- розроблено методику розрахунку затримки передачі інформації із врахуванням окремих її складових на визначених ділянках передачі від джерела до споживача;

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

- запропоновано методику визначення мінімальної пропускної спроможності, що дозволяє при відомих максимально допустимих затримках передачі інформації визначити мінімально допустимі (необхідні) пропускні спроможності гілок мережі;

- розроблено методику векторного синтезу ІМ із різними параметрами з використанням міні-максного методу.

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 науково-дослідній роботі, проведеній в розробках науково-аналітичного центру (НАЦ “Телеком” номер державної реєстрації № 0101U000513, інв. № 0301U002123).

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

Особистий внесок здобувача

У дисертаційній роботі особистий внесок автора відображено в наступних наукових розробках, при цьому виконано: порівняльний аналіз інтелектуальної мережі як платформи для реалізації серверів прикладних програм NGN; наведено рекомендацію, щодо реалізації ІМ на мережах зв'язку України; проведені дослідження залежності затримки одержання інформації від інтенсивності надходження потреб, від швидкості їх обробки, кількості транзитів, вартості обладнання, пріоритетів послуг та розроблено методику розрахунку затримки передачі інформації із врахуванням окремих її складових; запропоновано методику визначення мінімальної пропускної спроможності, що дозволяє при відомих максимально допустимих затримках передачі інформації визначити мінімально допустимі (необхідні) пропускні спроможності гілок мережі; розроблено методику векторного синтезу ІМ з різними параметрами із використанням мінімаксного методу.

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.

Публікації

На тему дисертаційної роботи опубліковано 9 наукових праць та два навчальних посібника.

Структура та обсяг дисертації

Дисертаційна робота складається із вступу, чотирьох розділів, висновків, переліку використаної літератури та додатків. Загальний обсяг роботи складає 185 с., в тому числі 9 с. рисунків та таблиць, 8 с. списку використаних джерел та 34 с. додатків.

ОСНОВНА ЧАСТИНА

Вступ

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 серверів прикладних програм мереж наступного покоління

Перший розділ присвячений порівняльному аналізу побудови інтелектуальної мережі як найбільш адекватної платформи для створення серверів прикладних програм Мереж Нового покоління (NGN).

Визначено, що для проектування ІМ та її оптимізації слід зупинитись на декількох показниках якості, а саме: пропускна спроможність каналів, що забезпечує задану точність параметрів об'єктів мережі; затримка отримання послуги користувачем, при якій час отримання послуги користувачем не перевищує заданого; вартість обладнання ІМ та достовірність при наданні послуги.

Визначено, що для телекомунікаційних мереж України доцільно зупинитись на реалізації ІМ у вигляді Вузла Послуг (SN). Даний вузол безпосередньо з'єднується із одним або більше вузлами кoмyтaцiї послуг (SSP), функції яких можливо організувати на існуючому обладнанні автоматичних телефонних станцій, та викoнyє фyнкцiї yпpaвлiння пocлyгaми, пiдтpимки даних, спеціалізованих pecypciв, a також функції кoмyтaцiї пocлyг та yпpaвлiння викликом. При цьому функції комутації послуг (SSF) та функції управління викликом (CCF) y вузлі послуг тісно пoв'язaнi з функцією yпpaвлiння пocлyгaми (SCF) тa нeдocтyпнi з iншиx вyзлiв, якi викoнyють фyнкції yпpaвління пocлyгaми. Дaний вyзoл має такі ж мoжливocтi як y вyзлiв кoмyтaції пocлyг, yпpaвлiння пocлyгaми тa інтeлeктyaльнoї пepифepії.

Розділ 2. Методика визначення середньої затримки інформації в інтелектуальній мережі

У другому розділі представлено методику визначення затримки передачі інформації. Показано, що в ІМ затримка передачі інформації від джерела до абонента є одним з найважливіших параметрів. Розглянуто два характерних варіанта мереж: із комутацією пакетів та комутацією каналів. У випадку з комутацією пакетів через мережу від джерела за деяким маршрутом, вибір якого визначається проектом мережі, передаються пакети, тобто блоки змінної або фіксованої довжини. При дослід-женні мереж з комутацією пакетів проблеми черг виникають абсолютно природньо. Пакети, що потрапляють на вхід мережі або проміжного вузла на шляху призначення, накопичуються, оброблюються з метою вибору відповідного каналу передачі до наступного вузла, а після того зчитуються цим каналом у визначений для них час. Час, витрачений на очікування передачі в накопичувачі, є важливим параметром, що характеризує роботу мережі, оскільки затримка передачі з одного кінця в інший в аналізований час входить як складова і є однією з основних характеристик, що безпосередньо відчувається користувачем. Час очікування залежить від часу обробки у вузлі і довжини пакета. Він залежить також від пропускної спроможності каналу передачі, яка визначається кількістю пакетів, переданих за секунду, інтенсивністю надходження пакетів до вузла і дисципліни обслуговування при обробці пакетів.

Головною методологічною основою для аналізу затримки є теорія масового обслуговування. Найпростішою системою обслуговування є так звана черга типу М/М/1 - система з пуассонівским вхідним потоком і показниковим розподілом часу обслуговування. Для такої системи достатньо легко одержати можливість станів як у випадку кінцевої, так і безмежної черги.

Найбільш загальна залежність між середнім значенням часу затримки і середнім числом пакетів або викликів у черзі, визначається формулою Літтла.

N=лT= , (1)

де л - середня швидкість надходження вимог - відношення математичного очікування числа вимог, що надійшли за інтервал [0,t] до цього інтервалу;

м - швидкість обслуговування;

PQ - імовірність події;

m - кількість обслуговуючих приборів.

Також розглянуто чергу з розподілом обслуговування загального виду і пуассонівським вхідним потоком (черга М/G/1). Цей варіант дає можливість визначити окремий випадок впливу фіксованої довжини пакету. У більш загальному випадку виведено формулу для середнього часу затримки в системі обслуговування користувача з пріоритетом класу (1k):

, (2)

де Т0 - випадковий проміжок часу, на протязі якого користувач, від якого надійшов виклик, чекає на обслуговування, поки закінчиться поточний час обслуговування користувача, який надіслав виклик раніше;

Тк - випадкове число одиниць часу, протягом яких користувач очікує, поки закінчитися обслуговування всіх користувачів класу k, вищого або рівного класу с;

Тк/ - випадковий час, в який обслуговуються користувачі кожного класу k, який вищий за клас с і які надійшли протягом часу очікування Wс.

Для середнього часу очікування в системі M/G/1, отримано:

, (3)

де Е(2) - другий момент розподілу часу обслуговування, який дорівнює ;

Е(k2) - другий момент розподілу часу обслуговування для k-го пріоритету.

Наведено результати аналізу черги з пріоритетами в однолінійній системі М/G/1.

Запропоновано методику мінімізації середньої затримки передачі інформації на визначених ділянках передачі від джерела до споживача. Метою є визначення залежності між затримкою і вар-тістю, методики оптимізації вартості від затримки або навпаки, застосування їх для порівняння різноманітних варіантів проектів системи.

Розділ 3. Оцінка навантаження інтелектуальної мережі

У третьому розділі проведено оцінку навантаження інтелектуальної мережі. Для багатьох потокових систем фактор часу або затримки в часі передачі по мережі має більш важливе значення, ніж вимога до кількості переданої інформації. До цих пір, при розрахунку затримки одержання послуги абонентом приймалося, що для потоків, які проходять між вузлами мережі, пропускні спроможності гілок структурної схеми мережі рівні.

Таке припущення дає можливість досить точно описати більшість телефонних мереж і багато інших систем зв'язку. Однак існують мережі, що не можуть бути адекватно описані за допомогою такої моделі. До таких мереж відноситься також інтелектуальна мережа. Передача потоків у гілках мережі при реалізації ІМ не може бути не врахована, тому що частина затримки, яка виникає при доставці послуги абоненту, приходиться саме на мережу, а не тільки на комутаторні вузли. Причому, абонент, замовляючи послугу, може визначати її вартість в залежності від того, в період якого часу він бажає одержати дану послугу. Таким чином, знаючи затримку одержання послуги і пропускні спроможності гілок структурної схеми мережі, з'являється можливість визначати маршрутизацію пакетів наданої послуги.

У розділі проведено аналіз основних показників якості структурних схем. Представляючи структурну схему мережі у вигляді графа, ще нічого не можна сказати щодо якісних показників самої мережі. Тому необхідно мати методику, що дозволяє визначити деякі структурні параметри і дати їм кількісну оцінку.

При такій постановці питання параметри, що визначають якість структурної схеми, повинні бути простими і не вимагати для свого визначення даних більше, ніж їх утримується в самій структурній схемі.

У якості параметрів, що визначають якість структурної схеми при представленні її графом, можна рекомендувати наступні:

Зв'язність графа. Параметр повинен виявити наявність обривів (відсутність необхідних зв'язків), “висячі” вершини і деякі інші структурні недоліки функціональної схеми.

Ранг елемента. Параметр дозволяє розподілити елементи схеми в порядку їхньої значимості. Характеризуючи значимість елемента рангом -- структурним параметром, є можливість висловити таке припущення: чим вище ранг елемента, тим більш сильно він зв'язаний з іншими елементами схеми, і тим більш важкими будуть наслідки при зміні якості його функціонування.

3. Безліч зчленування. Поняття безлічі зчленування, можна трактувати так само, як деякий структурний параметр, що вказує, при видаленні яких елементів зі схеми вона руйнується, перестає існувати як єдине ціле.

Для оцінки кількості елементів структури в графах систем, що визначає складність аналізу графа, отримано ряд співвідношень.

Розглянуто загальну формалізацію аналізу і синтезу детермінованих мереж із пам'яттю. При вирішенні даної задачі застосовується лінійне програмування із некерованим набором обмежень. В результаті, отримано чисельне значення потоку , яке передбачає, що як тільки потік залишає пам'ять вершини vi, то він передається у напрямку від vi до vj без подальшої затримки:

, (4)

де - середнє значення періодичної функції i,j(t);

i,j(t) - потік, що генерується вершиною vi за час t і направляється до vj.

Отримана модель дозволяє підтримувати постійну пропускну спроможність потоку від vi до vj при виконанні вимоги мінімальної пам'яті. Розглянуто мережі, у яких випадковий час запізнення пов'язаний з гілками графа. Потоки передбачаються випадковими, відсутність можливості миттєвої передачі потоків пов'язано з наявністю черги повідомлень при їхньому формуванні у вершинах. Повідомлення зберігаються у черзі доти, поки вони не будуть передані в порядку черговості надходження. Як критерій обрано середній час, необхідний для досягнення повідомленням пункту призначення. Були узагальнені деякі результати, отримані Клейнроком, що провів глибокі дослідження мереж такого типу. Для графів зі сталими стохастичними процесами була визначена очікувана затримка повідомлень при керуванні довжиною повідомлень і вхідним потоком, та пропускні спроможності гілок.

 для i=, (5)

, (6)

де , .

За допомогою представленої методики розрахунку залежності пропускної спроможності від затримки, що виникає в мережі передачі даних, є можливість при відомих максимально допустимих затримках отримання послуги абонентом визначити мінімально допустимі (необхідні) пропускні спроможності гілок структурної схеми мережі.

Розділ 4. Мінімаксний метод синтезу інтелектуальної мережі

У четвертому розділі розглянуто основні методи багатокритеріальної оптимізації. Описано особливості ІМ як складної системи. Запропоновано векторний синтез ІМ на основі мінімаксного методу. Задача синтезу полягає у знаходженні такої ІМ, яка компромісно оптимізує показники якості при обмеженні вхідних даних та спектра визначених умов.

У задачах оптимального проектування часто виникає необхідність одержати найкращі значення для декількох характеристик, тобто потрібно визначити також значення керованих змінних, що забезпечують мінімум одночасно за всіма введеними критеріями оптимальності Qk(x), k=1,2,...,s.... Ці критерії суперечливі і оптимізація за кожним із них призводить до різних значень керованих перемінних х. У зв'язку з цим для загального врахування всієї сукупності окремих критеріїв розглянуто векторний критерій оптимальності:

Q(x) [Q1(x),…,Qs(x)] . (7)

Екстремальне значення критерія оптимальності Q(x) (кількісне значення) отримано в залежності від конкретного завдання максимума або мінімума цієї функції.

Таким чином, для кожного критерія Q1(x), Q2(x),..., Qn(x) знайдено вектор x=(x1, х2, ..., хn), що забезпечує мінімальне (максимальне) значення критерія оптимальності: Qi=Qi(x1,x2,…,xn), i=1,m, при умові, яка визначає рішення системи нерівностей:

Qi=Qi(x1,x2,…,xn)?0, i=1,m;

xj-?xj?xj+, j=1,n. (8)

Проведено порівняльний аналіз методів об'єднання суперечливих критеріїв та розроблено методику отримання результуючої цільової функції.

Мінімаксний критерій представлено у наступному вигляді:

,

fр = [С1 f (k3);C2k2;C3 f (k2);C4k4] = min [ C1C2C3C4, (9)

де Сi - вагові коефіцієнти, які визначають важливість кожного з показників k1,…, km;

k1 - пропускна спроможність каналів;

k2 - затримка;

k3 - вартість;

k4 - достовірність;

kim - деяке опорне значення показника якості kі.

Узагальнений критерій оптимальності має вигляд:

fр = min (C1 C2 C3C4), (10)

Оптимальною, у даному випадку, буде система Sі, де kі будуть мінімальні.

Зазначимо, що з обраних чотирьох показників якості, затримка (k2) і вартість (k3) явно суперечливі. Як відомо, чим менша затримка, тим більша вартість. Вони пов'язані обернено пропорційною залежністю: k3 = f(k2). Ще два показники якості - пропускна спроможність каналів та вартість - пов'язані між собою пропорційно, тобто k1 = f(k3).

Для побудови математичної моделі інтелектуальної мережі сформульована задача проектування. При цьому враховується структура мережі, затримка отримання послуги користувачем, вірогідність помилки при передаванні послуги і загальна вартість мережі.

ВИСНОВКИ

Сукупність наукових положень, сформульованих і обґрунтованих у дисертаційній роботі, складає рішення завдання підвищення якості показників ІМ, таких як середня затримка отримання інформації, швидкість доступу, вартість та пропускна спроможність гілок структурної схеми мережі.

Основними результатами роботи є порівняльний аналіз побудови ІМ, як платформи для створення серверів прикладних програм NGN, визначення її основних параметрів, розробка методики розрахунку затримки отримання інформації, розробка методики визначення пропускної спроможності гілок структурної схеми мережі, вирішення задачі синтезу ІМ.

У дисертації отримані такі теоретичні і науково-практичні результати:

1. Виконано аналіз побудови ІМ і показано, що для вимог, які сприяли та визначили створення Мереж Наступного Покоління, найбільш адекватною платформою для створення серверів прикладних програм є концепція інтелектуальних мереж.

2. Показано, що для реалізації ІМ на мережах України доцільно зупинитись на реалізації ІМ у вигляді Вузла Послуг (SN).

3. Запропоновано методику розрахунку середньої затримки отримання послуги абонентом в ІМ, що дозволяє знайти залежність цієї затримки від різноманітних параметрів, які визначають характеристику і структуру мережі.

4. На основі розрахунку отримані залежності затримки одержання інформації від параметрів: інтенсивності надходження вимог, продуктивності вузла комутації, кількості транзитних комутаційних вузлів, методу обслуговування та вартості обладнання.

5. Запропоновано методику визначення мінімальної пропускної спроможності, що дозволяє при відомих максимально допустимих затримках передачі інформації визначити мінімально допустимі (необхідні) пропускні спроможності гілок структурної схеми мережі, що дозволить отримати мінімум вартості при заданих умовах та обмеженнях.

6. Проведено аналіз основних показників якості структурних схем, для яких визначено ряд співвідношень, за допомогою яких можна одержати оцінку кількості елементів структури в графах систем, що визначає складність аналізу графа.

7. Розроблено програмне забезпечення для отримання пропускних спроможностей гілок структурної схеми мережі в залежності від інтенсивності надходження потреб на послуги та інтенсивності обслуговування.

8. Проведено синтез ІМ на основі мінімаксного методу. Описано зовнішні параметри ІМ: пропускна спроможність гілок структурної схеми, затримка одержання інформації, вартість обладнання та достовірність. Ці параметри є показниками, які визначають якість ІМ.

9. Проведено порівняльний аналіз існуючих методів об'єднання суперечливих критеріїв, досліджено їх переваги та недоліки. Запропоновано методику об'єднання суперечливих критеріїв, таких як пропускна спроможність, затримка, вартість та достовірність.

10. Розроблено методику визначення результуючої цільової функції, яка дозволяє здійснити синтез ІМ на базі векторного критерія оптимальності.

11. Розроблено програмне забезпечення, яке дозволяє отримати оптимальне рішення для векторного критерія, що компромісно оптимізує обмеження вхідних даних та спектр визначених умов.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ НАУКОВИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Іванов О.М. Навантаження інтелектуальної мережі. Навчальний посібник - К.: ДП УНДІЗ, 2002.- 52 c.

2. Іванов О.М., Юдін О.К., Сторчак К.П. Комп'ютерна телефонія. Навчальний посібник - К.: ДП УНДІЗ, 2002.- 117 c.

3. Иванов А.Н. Метод расчета задержки предоставления услуги в Интеллектуальной сети. - Праці УНДІРТ: 1999.-С.38-41.

4. Стеклов В.К., Беркман Л.Н., Кільчицький Є.В., Іванов О.М. Робасність систем управління при випадкових змінах зовнішніх діянь. - Праці УНДІРТ: 2003.-С.12-15.

5. Стеклов В.К., Беркман Л.Н., Иванов А.Н. Метод определения задержки управляющей информации в системах управления телекоммуникационными сетями // Зв'язок.-2001.-№1.-С.24-25.

6. Іванов О.М. Оцінка навантаження інтелектуальної мережі // Зв'язок.-2003.-№2.-С.34-39.

7. Иванов А.Н. Метод расчета задержки получения услуги в интеллектуальной сети - С.-Петербург: Труды 2-й международной научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов стран СНГ “Техника и технология связи”, 2000. - С.182-184.

8. Иванов А.Н. Метод определения средней задержки для услуг набора CS-1 и CS-2 Интеллектуальной сети - Одесса: Труды 3-й международной научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов стран СНГ “Техника и технология связи”, 2002. - С. 38-42.

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, Науково-технічний журнал №1: 2001. - С.108-112

10. Пезенцалі Г.О., Іванов О.М., Кільчицький Є.В.. Ефективний цифровий канал для передачі управляючої інформації - Чернівці: Праці науково-практичного семінару “Проблеми вищої освіти в галузі зв'язку та досягнення сучасних комунікаційних технологій ”, 2001. - С.18.

11. 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.

Размещено на Allbest.ru

...