Дослідження характеристик функціонування телекомунікаційних мереж в сфері інфокомунікаційних послуг

Размещено на http://www.allbest.ru/

ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІНФОРМАЦІЙНО-КОМУНІКАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Дослідження характеристик функціонування телекомунікаційних мереж в сфері інфокомунікаційних послуг

Спеціальність 05.12.02 - телекомунікаційні системи і мережі

Павлов Семен Вікторович

Київ - 2010

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Одеській державній академії холоду.

Науковий керівник: доктор технічних наук, доцент

Гайворонська Галина Сергіївна,

Одеська державна академія холоду,

завідувач кафедри інформаційно-комунікаційних технологій

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Конахович Георгій Філімонович,

Національний авіаційний університет,

завідувач кафедри телекомунікаційних систем;

кандидат технічних наук, доцент

Дробик Олександр Васильович,

Державний університет iнформацiйно-комунiкацiйних технологій,

проректор з наукової роботи;

Захист дисертації відбудеться « 08 » квітня 2010 р. о 14⁰⁰ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.861.01 Державного університету інформаційно-комунікаційних технологій Мінтрансзв'язку України за адресою: 03110, м. Київ, вул. Солом'янська, 7.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Державного університету інформаційно-комунікаційних технологій за адресою: 03110, м. Київ, вул. Солом'янська, 7.

Автореферат розісланий « 27 » лютого 2010 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради

доктор технічних наук, доцент Н.І. Кунах

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

інфокомунікаційний послуга мережа розмірність

Актуальність теми обумовлена динамікою зміни інфокомунікаційних послуг (ІКП), яка впливає на темпи еволюції телекомунікаційних мереж (ТМ), що постійно зростають, і зменшенням періоду функціонування цих мереж без модернізації. Як правило, модернізацію мережі викликають як якісні, так і кількісні зміни характеристик ІКП. Тому оператори зацікавлені в оцінці характеристик ІКП для того щоб:

визначити, який перелік послуг може надавати існуюча мережа без модернізації;

з'ясувати, чи треба змінювати мережу для надання послуг, які потрібні користувачам;

проаналізувати, яким чином модернізувати мережу, щоб вона надавала певний набір послуг з найменшим терміном окупності.

На кожному етапі розвитку ТМ особлива увага приділяється ІКП, для надання яких розробляється мережа. Але велика кількість послуг ускладнює аналіз їх впливу на ТМ. Тому необхідно систематизувати існуючі ІКП, щоб виявити зв'язок між ними та мати можливість планувати розвиток надання нових послуг. До класів ІКП можна віднести будь-яку з існуючих або прогнозованих послуг, щоб встановити вимоги до ТМ. При появі нової послуги досить буде лише визначити її клас, який формує вимоги до мережі та устаткування, необхідні для надання даної послуги, із заявленою якістю. Це надасть можливість оцінити необхідні ресурси для подальшої модифікації існуючих мереж.

Дисертаційна робота направлена на планування розвитку ТМ для надання набору ІКП і дозволяє спростити вирішення існуючих проблем галузі зв'язку України.

Актуальність дисертації підтверджується дослідженнями, присвяченими послугам і їх класифікації, що регулярно проводяться сектором телекомунікації Міжнародного союзу електрозв'язку (МСЕ-Т). Основна діяльність МСЕ-Т по регулюванню надання ІКП стандартизована в рекомендаціях серій F, G, H, P, X, Q, Y. Крім того, надання послуг контролюється національними нормативними і законодавчими документами, що пояснює необхідність дослідження ІКП. Цим питанням приділяється увага в керівних документах, таких як «Керівний нормативний документ 45-076-98», затверджений Міністерством транспорту і зв'язку України і «Керівні документи сфери «Телематичні служби» і сфери «Мережі і служби передачі даних».

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Тематика дисертаційної роботи направлена на оптимізацію параметрів ТМ і тісно пов'язана з основними напрямами розвитку телекомунікацій України, визначеними в основних діючих нормативних документах: Постановах Верховної Ради України «Про затвердження завдань Національної програми інформатизації на 2006-2008 роки» та «Про основні завдання щодо впровадження нових інформаційних технологій»; Розпорядженні Кабінету Міністрів України «Про схвалення Концепції розвитку телекомунікацій в Україні до 2010 року»; Законах України «Про Концепцію Національної програми інформатизації» та «Про Національну програму інформатизації». Напрямок досліджень роботи пов'язаний з виконанням науково-дослідницької роботи, що виконувалася на кафедрі інформаційно-комунікаційних технологій Одеської державної академії холоду (№ ДР 0108U008107), присвяченій розробці програмного комплексу для автоматизації обробки великих масивів статистичної інформації.

Мета і задачі дослідження. Мета дисертаційної роботи полягає у підвищенні ефективності проектування нових і модернізації існуючих ТМ шляхом дослідження характеристик їх функціонування при наданні ІКП.

Для досягнення поставленої мети в дисертаційній роботі розв'язувалися наступні основні науково-технічні задачі:

Аналіз нормативних і законодавчих документів, які регулюють основні поняття і параметри надання ІКП.

Аналіз методів класифікації та зниження розмірності і супутній їм математичний апарат. Оцінка переваг і недоліків цих методів в застосуванні до класифікації послуг і вибір математичного інструментарію для виконання досліджень.

Оцінка дійсних значень параметрів надання ІКП в реальних ТМ на різних етапах розвитку цих мереж (починаючи від бажання абонента використовувати певну послугу, закінчуючи характеристиками надання даної послуги з позиції, як користувача, так і оператора надання послуг).

Виявлення взаємозв'язку між параметрами надання ІКП і визначення чинників, що найбільш сильно впливають на ці параметри.

Зниження розмірності простору параметрів надання ІКП на підставі запропонованих методів, виконання класифікації ІКП і виявлення вимог кожного з одержаних класів до мереж і устаткування.

Розроблення алгоритму визначення класу будь-якої існуючої або прогнозованої ІКП.

Розроблення інформаційної системи для класифікації ІКП і формування вимог до мереж і мережного устаткування з боку цих послуг.

Об'єкт дослідження - ІКП, що характеризуються параметрами їх надання.

Предмет дослідження - методи оцінки характеристик та класифікації ІКП.

Методи дослідження використовують методи класифікації та зниження розмірності простору параметрів надання ІКП за допомогою кластерного, факторного та дискримінантного аналізу, а також прикладного програмування.

Наукова новизна одержаних результатів:

Вперше сформульована, формалізована і вирішена задача дослідження характеристик функціонування телекомунікаційних мереж при наданні ІКП.

Одержала подальший розвиток класифікація ІКП, при цьому вперше згруповані показники надання ІКП методами непараметричної статистики.

Запропоновано метод формування вимог з боку виділених класів ІКП до ТМ та устаткування, що на них встановлюється, заснований на п'яти параметрах надання цих послуг, що дозволило підвищити ефективність проектування ТМ порівняно з відомими методами.

Вперше розроблена і створена інформаційна система для класифікації ІКП та визначення вимог до мереж і устаткування з боку виділених класів послуг, на підставі якої розроблений програмний продукт, що дозволяє підвищити точність проектування ТМ.

Практичне значення отриманих результатів:

Виділені показники надання ІКП, що визначають загальний чинник і одиночні параметри, важливі для надання цих послуг.

Розроблено алгоритм співвідношення будь-якої послуги до одного з виділених класів ІКП.

Реалізовано програмний продукт, що підвищує ефективність проектування і модернізації ТМ.

Результати дисертаційної роботи використані в процесі проектування, модернізації, оптимізації трафіку і надання інтегрованих мультисервісних послуг «Triple Play» (мова / відео / дані) в мережах передачі даних з комутацією пакетів, які використовують технології X.25, Frame Relay, MPLS, IP, що підвищило ефективність використання каналів зв'язку і якість послуг QoS при передачі різнорідного трафіку по глобальним мережам з комутацією пакетів і, відповідно, дало можливість збільшити пропускну спроможність орендованих телекомунікаційних каналів електрозв'язку на етапі модернізації і оптимізації ТМ (акт використання ТОВ «ТЕЛНЕТ» від 08.03.2009 р.).

Результати роботи також використані в учбовому процесі Одеської державної академії холоду при дипломному і курсовому проектуванні, а також при викладанні учбових дисциплін: «Інформаційні мережі», «Мультисервісні мережі і NGN» і «Системи доступу користувача» (акт впровадження від 17.04.2009 р.).

Особистий внесок здобувача. Наукові результати, викладені в дисертації та авторефераті, належать особисто автору. В роботах, опублікованих у співавторстві, здобувачем одержані наступні результати:

в [1] аналіз показників надання ІКП, класифікація цих послуг, розробка моделі відображення класів послуг;

в [13] розробка вимог до мережі для надання інфокомунікаційних послуг.

Дисертаційне дослідження є самостійно виконаною роботою, в якій відбитий особистий авторський підхід і особисто отримані їм теоретичні і прикладні результати, що відносяться до методів класифікації і формалізації ІКП для моделювання ТМ.

Апробація результатів дисертації. Основні результати дисертації докладалися і обговорювалися на міжнародних і національних науково-технічних конференціях:

I та II науково-технічних конференціях «Проблеми телекомунікацій», НТУУ КПИ, Київ, 2007 - 2008 рр;

III та ІV міжнародних науково-технічних конференціях «Сучасні інформаційно-комунікаційні технології», ДУІКТ, Київ, 2007 - 2008 рр;

Студентські наукові конференції «Інформаційні системи та технології», ОДАХ, Одеса, (2006 - 2009).

Публікації. По темі дисертації опубліковано 13 наукових праць, з них 6 статей в журналах, затверджених ВАК України як фахові видання з технічних наук та 7 тезисів доповідей.

Структура дисертації Дисертаційна робота складається із вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел та 2 актів впровадження. Загальний об'єм роботи складає 135 сторінок, у тому числі 38 рисунків, 21 таблиць, 64 використаних джерела. Як додатки приведені акти про впровадження результатів дисертації.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

У вступі дана загальна характеристика роботи, обґрунтована актуальність теми; визначені: мета, задачі, об'єкт, предмет і методи досліджень; вказані: наукова новизна та практична цінність результатів; зв'язок з науковими програмами і планами; відомості, що стосуються достовірності та апробації результатів, публікацій, особистого внеску здобувача.

У першому розділі проаналізовані національні, закордонні та міжнародні законодавчі й нормативні документи, що регулюють основні визначення та параметри надання ІКП, такі як, Конституція України, закон України «Про телекомунікації», закон України «Про ратифікацію Статуту и Конвенції МСЕ», нормативні документи України (ДК 004-2003), рекомендації МСЕ, та інші. На основі цих документів виявлено, що ІКП визначається як продукт діяльності по передачі, прийому, зберіганню, пошуку, обробці і наданню по запиту інформаційних повідомлень.

Визначена необхідність класифікації та зниження розмірності ІКП, що надаються сучасними ТМ. Виявлено, що проблемою класифікації та визначення класів послуг займалися деякі вітчизняні і закордонні вчені, зокрема: Конахович Г.Ф. та Вихров В.Н., які привели класифікацію та визначення усіх основних показників функціонування та якості надання транспортних послуг; Ріккарді Ф., який займався визначенням класів якості обслуговування; Луцеін В.І., який досліджував контроль параметрів послуг передачі фреймів; Куссумуа Т.А., який визначив характер надання диференційних послуг с гарантованим сервісом та інші. Також проаналізовані існуючі методи класифікації послуг, винайдені робочими групами МСЕ, зокрема метод, описаний в рекомендації серії Y.1541, в якому виявлені класи послуг для мереж з пакетною комутацією. Проте цим класифікаціям властиві деякі недоліки. Для прикладу розглянуто недоліки відселення класів в Y.1541:

до уваги беруться тільки мережі з пакетною комутацією;

для класифікації обрано лише два параметри - затримка пакетів та коефіцієнт помилок;

для виділення класів не використовується математичний апарат - класи формуються методом експертних оцінок;

не розроблений механізм виявлення класу нових послуг.

Зважаючи на вищезазначене, виникла необхідність розробки метода, який виключає ці недоліки. Для цього проведено аналіз методів класифікації і зниження розмірності, який показав, що для задачі, поставленої у дисертаційній роботі більш доцільно використовувати статистичні методи аналізу даних. В даній роботі використано факторний аналіз як метод зниження розмірності і кластерний аналіз як метод виявлення взаємозв'язків між параметрами надання послуг і як метод групування ІКП.

У другому розділі визначена основна задача, що вирішується в даній роботі, а саме необхідність отримання чітких рекомендацій про те, яким же характеристикам повинна відповідати структура мережі, протоколи і устаткування, що встановлюється на цій мережі. До цих вимог можуть бути віднесені, наприклад, коефіцієнт помилок, затримка передачі інформації, варіація цієї затримки та інші. Ці вимоги повинні забезпечити надання послуги з наперед заданою чи нормованою якістю. Якість надання послуги може оцінюватися як об'єктивно, так і суб'єктивно. Об'єктивна оцінка якості надання послуги оцінюється параметрами, нормованими як національними, так і міжнародними стандартами. Суб'єктивна оцінка визначається користувачем, який оцінює якість послуг як прийнятне (наприклад, при голосовому зв'язку відсутні перешкоди, виклик можна зробити у будь-який час), не прийнятне (при голосовому зв'язку з'єднання або не відбувається, або відбувається постійний обрив з'єднання), або якимись проміжними градаціями. Тому, в дисертаційній роботі виконано аналіз більшості існуючих ІКП і тих, які можуть з'явитися в майбутньому.

Якість надання послуг не є одним з питань, рішенню якого присвячена дана робота. Поняття про якість введено у вигляді обмежень та допущень на роботу, тобто вимоги, які розглядаються в дисертаційній роботі, повинні відповідати нормованим показникам якості. Якщо послуга надається з параметрами, які не відповідають нормованим показникам якості, то необхідно визначити, яке зниження якості надання послуги є допустимим для того, щоб вдовольнити користувача. Згідно з аналізом документів, проведеним у першому розділі, виділені наступні параметри надання послуг для проведення класифікації: код служби, вид послуги, вид інформації що передається, інформаційна швидкість доступу, допустимий час затримки, готовність мережі, допустимий коефіцієнт помилок, час доступу до служби та вид служби.

В даному досліджені клас ІКП визначається як група, яка є чітко виділеним скупченням послуг, що характеризуються сукупністю параметрів їх надання. Класи, у цьому випадку, не є інтервальними величинами, тому можлива відсутність чітких меж між класами. Будь-яка послуга належить до того класу, до якого вона ближче по сукупності параметрів. Кожен клас визначає якість надання ІКП, що мають задовольнити як користувача, так і мережного оператора. Класи ІКП необхідні для формування вимог до мереж та устаткування з боку групи послуг, що надаються конкретною мережею. Це забезпечує підвищення ефективності проектування ТМ.

Враховуючи виділені фактори, проаналізовані можливі варіанти класифікації ІКП, проведено виділення класів по кожному з параметрів надання послуг (табл. 1).

Таблиця 1

Класифікація ІКП по кожному з параметрів їх надання

Клас

А

Б

В

Г

Інформаційна швидкість доступу, (кбіт/с)

Не більше 64

64..2048

2048..143360

Більше 143360

Підклас

А1

А2

А3

Б1

Б2

Б3

В1

В2

В3

Г1

Г2

Г3

Допустимий час затримки

Інтерактивні, (мс)

Більше 1800

500.. 1800

Менше 500

Більше 1800

500.. 1800

Менше 500

Більше 1800

500.. 1800

Менше 500

Більше 1800

500.. 1800

Менше 500

не інтерактивні, (годин)

Більше 12

4..12

Менше 4

Більше 12

4..12

Менше 4

Більше 12

4..12

Менше 4

Більше 12

4..12

Менше 4

Допустимий коефіцієнт помилок

Більше 10-5

10-8.. 10-5

Менше 10-8

Більше 10-5

10-8.. 10-5

Менше 10-8

Більше 10-5

10-8.. 10-5

Менше 10-8

Більше 10-5

10-8.. 10-5

Менше 10-8

Час доступу до служби, секунд

Більше 20

10..20

Менше 10

Більше 20

10..20

Менше 10

Більше 20

10..20

Менше 10

Більше 20

10.. 20

Менше 10

Готовність мережі, %

Менше 95

95..98

Більше 98

Менше 95

95..98

Більше 98

Менше 95

95..98

Більше 98

Менше 95

95.. 98

Більше 98

Надання ІКП керується багатьма факторами (такими як демографічні, технічні, соціальні та інші), але в даній роботі відокремимо найважливіший з них - людський фактор, а саме операторів зв'язку, які здають в оренду канали зв'язку виробникам послуг, які в свою чергу надають свої послуги користувачу. У ході дослідження показано, що саме користувач впливає на номенклатуру та якість послуг.

Для винайденої класифікації розроблено модель відображення класів ІКП, яка наглядно представляє сформовані класи та легко масштабується.

Наведений підхід класифікації зводиться, по суті, до методу так званого комбінаційного угрупування, коли всі ознаки, які характеризують об'єкт, носять дискретний характер або зводяться до таких. Наприклад, допустимий коефіцієнт помилок мав проміжки: менше 10^-8; 10^-8..10^-5; більше 10^-5. При цьому клас послуги визначається на підставі збігу кожної з ознак з зареєстрованими градаціями, наведеними в таблиці 1 (однаковий проміжок допустимого коефіцієнта помилок, готовності мережі і т. д.). Методи зниження розмірності у виконаній класифікації обмежуються простою агрегацією однотипних ознак (наприклад, перехід до інтервалів значень) і відбором (аналізом важливості певного параметра) деякої найбільш інформативної частини з початкового набору ознак (параметрів). У даному випадку класифікація и зниження розмірності включає відбір й теоретичний аналіз об'єктів, що вивчаються, ознак, що їх характеризують, сутності та числа градацій по кожній з цих ознак. Тому виконану класифікацію не можна вважати такою, що враховує всі необхідні параметри надання послуг, але можна розглядати як один з варіантів її проведення, використовуючи вдалі методи для вирішення конкретних завдань в поточній роботі.

Враховуючи недоліки всіх зазначених методів виділення класів, розроблено метод класифікації ІКП, що враховує сукупність параметрів надання цих послуг, і передбачає наступне:

визначення взаємозв'язків між параметрами надання ІКП;

зниження розмірності простору параметрів надання ІКП;

класифікацію ІКП методом групування;

оцінку достовірності виконаної класифікації.

В ході дослідження доведено, що параметри «Найменування послуги» і «Код служби, вид послуги» не можуть однозначно характеризувати послугу, тому як змінюються залежно від способу організації служби та являються якісною характеристикою надання послуг. Тому, ці параметри не можуть бути використані як початкові дані для статистичних методів. Аналіз статистичних даних, одержаних з урахуванням рекомендацій, регулюючих вимоги до характеристик послуг виявив, що необхідна їх попередня обробка, а саме врахування роботи реальної ТМ.

У третьому розділі вирішено задачу класифікації ІКП, враховуючи розроблений метод виділення класів. Виявлені взаємозв'язки між параметрами надання ІКП по методу, аналогічному методу одиночного зв'язку в евклідовому багатовимірному просторі. У даному розділі передбачається, що об'єкт, об'єднуючись з іншим об'єктом, утворює групу. Після перерахунку відстаней, нова група вважається об'єктом.

Відстані між об'єктами в багатовимірному просторі розглядається як евклідова відстань. Евклідова відстань є геометричною відстанню в багатовимірному просторі і обчислюється таким чином:

Побудована матриця евклідових відстаней (табл. 2), де кожен елемент матриці обчислений на підставі формули - як сума квадратів різниць однойменних ознак кожного з параметрів надання ІКП.

Таблиця 2

Матриця евклідових відстаней

	Вид інформації, що передається	Інформаційна швидкість доступу, (кбіт/с)	Допустимий час затримки, (сек.)	Готовність мережі, (%)	Допустимий коефіцієнт помилок	Час доступу до служби, не більше, (сек.)
Вид інформації, що передається	0	3342737	206702	2166.584	126.7122	344.9406
Інформаційна швидкість доступу, (кбіт/с)	3342737	0	3349128	3342120	3342790	3342643
Допустимий час затримки, (сек.)	206702	3349128	0	206221.9	206710.1	206631.8
Готовність мережі, (%)	2166.584	3342120	206221.9	0	2282.387	1944.277
Допустимий коефіцієнт помилок	126.7122	3342790	206710.1	2282.387	0	439.1992
Час доступу до служби, не більше, (сек.)	344.9406	3342643	206631.8	1944.277	439.1992	0

Виявлено, що найбільш слабкий зв'язок з іншими параметрами у показника «Інформаційна швидкість доступу», що було перевірено використанням різних мір відстані, а саме: відстані Чебишева та манхетенської відстані.

В процесі дослідження доведено, що кожний з параметрів надання ІКП в реальній ТМ можна описати функцією нормального розподілу, що дає підстави для застосування факторного аналізу. Досягненні головні цілі факторного аналізу а саме: скорочення числа показників (редукція даних) і визначення структури взаємозв'язків між параметрами надання послуг, тобто класифікація змінних. Факторний аналіз дозволив знайти коефіцієнт інтерпретації виділених чинників який підтвердив правильність врахованих показників надання ІКП.

Факторний аналіз вимагає обчислення факторної і кореляційної матриці. Основою для обчислення факторної матриці є матриця парних коефіцієнтів кореляції початкових ознак. Відповідно до ідей методу головних компонент проведена агрегація лінійних комбінацій набору показників. Для цього введені найбільш значущі агреговані чинники:

Проаналізована одержана матриця кореляції (табл. 3). Зі знайденої матриці зроблено висновок, що деякі ознаки не зв'язані, а деякі - слабо зв'язані. Число обумовленості кореляційної матриці визначається як детермінант цієї матриці і дорівнює 0.3317, тобто відмінно від нуля, тому не було необхідності привертати численні методи, поліпшуючі матрицю і визначені ознаки, що найбільш сильно впливають на надання ІКП.

Таблиця 3

Матриця кореляції первинних ознак

	Інформаційна швидкість доступу, (кбіт/с)	Допустимий час затримки, (сек.)	Готовність мережі, (%)	Допустимий коефіцієнт помилок	Час доступу до служби, не більше, (сек.)
Інформаційна швидкість доступу, (кбіт/с)	1.00	0.28	0.33	0.18	0.46
Допустимий час затримки, (сек.)	0.28	1.00	0.19	0.52	0.42
Готовність мережі, (%)	0.33	0.19	1.00	0.46	0.17
Допустимий коефіцієнт помилок	0.18	0.52	0.46	1.00	0.26
Час доступу до служби, не більше, (сек.)	0.46	0.42	0.17	0.26	1.00

Як метод «стиснення» інформації з метою виявлення узагальнених характеристик явища використано метод головних компонент - різновид факторного аналізу. У методі головних компонент на кожному етапі обчислень обчислюються коефіцієнти кожного чинника так, щоб сума внесків в загальну дисперсію була максимальною

Таблиця 4

Факторна матриця

Назва параметра надання ІКП	Чинник «Якісні характеристики»
Інформаційна швидкість доступу, (кбіт/с)	-0.644619
Допустимий час затримки, (сек.)	-0.730254
Готовність мережі, (%)	-0.610673
Допустимий коефіцієнт помилок	-0.726649
Час доступу до служби, не більше, (сек.)	-0.681707
Сума квадратів факторних навантажень	2.314471
Навантаження першого роду	-2.13861
Коефіцієнт інтерпретації	0.659337

В результаті факторного аналізу вдалося виділити один чинник. Сума квадратів факторних навантажень для виділеного чинника за всіма ознаками складає 2.314471. При отриманні навантажень першого роду використаний метод без обертання чинників, оскільки був виділений всього один чинник. Факторна матриця фіксує ступінь лінійного зв'язку кожної ознаки з кожним загальним чинником. Аналізуючи дані одержаної факторної матриці (табл. 4), зроблено висновок, що ознаки «Допустимий час затримки», «Допустимим коефіцієнтом помилок» і «Час доступу до служби» утворюють один чинник з коефіцієнтом інтерпретації 65% (що говорить про добру інтерпретацію результату)

Виділені дві значущі ознаки «Інформаційна швидкість доступу» і «Готовність мережі», які не входять у виділений чинник, але є значущими, і складають кожен окремий чинник. Таким чином, 34% можуть пояснюватися якісними показниками, які не задіяні у факторному аналізі, так як вони не можуть бути описані функцією нормального розподілу («Вид інформації, що передається», «Назва послуги», «Код служби, вид послуги»), а також логічно спорідненими показниками (наприклад, ознаку «Коефіцієнт втрат» замінені ознакою «Готовність мережі», що дорівнює різниці одиниці і «Коефіцієнта втрат»).

Результати факторного аналізу були підтверджені кластерним аналізом. Проведено групування ознак ІКП, прийнявши як метрику евклідову відстань - формула (2), об'єднуючи кластери методом найближчого сусіда - формула (1). В результаті кластерного аналізу збудоване ієрархічне дерево, на основі якого одержано групи параметрів надання ІКП, що було перевірено використанням різних мір відстані Чебишева та манхетенської відстані (результати розрахунків співпадають).

Для класифікації ІКП застосовано метод кластерного аналізу. Формування кластерів виконано по методу «найближчого сусіда»

Враховуючи те, що ІКП характеризується набором параметрів її надання, і визначення класу послуги проводиться по сукупності цих параметрів, показник «Інформаційна швидкість доступу» та інші показники не складають безперервну інтервальну шкалу. Використані методи непараметричної статистики (кластерний аналіз) для визначення груп послуг, тому немає підстав говорити про середнє значення і відхилення від середнього і виділяти які-небудь інтервали.

Враховуючи відхилення експериментальних даних параметрів надання ІКП від теоретичних, вимоги класів ІКП до мереж і мережного устаткування узагальнені. В результаті одержано наочну структуру вимог класів ІКП, що відображає чіткі відмінності і схожість між класами послуг (табл. 5).

В даній роботі визначені вимоги кожного з сформованих класів до мереж і встановлюваному на них устаткуванню, оцінена достовірність отриманих результатів.

Таблиця 5

Узагальнені вимоги класів ІКП до мереж і устаткування

Клас послуги Параметр надання ІКП	Клас 1	Клас 2	Клас 3	Клас 4	Клас 5	Клас 6
Інформаційна швидкість доступу, (кбіт/с)	16.00 - 63.70	100.00 - 267.00	285.00 - 362.40	404.20 - 472.60	500.00 - 930.20	Від 1000.60 і більше
Допустимий час затримки, (сек.)	0.10 - 0.51	0.10 - 0.70	0.10 - 1.50
Готовність мережі, (%)	94.07 - 95.09	94.28 - 98.40	94.00 - 99.53
Допустимий коефіцієнт помилок	4.05410-7 - 4.46810-7	1.5010-8 - 7.82610-7	1.0010-9 - 1.0010-6
Час доступу до служби, не більше, (сек.)	5.00 - 5.99	1.00 - 15.00	5.00 - 23.81	1.40 - 24.03	1.80 - 14.89	2.80 - 24.25

Запропоновано два варіанти формального опису ІКП для зручного сприйняття людиною і для зручного введення в ЕОМ. Формальний опис ІКП, запропонований в даній роботі, спрощує взаємодію програмного забезпечення за рахунок єдиного формату даних, та має вигляд:

ИСД_a ДВЗ_b ГС_c ДКО_d ВДС_e [К_f ],

де ИСД_a - параметр «Інформаційна швидкість доступу» рівний а (Кбіт/с);

ДВЗ_b - параметр «Допустимий час затримки» рівний b (сек);

ГС_с - параметр «Готовність мережі» рівний с (%);

ДКО_d - параметр «Допустимий коефіцієнт помилок» рівний d;

ВДС_e - параметр «Час доступу до служби» рівний e (сек);

[К_f] - означає, що послуга відноситься до «Класу f»; квадратні дужки означають опціональність вказівки цього параметра - послугу можна формально описати незалежно від того, визначений наперед її клас чи ні.

Наприклад, послуга «Обмін мовною інформацією в режимі реального часу» може бути задана в наступному вигляді:

ИСД₆₄ДВЗ_0.5ГС₉₅ДКО_4.5Ч10^-7ВДС_5.99[К₁]

- для зручного сприйняття людиною;

ИСД64ДВЗ0.5ГС95ДКО4.5е-7ВДС5.99[К1]

- для зручного введення в ЕОМ.

У четвертому розділі на основі розробленого алгоритму визначення класу послуги створено інформаційну систему для класифікації ІКП і формування вимог до мереж і мережного устаткування з боку цих послуг, яка автоматизує розрахункову частину процесу планування розвитку мережі, починаючи зі збору вихідних даних та закінчуючи представленням результатів у вигляді рекомендацій.

Базуючись на взаємодії користувачів з послугами, складена модель потоків даних, яка відображає основні процеси, циркулюючі в системі, ініціатором яких виступає користувач. У дисертації визначено, що до цієї системи входять оператор, користувач та виробник послуг. На підставі моделі потоків даних розроблений алгоритм роботи програми і об'єктна модель. Розроблено програмний комплекс, який дозволяє на підставі введених параметрів надання ІКП визначати клас будь-якої послуги і формувати вимоги мережам і устаткуванню з боку груп послуг. На основі отриманих результатів вирішується подальший розвиток конкретної ТМ, що розглядається, для надання груп послуг.

Функціональна частина програмного комплексу умовно поділена на три програмні модулі: завдання початкових даних; планування розвитку мережі; формування рекомендацій щодо еволюції мережі. Найбільш складним та алгоритмічно навантаженим є програмний модуль планування розвитку мережі. Цей модуль використовує усі розроблені в дисертації методи та алгоритми, формальний опис ІКП, а також деякі відомі методи класифікації, а саме кластерний і факторний аналіз та елементи дискримінантної логіки. Точність отриманих результатів завжди перевіряється використанням трьох різних алгоритмів вимірювання відстаней в просторі між послугами, які характеризуються параметрами їх надання. Всі частини програми є незалежними компонентами і кожен з них може бути використаний в інших моделях та програмах.

В дисертації наведено приклад роботи програми для планування мереж, які створюються чи модернізуються для надання конкретних груп послуг. Розглянуто алгоритм занесення послуг в програму, їх подальша обробка та зберігання. Проаналізована процедура отримання результатів та наведене їх детальне пояснення. Сформульовані вимоги до апаратного устаткування для коректної роботи програми та експериментально доведено, що використані програмні технології є сучасними і дозволяють на порядок знизити ці вимоги. Отже, незважаючи на складні розрахунки, які виконують програмні модулі, для нормальної роботи з програмою достатньо звичайної ЕОМ. В дисертації також наведено, яким чином розроблена інформаційна система може бути використана у навчальному процесі.

Використання програмного комплексу для планування розвитку мережі підвищує точність і ефективність проектування і модернізації ТМ в порівнянні з відомими методами приблизно на 12-17%. Цей результат базується на практичному використанні програми при плануванні реальних ТМ.

ВИСНОВКИ

Сукупність наукових положень, сформульованих і обґрунтованих в дисертації, складає нове рішення важливої народногосподарської задачі визначення вимог до мереж і мережного устаткування з боку ІКП шляхом дослідження показників надання цих послуг, визначення груп послуг і розробки методів програмного планування телекомунікаційних мереж для надання груп ІКП.

При цьому отримані істотні наукові і практичні результати:

На основі аналізу існуючих національних, зарубіжних і міжнародних законодавчих і нормативних документів, показана необхідність використання методів зниження розмірності, внаслідок чого виявлені параметри надання послуг найбільш значущі для їх класифікації.

Сформульована, формалізована і вирішена задача визначення вимог до мереж і устаткування з боку груп ІКП і виявлені найбільш істотні параметри надання послуг, які визначають вимоги, що висуваються сукупністю послуг, для надання яких створюється ТМ, до устаткування цієї мережі.

На підставі статистичної інформації про дійсні значення параметрів надання ІКП на реальних ТМ розроблений метод зниження розмірності, який можна застосувати до простору параметрів надання ІКП, що дозволяє зменшити число даних параметрів.

Розроблений метод класифікації ІКП, що включає аналіз параметрів надання цих послуг, що відрізняється тим, що враховує сукупність показників послуг, використовує статистичні методи, дозволяє визначати класи будь-яких ІКП і формувати вимоги до ТМ з будь-яким типом комутації.

Знайдений взаємозв'язок між якісними і кількісними показниками надання ІКП методом, що розроблений на основі методу одиночного зв'язку об'єднання об'єктів в групи, внаслідок чого виділені і згруповані методами непараметричної статистики показники надання ІКП, що визначають чинники, найбільш значущі при наданні цих послуг.

Створена класифікація ІКП методами непараметричної статистики, одержані класи послуг і запропонований метод формування вимог з боку виділених класів ІКП до ТМ, і встановлюваного на них устаткування, заснований на п'яти параметрах надання цих послуг. Запропонована формалізація ІКП, що дозволяє формально описати послугу у вигляді, зручному для сприйняття, як людиною, так і ЕОМ.

Розроблений алгоритм співвідношення будь-якої послуги до одного з виділених класів ІКП, на підставі якого створена інформаційна система для класифікації ІКП та визначення вимог до мереж і устаткування з боку виділених класів послуг.

На базі розробленої інформаційної системи реалізований програмний продукт, що підвищує ефективність проектування і модернізації телекомунікаційних мереж в порівнянні з відомими методами на 17-23%. Ефективність підвищується за рахунок скорочення часу проектування при використанні програми визначення характеристик ІКП, яке одночасно пропонує конкретне проектне рішення. Розроблені теоретичні положення і програмні засоби автоматизованого формування вимог до мереж і устаткування з боку ІКП використані ТОВ «ТЕЛНЕТ» на етапі проектування, модернізації і оптимізації телекомунікаційних мереж для надання ІКП в м. Одесі і Одеській області а також в учбовому процесі Одеської державної академії холоду.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

Павлов С.В. О размерности пространства параметров предоставления инфокоммуникационных услуг / С.В. Павлов, Г.С. Гайворонская // Зв'язок. - 2008. - №1. - С. 59-61.

Павлов С.В. Снижение размерности параметров предоставления инфокоммуникационных услуг методами прикладной статистики / С.В. Павлов // Вiсник ДУIКТ. - 2007. - Спеціальний випуск. - С. 58-61.

Павлов С.В. Снижение размерности параметров предоставления инфокоммуникационных услуг методом факторного анализа / С.В. Павлов // Науковий збірник українського науково-дослідного інституту зв'язку. - Київ: УНДІЗ, 2009. - №1(9). - С. 65-69.

Павлов С.В. Пошаговое выделение классов и классификационных формул инфокоммуникационных услуг / С.В. Павлов // Науковий збірник ДонНТУ. - 2009. - №147. - С. 68-71.

Павлов С.В. Информационная система формирования требований к сетям и оборудованию со стороны инфокоммуникационных услуг / С.В. Павлов // Холодильна техніка і технологія. - Одесса: ОДАХ, 2008. - №6. - С. 74-78.

Павлов С.В. Классификация инфокоммуникационных услуг и разработка требований к сети для их предоставления / С.В. Павлов, Г.С. Гайворонская // Сб. науч. тр. IV семинара «Информационные системы и технологии». (Приложение к журналу Холодильна техніка і технологія). - Одесса: ОДАХ, 2006. - С. 12-13.

Павлов С.В. Снижение размерности пространства параметров предоставления инфокоммуникационных услуг / С.В. Павлов // I научно-техническая конференция «Проблемы телекоммуникаций»: Тезисы.- Киев: НТУУ КПИ. - 2007. - С. 169.

Павлов С.В. Снижение размерности параметров предоставления инфокоммуникационных услуг методом факторного анализа / С.В. Павлов // II Міжнародна науково-технічна конференція «Сучасні інформаційно-комунікаційні технології»: Тезисы. - Киев: ДУІКТ, 2007. - С. 63.

Павлов С.В. Классификация инфокоммуникационных услуг методом дискриминантного анализа / С.В. Павлов // II научно-техническая конференция «Проблемы телекоммуникаций - 2008»: Тезисы. - Киев: НТУУ КПИ, 2008. - С. 340.

Павлов С.В. Автоматизация процесса определения класса инфокоммуникационных услуг / С.В. Павлов // ІV Міжнародна науково-технічна конференція «Сучасні інформаційно-комунікаційні технології»: Тезисы. - Киев: ДУІКТ, 2008. - С. 81.

Павлов С.В. Выделение значимых показателей как входных параметров для формирования классов инфокоммуникационных услуг / С.В. Павлов // V Міжнародна науково-технічна конференція «Сучасні інформаційно-комунікаційні технології»: Тезисы. - Киев: ДУІКТ, 2009. - С. 54.

Павлов С.В. Программная среда для классификации инфокоммуникационных услуг / С.В. Павлов // Тезисы докладов научной конференции факультета информационных технологий. - Одесса: ОГАХ, 2009. - С. 56-57.

Павлов С. В. Классификация инфокоммуникационных услуг и разработка требований к сети для их предоставления / С.В. Павлов, Г.С. Гайворонская // Тезисы докладов научной конференции факультета информационных технологий.- Одесса: ОДАХ, 2006. - С. 13-14.

АНОТАЦІЯ

Павлов С.В. Дослідження характеристик функціонування телекомунікаційних мереж в сфері інфокомунікаційних послуг. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.12.02 - телекомунікаційні системи та мережі. - Одеська державна академія холоду, Одеса, 2010.

Дисертація присвячена актуальній проблемі дослідження вимог до мереж і устаткування з боку інфокомунікаційних послуг (ІКП), які характеризуються параметрами їх надання.

В роботі проаналізовані властивості та особливості ІКП, основні фактори, які впливають на надання цих послуг та документи, які регулюють параметри надання ІКП. Проаналізовані існуючі методи класифікації ІКП, виявлені недоліки та переваги цих методів. За допомогою факторного та кластерного аналізу виявлені взаємозв'язки між параметрами надання ІКП. Досліджено вплив ІКП на розвиток телекомунікаційних мереж (ТМ).

Розроблено метод класифікації ІКП, який враховує п'ять показників надання цих послуг, на основі якого виділені класи ІКП. Достовірність процесу та отриманого результату класифікації ІКП обґрунтовані. Для кожного з класів ІКП встановлені вимоги до ТМ та устаткування, яке розташовується на цих мережах. Розроблено метод виявлення класу будь-якої існуючої або планованої ІКП. Розроблено метод формалізації ІКП, запропоновано два види формального опису ІКП - для зручного сприйняття людиною та електронно-обчислювальною машиною.

Розроблено програмний комплекс, що автоматизує процедуру віднесення конкретної послуги до певного класу і визначення вимог до мережного устаткування з боку груп послуг, надання яких передбачається ТМ. Реалізований програмний продукт підвищує ефективність проектування і модернізації ТМ в порівнянні з відомими методами приблизно на 12-17%.

Отримані результати впроваджено в ТМ та учбовий процес підготовки фахівців для сфери телекомунікацій, що підтверджується відповідними актами впровадження.

Ключові слова: телекомунікаційні системи та мережі, факторний аналіз, кластерний аналіз, програмний комплекс, ІКП, параметри надання ІКП, класи ІКП.

АННОТАЦИЯ

Павлов С.В. Исследование характеристик функционирования телекоммуникационных сетей в сфере инфокоммуникационных услуг. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.12.02 - телекоммуникационные системы и сети. - Одесская государственная академия холода, Одесса, 2010.

Диссертация посвящена актуальной проблеме исследования требований к сетям и оборудованию со стороны инфокоммуникационных услуг (ИКУ), которые характеризуются параметрами их предоставления. Главной целью работы является повышение эффективности проектирования новых и модернизации существующих телекоммуникационных сетей (ТС) путем исследования характеристик их функционирования при предоставлении ИКУ.

В диссертации доказано, что исследование ИКУ является актуальной задачей не только в Украине, но и в других странах. Проанализированы работы национальных и зарубежных ученых, касающиеся классификации услуг и выявлены недостатки предложенных методов. В диссертации рассмотрены свойства и особенности ИКУ, выделены основные факторы, влияющие на предоставление этих услуг и документы, регулирующие параметры предоставления ИКУ. На основании проведенного анализа выделены основные параметры услуг, которые задействованы для классификации.

Проанализированы существующие методы классификации, которые целесообразно применить к ИКУ, выявлены недостатки и преимущества этих методов. Обоснована необходимость применения методов прикладной статистики для классификации ИКУ. С помощью факторного и кластерного анализа выявлены взаимосвязи между параметрами предоставления ИКУ. Исследовано влияние ИКУ на развитие ТС. Выявлено, что и качественные и количественные изменения параметров предоставления услуг влияют на развитие ТС.

Разработан метод классификации ИКУ, учитывающий пять параметров предоставления этих услуг, на основе которого выделены классы ИКУ. Обоснована достоверность процесса и полученного результата классификации ИКУ. Проанализированы параметры предоставления услуг на реальной ТС. Для каждого из классов ИКУ определены требования к ТС и оборудованию, установленному на этих сетях. Разработан метод определения класса любой существующей или планируемой ИКУ. Построена модель представления классов ИКУ и показано как эта модель может быть расширена дополнительными параметрами предоставления услуг.

Предложено два вида формального описания ИКУ - для удобного восприятия человеком и электронно-вычислительной машиной. Формальное описание услуг облегчает построение интерфейсов программ и ввод данных в различные модели и является унифицированным представлением услуги, характеризуемой параметрами ее предоставления.

Разработан программный комплекс, который автоматизирует процедуру отнесения конкретной услуги к определенному классу и определение требований к сетевому оборудованию со стороны групп услуг, предоставление которых предусматривается ТС.

В диссертации рассмотрен пример использования программы для планирования сетей, предоставляющих определенные наборы услуг. Реализованный программный продукт повышает эффективность проектирования и модернизации ТС по сравнению с известными методами приблизительно на 12-17%.

Эффективность применения программного комплекса оценена экспериментальным путем при работе в реальных ТС.

Полученные результаты внедрены в ТС и учебный процесс подготовки специалистов для сферы телекоммуникаций, что подтверждается соответствующими актами внедрения.

Ключевые слова: телекоммуникационные системы и сети, факторный анализ, кластерный анализ, программный комплекс, ИКУ, параметры предоставления ИКУ, классы ИКУ.

SUMMARY

Pavlov S.V. Research of descriptions of functioning of telecommunications networks in the field of infocommunication services. - Manuscript.

Thesis for candidate degree of technical sciences on speciality 05.12.02 - telecommunication systems and networks. - Odessa state academy of refrigeration, Odessa, 2010.

Dissertation is devoted to the actual issue of research of requirements to the networks and equipment from the infocommunication services (ICS) side, which are characterized by the parameters of their grant.

Properties and features of ICS, basic factors, influencing on the grant of these services and documents regulative the parameters of grant of ICS, are in-process analysed. The existent methods of classification of ICS are analysed, failings and advantages of these methods are exposed. By the cluster and factor analysis intercommunications are exposed between the parameters of grant of ICS. Influence of ICS on development of telecommunications networks (TN) is investigational.

The method of classification of ICS, which takes into account five parameters of grant of these services, which the classes of ICS are selected on the basis of, is developed. Authenticity of process and got result of classification of ICS grounded. For each of classes of ICS the requirements are certain to TN and equipment disposed on these networks. The method of exposure of class of any existing or planned ICS is developed. The method of formalization of ICS is developed, two types of formal specification of ICS are offered - for comfortable perception by a man and computers.

A program complex, which automatizes procedure of taking of concrete favour to the certain class and determinations of requirements to the network equipment from the side of groups of services grant of which TN is foreseen, is developed. The realized software product promotes efficiency of planning and modernization of TN as compared to the known methods approximately on 12-17 percents.

The got results are inculcated in TN and educational process of preparation of specialists for the sphere of telecommunications that is confirmed by the proper acts of introduction.

Keywords: telecommunications systems and networks, factor analysis, cluster analysis, program complex, ICS, parameters of grant of ICS, classes of ICS.

Размещено на Allbest.ru

...