Оцінка впливу варіації прогнозованих параметрів на характеристики мереж доступу

Размещено на http://www.allbest.ru/

Державній університет

Інформаційно-комунікаційних технологій

УДК 004.725.5

Оцінка впливу варіації прогнозованих параметрів на характеристики мереж доступу

05.12.02 - телекомунікаційні системи та мережі

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Сахарова Світлана Валеріївна

Київ 2011

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Одеській державній академії холоду Міністерства освіти і науки, молоді та спорту України.

Науковий керівник:

доктор технічних наук, професор Гайворонська Галина Сергіївна, Одеська державна академія холоду, завідувач кафедри інформаційно-комунікаційних технологій

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Романюк Валерій Антонович, Військовий інституту телекомунікацій та інформатизації Національного технічного університету України "КПІ", заступник начальника інституту з навчальної та наукової роботи

кандидат технічних наук, доцент Мітусов Володимир Олександрович, Український науково-дослідний інститут зв'язку, заступник директора з наукової роботи

Захист дисертації відбудеться „ 21” жовтня 2011 року о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.861.01 Державного університету інформаційно-комунікаційних технологій Міністерства інфраструктури України 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 „20 ” вересня 2011 року.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, доктор технічних наук, доцент Н.І. Кунах

мережа проектування чутливість

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми дослідження обґрунтована тим, що вона зв'язана с однією з основних проблем в області телекомунікацій, якою є створення мереж наступного покоління Next Generatіon Network (NGN), призначених для надання користувачам усього набору інфокомунікаційних послуг (ІКП). Складовою NGN є мережі доступу (МД), які забезпечують користувачам доступ до всіх базових мереж по єдиній лінії доступу (ЛД). Параметри ЛД визначають якість та номенклатуру ІКП, доступних користувачам NGN.

Необхідність створення МД вказана в документах міжнародного союзу електрозв'язку (МСЕ) як одна з найважливіших задач 21 століття, а перспективи їх розвитку широко обговорюються на конференціях і семінарах присвячених розвитку інфокомунікацій. Різні аспекти побудови МД висвітлені в роботах Соколова Н.А., Гольдштейна Б.С., Бакланова І.Г., Крендзеля А.В., Хиленко В. В., Михайлова В.Ф., Гайворонської Г.С., Балашова В.А., Зяблова С.В. та інших.

Створення МД в даний час набуло особливої актуальності, оскільки саме ділянка доступу є тим сегментом телекомунікаційної мережі (ТМ), який гальмує впровадження широкосмугових високоякісних ІКП, за рахунок яких оператор може мати значний прибуток. Крім того, модернізація абонентських мереж і створення на їх базі перспективних МД є третім етапом перетворення ТМ, першими двома етапами якого є заміна аналогових систем передачі та вузлів комутації на цифрові. Ці етапи здійснюються зростаючими темпами, а зараз прийшов час третього заключного етапу, який безпосередньо пов'язаний з темою роботи.

В даний час проектування мереж доступу засновано на методах розрахунку абонентських телефонних мереж, що неприпустимо, оскільки МД відрізняються і структурою і функціями, які вони виконують, тому МД повинні створюватися на інших принципах. Оскільки концепцію МД розроблено порівняно недавно, на сьогоднішній день не існує апробованих методів їх проектування, тому виникла необхідність в розробці послідовності процесу проектування МД.

Аналіз стану питання показав, що до теперішнього часу виконані численні дослідження в області проектування телекомунікаційних мереж, вагомий внесок у вирішення задач проектування ТМ внесли роботи Рогинського В.М., Харкевича А.Д., Давидова В.Г., Неймана В.І., Лочмеліса Я.Я., Соколова М.О., Кривуци В.Г., Беркман Л.Н., Стеклова В.К., Поповського В.В. Однак ці роботи в основному зосереджені на методах розрахунку мережного обладнання і, як правило, не розглядають чутливості результуючих характеристик мереж, які проектуються до варіацій вхідних параметрів, хоча ці варіації істотно впливають на вартість та якісні характеристики мережі.

Дослідження того, як варіації вхідних параметрів впливають на результати планування мереж, є однією з основних завдань проектувальника, важливість якого визначається тим, що при проектуванні мереж в якості вхідних параметрів задаються деякі прогнозовані значення, що характеризуються певною неточністю. Структура мережі, а відповідно і її вартість, будуть змінюватися в залежності від варіації прогнозованих параметрів. Причому навіть незначна зміна значень цих параметрів може істотно вплинути на характеристики мережі, тому дослідження питання, яким чином варіації вхідних параметрів впливають на конфігурацію мережі, та її вартість, є досить важливим та актуальним.

Зв'язок роботи із науковими програмами. Тематика дисертаційної роботи спрямована на розвиток сучасних ТМ в Україні та дозволяє вирішувати існуючи проблеми при проектуванні мереж та організації доступу до ІКП і тісно пов'язана з основними напрямами розвитку телекомунікацій України, визначеними в основних діючих нормативних документах та Законах України «Про Концепцію Національної програми інформатизації», «Про Національну програму інформатизації». В законі про основні принципи розвитку інформаційного суспільства в Україні на 2007-2015 рік зазначено: «Забезпечення повсюдного доступу до телекомунікаційних послуг та інформаційних ресурсів, якій передбачає: створення в усіх населених пунктах України можливостей для доступу до мережі Інтернет, у тому числі шляхом розбудови мережі доступу; визначення найбільш сприятливих технічних, організаційних, економічних і комерційних умов взаємопідключення ТМ різних операторів»

Напрямок досліджень дисертаційної роботи пов'язаний з виконанням науково-дослідницьких робіт, в яких приймав участь автор. Зокрема, з госпдоговірною науково-дослідної роботою, що виконувалася на кафедрі інформаційно-комунікаційних технологій Одеської державної академії холоду (№ ДР 0108U008107), присвяченій розробці програмного комплексу, призначеного для автоматизації обробки великих масивів статистичної інформації. За результатами цієї роботи колективом співробітників кафедри отримано сертифікат про реєстрацію авторського права за № 26021 від 03.06.2008 р.

Метою роботи є підвищення ефективності проектування МД за рахунок врахування чутливості характеристик мережі до варіації прогнозованих параметрів.

Для досягнення мети необхідно вирішення наступних задач:

- вибір найбільш значущих параметрів, які впливають на створення МД і виявлення кореляції між ними;

- розробка схеми процесу створення перспективних МД;

- розробка методу визначення структурних характеристик МД;

- розробка методу оптимізації місць розташування вузлів доступу за критерієм вартості МД;

- розробка імітаційної моделі створення МД для оцінки впливу варіації прогнозованих параметрів на структурні характеристики МД;

- імітаційне моделювання процесу створення МД;

- оцінка чутливості характеристик мереж на варіації прогнозованих параметрів шляхом моделювання процесу створення МД.

Об'єктом дослідження є процес оцінки впливу варіації прогнозованих параметрів на характеристики мережі доступу, а предметом дослідження - методи оцінки впливу варіації прогнозованих параметрів на характеристики мережі.

Наукова новизна отриманих результатів:

1. Вперше здійснена оцінка чутливості характеристик мереж доступу до варіацій вхідних параметрів, що дозволило виявити ступінь впливу зміни вхідних параметрів на вартість мережі та її структурні характеристики.

2. Виявлено, що для мереж доступу критичними є параметри кількості, поверхневої щільності та розміщення користувачів, однак оптимальна за вартістю конфігурація мережі малочутлива до коливань навантаження.

3. Вперше розроблено узагальнену схему процесу створення мереж доступу, яка відрізняється запропонованими аналітичними методами та програмними процедурами, та дозволяє створити імітаційну модель для оцінки впливу варіації прогнозованих параметрів на характеристики мережі доступу.

4. Запропоновано метод оптимізації місць розташування вузлів доступу за критерієм сукупної вартості мережі, який враховує конфігурацію території, структуру ліній доступу, поверхневу щільність користувачів, їх розміщення на території, та дозволів розробити алгоритмічну та програмну модель створення мереж доступу, яка використана для оцінці чутливості характеристик мереж доступу до варіацій вхідних параметрів.

Практичне значення отриманих результатів полягає у наступному. Створений програмний продукт, що реалізує модель для оцінки чутливості характеристик мережі доступу на варіації прогнозованих вхідних параметрів використовують при проектуванні сучасних ТМ, про що свідчить акт впровадження результатів дисертації від підприємства «Укрзв'язокпроект», де зазначено, що використання моделі дає можливість визначати саме ті параметри, варіації яких найбільш суттєво позначаються на характеристиках мереж доступу, що проектується, Розроблене програмне забезпечення допомагає при проектуванні МД дослідити можливі варіанти розташування вузлів доступу (ВД), розмири територій, що обслуговуються ВД, визначити вартість майбутньої мережі та дослідити зміни цих показників, якщо будуть змінюватимуться такі параметри, як загальна щільність абонентів, щільність абонентів у певному місці на території, де планується мережа, вартість вузлів доступу, навантаження тощо. В акті впровадження, що видано державним підприємством «Укрзв'язокпроект» від 16.02.2011 вказано, що використання результатів дозволяє скоротити терміни проектування і вартість проектування мереж доступу на 15-20% і позитивно позначається на ефективності її функціонування і експлуатації.

Основні результати досліджень впроваджені в навчальний процес Одеської державної академії холоду і Державного університету інформаційно-комунікаційних технологій, що підтверджено відповідними актами от 1.04.2011 р. та 4.04.2011 р.

Обґрунтованість і вірогідність отриманих результатів досягаються системним аналізом об'єкту дослідження, зокрема, коректним використанням сучасних методів обробки даних, методів досліджень та математичного апарату та обговоренням отриманих результатів на науково-технічних конференціях; підтверджуються втіленням результатів роботи в конкретні мережі, що відображено в акті впровадження. Імплементації розроблених методів і програмних засобів у проектування мереж доступу являються верифікацією, яка підтверджує достовірність результатів дисертаційної роботи.

Особистий внесок здобувача. Дисертаційне дослідження є самостійно виконаною роботою, в якій відображено особистий авторський підхід та особисто отримані теоретичні та прикладні результати, які відносяться до оцінки впливу варіації прогнозованих параметрів на характеристики МД. В роботах опублікованих у співавторстві автору дисертації належить: вибір діапазонів значень параметрів, що впливають на створення МД, розподіл параметрів на групи: вхідні для проектування і залежні від вхідних, побудова алгоритму функціонування моделі, імітаційне та статистичне моделювання процесу створення МД [1]; програмна реалізація моделі МД для радіальної та прямокутної конфігурацій [2], виконання розрахунків на основі методу розбиття користувачів мереж доступу на групи [3]; розробка методу оптимізації місць розташування ВД для прямокутної [4] та радіальної [5] конфігурації МД; розробка алгоритму та створення програмних продуктів для автоматизації кількох процедур створення МД [7].

Публікації за темою дисертації. Основні результати дисертації і її наукових положень опубліковані в статтях науково-технічних журналів, працях міжнародних конференцій. Всього по темі дисертації опубліковано 22 роботи, з них у співавторстві - 13. Наукових статей у виданнях, які включені до переліку ВАК України п'ять.

Апробація результатів дисертації. Основні результати дисертації докладалися і обговорювалися на міжнародних і національних НТК:

? на ІV, V, VІ міжнародних НТК «Сучасні інформаційно-комунікаційні технології», ДУІКТ, Київ, 2008 - 2010;

? на I та III НТК «Проблеми телекомунікацій», НТУУ КПІ, Київ, 2009, 2011;

? X ювілейній міжнародній НТК «Сучасні проблеми радіоелектроніки, телекомунікацій та комп'ютерної інженерії», Львівська політехніка, 2010 р.;

? на VIII, міжнародних НТК «Математичне моделювання та інформаційні технології», ОДАХ, Одеса, 2008, 2009;

? на IХ-ХI всеукраїнських НТК студентів і аспірантів «Інформаційні системи і технології», ОДАХ, Одеса, 2009 - 2011;

? на VI НМК «Сучасні технології вищої освіти», ОДАХ, Одеса, 2010.

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 виконано обґрунтування необхідності врахування варіації прогнозованих параметрів при створенні МД. Суттєві перетворення у ТМ призвели до необхідності зміни підходу до їх побудови. Оскільки раніше попит на ІКП перевищував пропозицію, мережі будувалися більшою мірою відповідно до вимог операторів і в мінімальному обсязі враховували побажання користувачів. Збільшення номенклатури ІКП і кількості операторів, що їх надають, змінило ситуацію, призвело до зміни методів визначення навантаження, що створюється на ТМ, та структурних характеристик мереж. При створенні ТМ враховуються фактори, які впливають на вибір структури мережі, серед яких, є ті, що можна визначити точно, та ті, що характеризуються певною неточністю, так як залежать від прогнозованих величин. При впровадженні наукових методів в область проектування ТМ в першу чергу виникає потреба в достовірних прогнозах. Правильний прогноз дозволяє вибрати відповідну структуру мережі, а будь-які подальші зміни пов'язані з додатковими витратами, оскільки помилка прогнозування може привести до істотних незапланованих витрат. Визначення впливу таких помилок на характеристики мережі є важливою задачею.

У представленій роботі вирішена задача оцінки впливу варіації прогнозованих параметрів на результуючі характеристики МД, які представляють собою реалізацію концепції, запропонованої МСЕ для забезпечення всього комплексу ІКП, запитаних користувачем, по єдиній лінії, що підключається до всіх базових мереж.

Оптимальна конфігурація МД залежить від вхідних даних та накладених обмежень, для її визначення необхідно виділити групи параметрів МД, задати обмеження і критерій оптимізації. Постановка задачі, яку ілюструє рисунок 1, включає задачі, як аналізу, так і синтезу. На основі цієї узагальненої моделі дослідження потрібно провести аналіз параметрів МД, що виконано у другому розділі дисертації. В результаті вирішення задач аналізу необхідно визначити перелік параметрів , які є вхідними для створення МД, значення яких може лише прогнозуватися, та набір результуючих характеристик мережі , що є чутливими до варіацій прогнозованих параметрів. Результатом розв'язання задачі синтезу є вибір структури мережі, рішенню цієї задачі присвячено третій розділ роботи. Для вирішення задачі оцінки чутливості обрано підхід, при якому розробляється імітаційна модель створення перспективних мереж доступу (ІМСМД), що враховує їх концепцію, структуру та принципи побудови. Моделювання процесу створення МД дає можливість оцінити чутливість характеристик мережі до зміни прогнозованих вхідних параметрів. У четвертому розділи представлені результати використання імітаційної моделі та отримані оцінки впливу варіації прогнозованих параметрів на характеристики МД.

У другому розділі представлено характеристику вхідних параметрів МД та виявлено кореляцію між ними. Аналіз вхідних параметрів МД дозволив відмітити ті, які не суттєво впливають на процес створення мережі та врахуванням яких можна знехтувати. В результаті аналізу вибрано параметри, які є суттєвими при проектуванні МД та впливають на їх структуру та вартість. Серед них виділено параметри, точне значення яких неможливо встановити при постановці задачі проектування, а можна лише прогнозувати з певною помилкою. В роботі такі параметри названо прогнозованими, вони і є об'єктом дослідження.

Враховуючи те, що при розгляді систем доступу виділено достатньо велику кількість параметрів, для зручності їх розділено на групи.

1. Параметри, які не є параметрами МД, але впливають на процес моделювання. До них належать, наприклад, фінансові можливості користувачів, тип місцевості, її географічне положення і т.д.

2. Параметри МД, є вхідними значеннями для моделювання.

Серед них виділяються: вимоги користувачів, на яких орієнтована МД, такі як швидкість передачі інформації, дальність зв'язку, коефіцієнт помилок, час та варіації затримки і т.п.; параметри, засновані на вимогах користувачів, але не є важливими для них, такі як метод модуляції в каналі, застосовувана технологія доступу, метод розділення каналу прийому та передачі і т.п.

3. Залежно від набору вимог користувачів формуються такі параметри, як вартість послуг, якість обслуговування, тощо.

Обрані параметри представлені в формі, що є зручною для моделювання. Весь набір параметрів ділиться на дві категорії: якісні та кількісні, для яких визначаються діапазони і градації значень, які вони можуть приймати. В постановці задачі дослідження обмежимося питаннями створення МД лише на базі проводових технологій доступу. Приклад відображення результатів аналізу параметрів проводових МД, представлений у вигляді дерева з використанням ПЗ Concept Draw Office MINDMAP, наведено на рис. 2.

В рамках роботи вирішена задача дослідження впливу варіацій прогнозованих параметрів на результати створення МД методами імітаційного моделювання, для чого запропоновано структуру дослідження, яка представлена на рис. 3.

В якості вхідних значень вибрані прогнозовані параметри, до яких належать, у першу чергу, кількість користувачів МД, перелік ІКП, поверхнева щільність і розподіл користувачів на території, що обслуговується МД, навантаження, що створюється цими користувачами і ряд інших величин.

Для реалізації моделі, що імітує процес створення МД, запропоновано кілька авторських рішень, що дозволяють отримати оптимальні значення результуючих характеристик МД, серед яких кількість, ємність та місця розташування ВД, розміри територій, що обслуговуються цими вузлами (ТВД), загальна вартість мережі. В якості критеріїв оптимізації обрана вартість мережі і довжина локального сегменту ЛД. Якість надання послуг та вимоги до мережі та її обладнання задаються у вигляді обмежень. Також враховуються особливості території, на якій планується побудова МД та наявність припон та об'єктів, які перешкоджають прокладці ліній та встановленню вузлів доступу.

Якщо загальну вартість мережі розглядати як систему, що складається з множини окремих компонентів, кожен з яких представити як клас параметрів, що мають свій набор атрибутів, можна встановити відношення між складовими вартості. Таке представлення дозволить виділити серед набору класів параметрів об'єкт дослідження, яким є прогнозовані параметри МД. Рис. 4 ілюструє взаємозв'язок між елементами, в якості яких виступають параметри, що впливають на вартість МД. На рисунку суцільною лінією вказано відношення узагальнення між класами схеми, пунктирною лінією - відношення агрегації між класами. Для того, щоб отримати вартість мережі доступу С задаються вартості її складових елементів, та затрати на їх встановлення , визначаються довжини трас та ліній доступу , кількість вузлів доступу , пропускні спроможності ЛД та ВД . У визначенні цих величин фігурують прогнозовані параметри, серед яких кількість та поверхнева щільність користувачів ІКП, питома пропускна спроможність . На схемі класи цих параметрів виділені жирним шрифтом. Для визначення топології мережі окрім прогнозованих величин необхідно враховувати особливості території обслуговування - форму території, її розміри, розміри ТВД, розміри території, на якій користувачі підключаються безпосередньо до вузлів надання послуг (ВНП), без використання ВД (ТВНП).

Третій розділ присвячено розробці імітаційної моделі створення МД, що враховує концепцію, структуру та принципи побудови цих мереж. Для того щоб розробити імітаційну модель створення МД (ІМСМД) необхідно мати методи проектування цих мереж, яких поки не існує. Тому на підставі принципів проектування ТМ розроблено авторську процедуру створення МД, яка дозволить дослідити яким чином впливають варіації прогнозованих величин на характеристики цих мереж. Узагальнена схема процесу створення МД запропонована автором представлена на рисунку 5. Розроблена схема визначає послідовність етапів, кожен з яких вирішує сукупність задач створення МД. Для вирішення цих задач частково використано існуючи методи, наприклад ті, які запропоновані у дисертаційних роботах, які захищено викладачами кафедри ІКТ ОДАХ Павловим С.В. та Котовою О.І, а для більшості задач автором розроблені нові методи та програмні процедури, які представлені у дисертації.

В результаті дослідження факторів, що впливають на створення МД, запропоновані моделі структури МД, що відрізняються конфігурацією території, містобудівними принципами, планом прокладки вулиць, розподілом користувачів на території обслуговування МД та ін. На основі цих факторів виділено моделі прямокутної та радіальної структур МД (рис. 6), дослідження яких дозволило розробити методи оптимізації структурних характеристик цих мереж. До структурних характеристик МД в дисертаційній роботі віднесено кількість, пропускну спроможність, місця розташування ВД, розміри ТВД, відстань між ВД та ВНП довжину та пропускну спроможність ліній доступу. Враховано, що ВД можуть підключатись до ВНП за однорівневою або багаторівневою структурою, при цьому можливі різноманітні комбінації ВД, в якості яких використовуються концентратори (К) чи мультиплексори (М).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 5 Схема процесу створення МД

Для підвищення надійності МД використовуються безпроводові технології доступу у яких в якості ВД виступають базові станції. При використанні однорівневої структури користувачі включаються до ВД, які підключені безпосередньо до ВНП. При використанні дворівневої структури ВД можуть бути першого (ВД1) або другого (ВД2) рівня, при цьому ВД2 підключаються до ВД1 і не мають безпосереднього зв'язку з ВНП.

Рис. 6 Моделі структур МД

При визначенні пропускної спроможності вузлів і ліній доступу враховано кількість кінцевих пристроїв, що підключаються до ВД, яка залежіть від прогнозованого значення кількості та поверхневої щільності користувачів , де - середня пропускна спроможність, яка припадає на один кінцевий пристрій, що підключається до ВД; - пропускна спроможність транспортного сегменту доступу, що з'єднує ВД з ВНП; - пропускна спроможність каналу зв'язку між вузлами доступу, якщо використовується дворівнева структура (при однорівневої структурі підключення ВД ); - експлуатаційний запас кабелю сегмента транспортного доступу на ділянці ВНП - ВД (2-3%); - кількість ВД другого рівня ВД2. Для однорідної поверхневої щільності користувачів на ТВД, з площиною пропускна спроможність локального сегменту ЛД .

Поверхнева щільність користувачів, а також набор ІКП, що їм надається, впливає на необхідну пропускну спроможність ліній транспортного сегменту:

, (1)

де: - коефіцієнти наближення, що враховують допустимі втрати.

Прогнозоване значення кількості користувачів, та їх розміщення на території мережі доступу впливає на середню довжину локального та транспортного сегменту, метод визначення яких для прямокутної і радіальної структури МД дозволяє врахувати різні варіанти підключення користувачів до ВД. На результати суттєво впливає кількість ВД, розміри ТВД, та ТВНП.

Для обох моделей МД запропоновано метод оптимізації числа ВД і розмірів обслуговуваних ними територій, що враховує кількість користувачів, навантаження, що ними створюється, та дозволяє мінімізувати загальні витрати на створення мережі. Для визначення оптимальних розмірів ТМД, виходимо із загального рівняння витрат на ЛД.

(2)

де для локального та транспортного сегментів ЛД відповідно: , - вартість одиниці довжини прокладки кабелю; , - початкова вартість одиниці довжини кабелю; , - довжина прокладки кабелю; , - сумарна довжини кабелю; , - середня довжина однієї ЛД; , - коефіцієнт, що враховує залежність вартості кабелю від його пропускної спроможності; , - пропускна спроможність; - початкова вартість ВД; - вартість ВД, яка залежить від пропускної спроможності; - вартість одиничного порту ВНП; - кількість портів ВНП.

Для оптимізації кількості ВД та розмірів ТВД за критерієм мінімальної вартості МД мінімізуємо загальні затрати: . Для визначення оптимальних розмірів ТВД для радіальної структури МД необхідно ітеративним способом розв'язати рівняння:

, (3, 4)

; ; ; ;

- коефіцієнти, для визначення довжини кабелю на основі довжини прокладеної траси; - ступінь відхилення місця розташування ВД від центру ТВД; - розміри території, що обслуговується МД.

Якщо в загальному рівнянні затрат на МД представимо параметри , , та як функції від розмірів площини , продиференціюємо та розложимо в ряд співвідношення (3, 4), то отримаємо визначальні рівняння:



; (5)

; (6)

, (7)

;

; ;

; .

Тут - максимальна пропускна спроможність транспортного сегменту ЛД; - відстань між місцем розташування ВНП та ВД.

Вплив нових середовищ передачі можна оцінити за допомогою формули (5). Прогнозовані значення кількості користувачів та питомої пропускної спроможності ЛД, що необхідні для задоволення їх потреб в ІКП, враховуються при оптимізації пропускної спроможності ВД та визначенні мінімальної відстані до ВНП. Запропонований метод оптимізації цих характеристик дозволив отримати достовірну оцінку економічності застосування ВД при створенні МД.

Застосування деякого ВД без замикання внутрішнього навантаження економічно у тому випадку, якщо витрати на створення, експлуатацію та відновлювальна вартість с_m порівнювальної частини мережі з ВД менше, ніж відповідна вартість с₀ без ВД:

; (8)

, (9)

де: м - коефіцієнт умовно приведеної вартості; - кількість ЛД до користувачів ; - кількість ЛД між ВД та ВНП; - довжина ЛД; , - вартість підключення одного користувача до ВНП та до ВД відповідно; - вартість підключення ЛД від ВД до ВНП; - компонент вартості громадських споруд в розрахунку на одного користувача.

Оптимальну пропускну спроможність ВД не можна визначити ні диференціюванням по , ні диференціюванням по . Тому придатні для практичного використання оцінки можна отримати лише в тому випадку, якщо виражає характер деяких умов і перетворюється на функцію l. Відстань, що визначається, набуває при цьому значення мінімально можливої для використання відстані:

. (10)

Якщо вважати достатніми наступні наближення: то мінімальна кількість можливих користувачів, що підключаються до ВД, можна визначити в залежності від допустимої мінімальної відстані по:



(11)

Розроблений метод оптимізації місць розташування ВД дозволив оцінити як кількість користувачів, місця їх розміщення та довжина локального сегмента ЛД впливають на загальну вартість МД. Для оптимізації місць розташування ВД розроблено метод, що відрізняється можливістю мінімізувати витрати на локальний і транспортний сегменти ЛД. Для мінімізації витрати на лінію при подоланні об'єктів, що перешкоджають прокладці ЛД, запропоновано метод, що дозволяє врахувати вплив місцевих умов на оптимальне місце розташування ВД. Застосовуючи описані в розділі методи, розроблено ітеративний спосіб оптимізації місць розташування ВД і меж ТВД.

У четвертому розділі представлені оцінки впливу варіації прогнозованих параметрів на характеристики МД, які отримані за допомогою програмної реалізації розробленої ІМСМД, що реалізує запропоновані методи визначення та оптимізації структурних характеристик МД.

Прогнозовані значення, до яких відносяться поверхнева щільність користувачів, їх географічне розміщення на території, інтенсивність навантаження, вводяться із зовнішнього файлу. Крім того задається вартість елементів мережі. Програма дозволяє завантажити карту розподілу користувачів на місцевості і змінювати значення вхідних параметрів для здійснення дослідження. Головне вікно програми з демонстрацією можливої карти розподілу користувачів зображено на рис. 7.

Для введених значень прогнозованих параметрів програма пропонує оптимальну за критерієм загальної вартості структуру МД (рис. 8), а також таблицю результуючих характеристик. Структура МД містить кількість ВД, в залежності від заданої їх ємності, кількості користувачів та прогнозованого навантаження, а також місця розташування ВД, в залежності від розподілення користувачів на території та межі ТВД. В якості вихідних даних також представлені результуючі характеристики МД.

Реалізація методу оптимізації розмірів ТВД імітаційним моделюванням при варіації прогнозованого значення поверхневої щільності користувачів і зміни вартості ВД дозволила отримати результати, представлені на рис. 9. З отриманих залежностей видно, що оптимальні розміри ТВД визначаються як поверхневою щільністю користувачів на ТВД, так і початковою вартістю ВД . Визначено, що тільки при малій початковій вартості ВД має місце достатній збіг з оптимальними розмірами ТВД.



Характер зміни l наведено на рис. 10 де представлено криві залежності мінімальної відстані між ВД та ВНП від прогнозованої кількості користувачів, що підключаються до ВД. На графіку х _ критична зона, так як допустимі загасання і опір з'єднувальних ліній накладають додаткові вимоги.

Вплив варіації об'єму навантаження досліджувався з урахуванням вартості МД, якості обслуговування та структури мережі. Якщо потік навантаження, що створюється користувачами виділеної групи i до ВНП однієї з базових мереж j позначити , а потік навантаження, який виникає в результаті не прогнозованих заздалегідь змін - то його можна визначити умноженням на константу . Для вказаних умов визначені значення двох параметрів при зміні коефіцієнта , який враховує відхилення реального значення навантаження від прогнозованого від 1 до 2 з шагом 0,1. Параметрами, які досліджуються, є вартість мережі, що оптимізована для вихідної структури навантаження та вартість мережі, що оптимізована для варійованого навантаження. Останній випадок передбачає, що пропускна спроможність ВД фіксована, а пропускна спроможність ЛД локального та транспортного сегментів розраховується заново, щоб задовольнити норми якості обслуговування. На рис. 11 відображені отримані результати. Суцільна лінія ілюструє вартість мережі, засновану на вихідному навантаженні, а пунктирна показує втрати інвестицій, зумовлені різницею розрахованих параметрів, що складають у середньому близько 1,1%.

Далі визначено вплив помилки прогнозу розподілу навантаження, припускаючи, що загальна величина навантаження розрахована точно. Елемент варіювання навантаження розраховується як , де - рівномірно розподілена випадкова величина з діапазону , . Результати наведені на рис. 12.

При цьому відзначені як більш дорогі, так і дешевші у порівнянні з вихідною вартістю випадки, залежно від характеру помилки. Тим не менш, можна зробити висновок, що знадобляться додаткові інвестиції, так як середня вартість мережі у всіх випадках вище розрахованого значення. Якщо вартість мережі стає занадто високою, при середнє- і довгостроковому плануванні може знадобитися зміна розміщення ВК і зон їх обслуговування.

Коливання вартісних параметрів приводять до зміни числа ВД більш ніж у десять разів або до втрат вартості до 10% в гіршому випадку. За результатами дослідження впливу варіацій прогнозованих вхідних параметрів, мінімальна зміна розташування ВД призводить до збільшення вартості мережі приблизно на 1,6%, зміна зон обслуговування - на 1,3%. Ручні зміни в розміщенні вузлів і меж їх обслуговування, як правило, неминучі на останньому етапі мережного планування.

В результаті виконаних досліджень, показано, що конфігурація оптимальної мережі малочутлива до коливань ряду параметрів, зокрема навантаження та вартості обладнання. Для оптимізації розташування ВД і меж обслуговування найбільш важливою виявилася точність розрахунку вартості обладнання вузлів. Помилки прогнозування кількості користувачів, величини навантаження, що створюється користувачами ІКП, і коефіцієнтів тяжіння впливають набагато менше, ніж це зазвичай вказується. Як і передбачалося фактори вартості ВД, ліній доступу локального і транспортного сегментів надали домінуючий вплив на конфігурацію і вартість оптимальної мережі. Аналіз чутливості неминучий на останньому етапі планування для перевірки варіаційних властивостей отриманих результатів і стійкості до варіацій вихідних параметрів.

ВИСНОВКИ

Сукупність наукових розробок, сформульованих та обґрунтованих в дисертаційній роботі, складає нове вирішення важливої народногосподарської задачі в галузі технічних наук, а саме підвищення ефективності проектування мереж доступу за рахунок врахування чутливості їх характеристик до варіації прогнозованих параметрів. При цьому отримано такі наукові та практичні результати:

1. В результаті аналізу можливих підходів до рішення задачі оцінки впливу варіацій прогнозованих параметрів на характеристики МД, запропоновано підхід, при якому розробляється імітаційна модель створення перспективних мереж доступу, що враховує їх концепцію, структуру та принципи побудови.

2. Виконано аналіз параметрів, що беруть участь в процесі створення МД та виявлено кореляцію між ними. На основі цього в якості вхідних для моделювання МД обрані прогнозовані параметри, до яких відносяться, в першу чергу, кількість користувачів МД, перелік запитуваних ними ІКП, поверхнева щільність та розподіл користувачів на території, що обслуговується МД, навантаження, що створюється цими користувачами та ряд інших величин.

3. На основі принципів проектування ТМ розроблено узагальнену схему процесу створення МД, яка визначає послідовність етапів, кожен з яких вирішує сукупність задач створення МД. Для вирішення цих задач частково використано існуючи методи, а для більшості задач автором розроблені нові методи та програмні процедури, які представлені у дисертації. Використання запропонованого підходу дозволило скоротити терміни і вартість проектування МД на 15-20%.

4. Розроблено імітаційну модель створення МД, що дозволила оцінити вплив варіацій прогнозованих параметрів на структурні характеристики МД.

5. Для реалізації моделі, що імітує процес створення МД, запропоновано кілька авторських рішень, що дозволяють отримати оптимальні значення результуючих характеристик МД, серед яких кількість, ємність та місця розташування ВД, розміри ТВД, загальна вартість мережі. В якості критеріїв оптимізації обрана вартість мережі і довжина локального сегменту ЛД. Якість надання послуг та вимоги до мережі та її обладнання задаються у вигляді обмежень.

6. Виконано оцінку чутливості характеристик МД до варіацій вхідних параметрів для прямокутної та радіальної структур мереж. Програмна реалізація методу дозволила виявити ступінь впливу зміни вхідних параметрів на вартість мережі та її структурні характеристики. За результатами дослідження впливу варіацій прогнозованих параметрів, мінімальна зміна розташування ВД призводить до збільшення вартості мережі на ~1,6%, зміна розмірів ТВД - на 1,3%. Помилки прогнозу географічного розподілу вимог на підключення нових користувачів, при збереженні загального прогнозу росту ємності мережі приводять до збільшення загальної вартості мережі до 20%. Доведено, що фактори вартості ВД, ЛД локального та транспортного сегментів надали домінуючий вплив на конфігурацію та вартість оптимальної мережі.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНІХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДІСЕРТАЦІЇ

1. Гайворонська Г.С. Дослідження впливу помилок прогнозу вихідних даних на процес планування мереж доступу / Г.С. Гайворонська, С.В. Сахарова // Збірник наукових праць ВІТІ НТУУ „КПІ”. - 2010. - № 2., с 23-29.

2. Гайворонська Г.С. Метод визначення довжини ліній доступу для різноманітних конфігурацій території обслуговування/ Г.С Гайворонська., О.І. Котова, С.В. Сахарова // Вісник Нац. ун-ту «Львівська політехніка». - Львів, 2010. - № 688: Комп'ютерні системи та мережі. - С.65-69.

3. Гайворонская Г.С. Анализ влияния межузлового тяготения на параметры нагрузки / Г.С. Гайворонская, С.В.Сахарова, А.А Крыжановская, С.И. Альфалуджи С // Сучасна спеціальна техніка. - Київ, 2010. - №4. - с.63-67.

4. Гайворонская Г.С. Метод определения местоположения узлов при использовании прямоугольной модели сети доступа / Г.С. Гайворонская, С.В. Сахарова// Холодильна техніка і технологія. - Одеса: ОДАХ, 2011. - №1 (129).-с.73-76.

5. Гайворонская Г.С. Особенности определения местоположения узлов доступа при использовании радиальной модели обслуживаемой территории / Г.С. Гайворонская, С.В. Сахарова //Наукові праці ДонНТУ. - Донецк: ДонНТУ, 2011.- №21 (183). - с. 82-86.

6. Сахарова С.В. Оценка чувствительности характеристик сетей доступа к вариациям прогнозируемых параметров / С.В. Сахарова // Applicable Information Models. - Sofia: ITHEA, 2011. - № 22. _ P.181-188.

7. Гайворонская Г.С. Этапы синтеза сетей доступа / Г. С. Гайворонская, С.В. Сахарова // Материалы XXI Международной Крымской конференции «СВЧ - техника и телекоммуникационные технологии». - Севастополь. - Вебер. - 2011. - С. 513-515

8. Гайворонская Г.С. Некоторые задачи модернизации сетей доступа / Г.С. Гайворонская, Ю.К. Корниенко, С.В. Сахарова // Матеріали ІV Міжнародної НТК "Сучасні інформаційно-комунікаційні технології": Збірник тез. _ Київ: ДУІКТ, 2008. _ с.34.

9. Сахарова С.В. Исследование параметров сетей абонентского доступа / С.В. Сахарова // Материалы VIII МНТК «Математическое моделирование и информационные технологии» /ММИТ-2008/ - Одесса: ОГАХ. - 2008. - с.29.

10. Сахарова С.В. Задача выбора параметров сети доступа / С.В. Сахарова // Матеріали НТК «Проблеми телекомунікацій»: Збірник тез. - Київ: НТУУ КПІ. - 2009. - с.61.

11. Котова А.И. Принципы построения сети доступа / А.И Котова, С.В. Сахарова // Материали СНТК «Інформаційні системи та технології». - Одеса, ОДАХ. - 2009. - с 51-52.

12. Сахарова С.В. Классификация параметров сетей доступа / Г.С. Гайворонская, С.В. Сахарова // Збірник тез V МНТК «Сучасні інформаційно-комунікаційні технології». - Київ: ДУІКТ. - 2009. - с.77-78.

13. Сахарова С.В. Оценка влияния вариаций прогнозируемых параметров на характеристики сети передачи данных/ С.В. Сахарова // Материалы IX МНТК «Математическое моделирование и информационные технологии» /ММИТ-2009/ - Одесса: ОГАХ. - 2009. - с. 112-113.

14. Sakharova S.V. Programming model to determine the effect of input parameters variation on the network characteristics / Svetlana Sakharova // International Conference on Modern Problems of Radio Engineering, Telecommunications and Computer Science. Proceedings of the International Conference TSCET'2010. Lviv-Svavske, Ukraine, - 2010. - P. 239.

15. Сахарова С.В. Алгоритм визначення впливу варіації вхідних параметрів на характеристики мережі // Матеріали Х Всеукраїнської науково-технічної конференції студентів і аспірантів «Інформаційні системи і технології» . - Одеса: ОДАХ. - 2010. - с. 81.

16. Сахарова С.В. Исследование влияния изменения прогнозируемых параметров при проектировании сетей доступа/С.В. Сахарова//Збірник тез VІ МНТК «Сучасні інформаційно-комунікаційні технології».- Київ: ДУІКТ.- 2010.- С.94.

17. Гайворонская Г.С. Особенности классификации пользователей современных телекоммуникационных сетей / Г.С. Гайворонская, С.В. Сахарова, И.В. Ганницкий, А.А Крыжановская // Збірник тез VІ МНТК «Сучасні інформаційно-комунікаційні технології». - Київ: ДУІКТ. - 2010. - С.60.

18. Гайворонская Г.С. Особенности нагрузки разнородных телекоммуникационных сетей Г.С. Гайворонская, И.В. Ганницкий, С.В. Сахарова, С.И. Альфалуджи С. // Збірник тез VІ МНТК «Сучасні інформаційно-комунікаційні технології». - Київ: ДУІКТ. - 2010. - С.61.

19. Сахарова С.В. Розвиток творчих здібностей студентів шляхом індивідуальної роботи з синтезу мереж доступу для реальних умов / Г.С. Гайворонська, С.В. Сахарова // Матеріали VI НМК «Сучасні технології вищої освіти», Одеса:ОДАХ. - 2010. - С.83-84.

20. Сахарова С.В. Применение метода определения мест расположения узлов доступа / С.В. Сахарова // Материалы НТК «Проблеми телекомунікацій»: Збірник тез. _ Київ: НТУУ КПІ. - 2011. - с.174.

21. Сахарова С.В. Алгоритм автоматизированного расчета характеристик сетей доступа / С.В. Сахарова // Матеріали ХI Всеукраїнської НТК «Інформаційні системи і технології». - Одеса: ОДАХ. - 2011. - с.129.

22. Гайворонська Г.С., Сахарова С.В. Системи доступу користувача: посібник до виконання курсового проекту - Одеса: ОДАХ, 2011. - 63 с.

АНОТАЦІЇ

Сахарова С.В. «Оцінка впливу варіації прогнозованих параметрів на характеристики мереж доступу». - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.12.02 - телекомунікаційні системи та мережі. - Державний університет інформаційно-комунікаційних технологій, Київ, 2011.

Дисертаційна робота присвячена вирішенню задачі підвищення ефективності проектування перспективних мереж доступу за рахунок врахування чутливості характеристик мереж до варіації прогнозованих параметрів. Для вирішення задачі оцінки чутливості обрано підхід, при якому розробляється імітаційна модель створення перспективних мереж доступу. Проведені дослідження дозволили виявити ті параметри, варіації яких найбільш суттєво позначаються на характеристиках мереж доступу. Враховуючи концепцію, структуру та функції перспективних мереж доступу розроблено узагальнену схему процесу створення мереж доступу, яка відрізняється запропонованими аналітичними методами та програмними процедурами. Розроблений метод визначення структурних характеристик мереж доступу, метод оптимізації кількості, місць розташування вузлів доступу та розмірів території, що ними обслуговується, за критерієм сукупної вартості мережі для моделей прямокутної та радіальної структури мереж та алгоритмічна процедура створення мереж доступу дозволяють оцінити чутливість характеристик результуючих мереж до варіацій вхідних параметрів. Розроблена імітаційна модель, в якій реалізовані запропоновані методи, дозволила виявити ступінь впливу зміни прогнозованих параметрів на вартість мережі та її структурні характеристики.

Ключові слова: мережа доступу, вузли доступу, структурні характеристики ліній доступу, варіації прогнозованих параметрів, оцінка чутливості.



Сахарова С.В. «Оценка влияния вариации прогнозируемых параметров на характеристики сетей доступа». - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.12.02 - телекоммуникационные системы и сети. - Государственный университет информационно-коммуникационных технологий, Киев, 2011.

Диссертационная работа посвящена решению задачи повышения эффективности проектирования сетей доступа за счет учета чувствительности характеристик сетей к вариациям прогнозируемых параметров. Для решения задачи оценки чувствительности выбран подход, при котором разрабатывается имитационная модель создания перспективных сетей доступа, учитывающая их концепцию, структуру и принципы построения. Исследование и анализ параметров, участвующих в процессе создания сетей доступа, позволили выявить те параметры, вариации которых наиболее существенно сказываются на характеристиках этих сетей. Выделены прогнозируемые параметры, которые являются объектом исследования: количество пользователей СД, перечень запрашиваемых ими инфокоммуникационных услуг, поверхностная плотность и распределение пользователей на территории, обслуживаемой СД, нагрузка, создаваемая этими пользователями и ряд других величин. Учитывая концепцию, структуру и функции перспективных сетей доступа, разработана обобщенная схема процесса создания сетей доступа, которая отличается предложенными аналитическими методами и программными процедурами. Разработанная схема определяет последовательность этапов, каждый из которых решает совокупность задач создания СД. Для решения этих задач частично используются существующие методы, а для большинства задач автором разработаны новые методы и программные процедуры, представленные в диссертации. Разработан метод оптимизации количества, емкости, мест размещения узлов доступа и размеров территорий, обслуживаемых этими узлами, по критерию совокупной стоимости сети. Для минимизации расходов на линию при преодолении объектов, препятствующих прокладке линий доступа, предложен метод, адаптированный к структуре сети и позволяющий учесть влияние местных условий на выбор оптимального места расположения узлов доступа.

Разработана имитационная модель процесса создания сетей доступа, позволившая реализовать предложенные методы оптимизации их структурных характеристик. Процесс моделирования позволил впервые выявить степень влияния вариации прогнозируемых входных параметров на стоимость сети и ее структурные характеристики.

Ключевые слова: сеть доступа, узлы доступа, структурные характеристики линий доступа, вариации прогнозируемых параметров, оценка чувствительности.

Sakharova S.V. «Estimation of predicted parameters' variation's influence on characteristics of access networks». - Manuscript.

Dissertation on the competition of scientific degree of candidate of engineering's sciences on specialty 05.12.02 - the telecommunication systems and networks. it is the State university of informative-communication technologies, Kiev, 2011.

Ph.D. thesis is devoted to the decision of problem of perspective access networks' designing's efficiency's increasing by taking into account network characteristics' sensitivity to predicted parameters' variation. The approach at which the simulation model of perspective access networks' creation is developed is selected for the decision of a problem of sensitivity's estimation. The carried out researches allowed to find out those parameters which variations have the most essentially effect on access networks' characteristics. The generalized scheme of access networks' creation process which differs the offered analytical methods and program procedures is developed considering concept, structure and functions of perspective access networks. Developed method of access networks' structural characteristics' definition, method of optimization of quantity's, locations of access nodes and served by them territory's sizes' optimization by the criterion of network's cumulative cost for models of rectangular and radial network's structure and algorithmic procedure of access networks' creation allow to estimate resultant networks' characteristics' sensitivity to entrance parameters' variations. The developed simulation model in which the offered methods are realized, has allowed to find out influence's degree of predicted parameters' change on network's cost and its structural characteristics.

Keywords: access network, access nodes, structural characteristics of access lines, predicted parameters' variation, sensitivity estimation.

ПЕРЕЛІК УМОВНИХ СКОРОЧЕНЬ

ТМ - телекомунікаційна мережа;

МД - мережа доступу;

ІКП - інфокомунікаційні послуги;

ЛД - лінії доступу;

МСЕ - міжнародний союз електрозв'язку;

ІМСМД - імітаційна модель створення мереж доступу;

ВД - вузол доступу;

ВНП - вузол надання послуг;

ТВД - територія, що обслуговується вузлом доступу;

ТВНП - територія, на якій лінії доступу підключаються безпосередньо до вузла надання послуг;

ТС - транспортний сегмент ліній доступу;

ЛС - локальний сегмент ліній доступу;

NGN - Next Generatіon Network.

Размещено на Allbest.ru

...