Анализ методов коммутации при распределении информационных потоков

Размещено на http://www.allbest.ru/

Казахстанский инженерно-педагогический университет Дружбы народов

Анализ методов коммутации при распределении информационных потоков

Шамшиметов Ф.Т., Алиева Р., Анарбаев Е.

Определив план оптимального размещения узлов и абонентских пунктов сети, полученный из расчетных соотношений для различных видов капитальных затрат, расстояний между абонентскими пунктами и вычислительным центром, можно рассмотреть вопросы информационного обеспечения, которые включают в себя:

- формирование структур возможных типов входных и выходных сообщений;

- определение состава запросов, их частотно-временных распределений.

Эти характеристики определяют значения объемов хранимой и обрабатываемой в сети информации, потоки сообщений, значения нагрузки. Точное определение объективной потребности вычислительных ресурсов и масштабов информационного обслуживания не представляется возможным хотя бы потому, что данные характеристики динамически изменяются со временем, имеют особенности сложного случайного процесса.

При создании новой сети информационные характеристики выступают как прогнозируемые величины, поэтому они носят вероятностный характер и, следовательно, принципиально возможны отклонения от реально наблюдаемых значений в будущей сети.

Отметим два противоречивых момента, которые необходимо учитывать при создании сети:

- во-первых, следует иметь в виду, что техника, которая может использоваться в сети, должна быть загружена как можно полнее;

- во-вторых, необходимо предусмотреть возможности развития сети и увеличения загрузки ресурсов.

Важным вопросом в решении задач синтеза является выбор и обоснование способов коммутации, так как они сильно влияют на значения и распределения потоков информации.

Зная структуру сети и требования к скорости передачи информации по каналам, можно определить рациональный способ коммутации. Основными параметрами, влияющими на выбор способа коммутации, являются средние объемы передаваемой информации, а также величины отклонений реальных объемов от средних значений. На распределение потоков влияют также продолжительность этих отклонений и коэффициент загрузки каналов. При постоянной потребности в большом объеме обмена информацией между ВЦ и АП целесообразно применить кроссовую коммутацию каналов.

При большом колебании нагрузки, когда нет высоких требований к максимально допустимой задержке в передаче сообщений, способ коммутации сообщений обеспечивает высокое использование каналов и позволяет выравнивать нагрузку, причем он может применяться при любых скоростях передачи информации. Особенно он эффективен при применении адаптивных методов управления потоками сообщений.

Рассматриваются два характерных типа сетей: с коммутацией пакетов и коммутацией каналов. В первом случае, через сеть от источника к получателю по некоторому маршруту, выбор которого определяется проектом сети. В случае коммутации каналов, для пары пользователей устанавливается маршрут передачи от одного конца к другому.

Число и длина пакетов, поступающих в сеть в любой момент времени, число вызовов, поступающих на вход сети за заданное время, продолжительность занятия (ресурса) - в общем случае подвержены статистическим изменениям. Поэтому для изучения их воздействия на сеть и получения соответствующих количественных характеристик должны применяться вероятностные методы.

Для сетей с коммутацией пакетов проблема очередей возникает совершенно естественно. Пакеты, поступающие на вход сети или промежуточного узла, на пути к пункту назначения накапливаются, обрабатываются с целью выбора подходящего канала передачи к следующему узлу, а затем считываются в этот канал, когда наступит время их передачи. Время, затраченное на ожидание передачи в накопителе, является важной мерой, характеризующей работу сети. Оно зависит от времени обработки в узле и длины пакета, а также от пропускной способности канала передачи и дисциплины обслуживания, применяемой при обработке пакета. сеть коммутация информация обслуживание

Теория очередей возникает также при исследовании сетей с коммутацией каналов. Во-первых, при изучении обработки вызовов, во-вторых, при анализе зависимости между числом доступных каналов и вероятностью того, что вызов, требующий установление соединения, будет заблокирован или поставлен в очередь для ожидания обслуживания.

Рассмотрим простейшую модель обслуживания:

Накопитель

Пакеты поступают случайным образом со скоростью l в единицу времени. Они ожидают обслуживания в накопителе, и обслуживаются в соответствии с некоторой конкретной дисциплиной со средней скоростью m пакетов в единицу времени. В контексте сети передачи данных обслуживающая линия ѕ это средство передачи,которое передает данные с предписанной скоростью C блоков данных в единицу времени. Таким образом, процесс обслуживания определяется длиной пакета или продолжительностью соединения.

Если интенсивность поступления l приближается к скорости обработки пакетов m , очередь начинает расти. При накопителе конечной ёмкости очередь достигает наибольшей допустимой величины, а при переполнении накопителя поступление всех последующих пакетов будет заблокировано.

Для расчёта вероятностей состояния должны быть известны следующие характеристики:

процесс поступления пакетов (статистика входящих потоков);

распределение длин пакетов (распределение времени обслуживания);

дисциплина обслуживания (обслуживание в порядке поступления - ОПП или FIFO, некоторые дисциплины обслуживания с приоритетами).

Рассмотрим очередь из нескольких вызовов, ожидающих обслуживания. Отметим время завершения обслуживания:

Обозначим случайную величину, описывающую время между завершениями обслуживания через r. Эта же величина является временем обслуживания. Если r распределена по показательному закону со средним значением

E(r)=1/m ,

то плотность распределения будет равна:

.

Процесс обслуживания является полным аналогом процесса поступления и обладает всеми свойствами последнего. На основании этого вероятность завершения обслуживания в малом промежутке времени (t, t+D t) в точности равна m D t + О(D t), а вероятность незавершения обслуживания в промежутке (t, t+D t) равна 1-m D t+О(D t) независимо от предыдущих или последующих завершений.

Система обслуживания М/М/1 - это система с одной обслуживающей линией, показательным распределением обслуживания и дисциплиной ОПП (обслуживание в порядке поступления).

Диаграмма изменений состояний во времени для системы может быть изображена следующим образом:

Пусть процессы поступления и обслуживания определяются соответственно параметрами l и m . Определим вероятность pn(t+D t) того, что в момент времени t+D t в системе будет находиться n клиентов (пакетов или вызовов). Из диаграммы видно, что в момент времени t система могла находиться только в состоянии n-1, n или n+1. Тогда мы можем записать:

.

Вероятности перехода из одного состояния в другое получены в результате рассмотрения путей, по которым происходят эти переходы, и расчёта соответствующих вероятностей.

При работе системы действует стационарный принцип равновесия: левая часть описывает интенсивность уходов из состояния n, а правая часть - интенсивность приходов в состояние n из n-1 или n+1. Чтобы существовали вероятности стационарного состояния, эти две интенсивности должны быть равны.

Список литературы

1. Самарский, А. А. Математическое моделирование , Самарский А.А., Михайлов А.П., Идеи. Методы. Примеры. - М: Наука, 1997. - 320 с.

2. Бройдо В.Л. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации.

3. Гайсина Л.Ф. Сети ЭВМ и телекоммуникации: Учебное пособиепо ВМСиС.

4. Емельянов, В.В. Теория и практика эволюционного модлирования, Емельянов В.В., Курейчик В.В., Курейчик В.М. - М: Физматлит, 2003. - 432 с.

Аннотация

А?паратарды? орташа к?лемі коммутациялау ?дістерін та?дау кезінде негізгі корсеткіш болып табылады, сол к?рсеткіш ар?ылы желі к?рылымы, акпарат бер? жылдамды?ы ж?не арналар саны а?ы?талады.

The main parameters that influence the choice of method switching are average volume of information to be transmitted, as well as deviations from the actual volume averages.

Размещено на Allbest.ru