Введение к работе
Актуальность проблемы. Современные распределенные автоматизированные системы обработки информации и управления строятся на базе информационно-вычислительных сетей (ИВС) в которых используется пакетный режим обмена данными мевду звеньями. Датаграмшшй режим работы ИВС, при котором появляется возможность разбивать сообщения на произвольное число пакетов, как нам кажется имеет хорошую перспективу на дальнейшее развитие и широкое использование. Исследования, проводимые на кафедре АСОКУ'С.-Петербургского государственного электротехнического университета под руководством Б.Я.Советова, С.А.Яковлева, О.И.Шеховцовз и др., показали, что современные гибридные сети обмена даняши могут иметь общегосударственный масштаб и использоваться для обслуживания самых разнообразных категорий пользователей: от абонентов различных АСУ и ведомственных региональных ИВС до абонентов локальных вычислительных сетей. Помимо этого, такая сеть может взаимодействовать с другими сетями обмена данными, построенными на основа аналогичных идеологических концепций. Датагромшый режим работы ИВС является достаточно простым и надежным методом, обеспечивающим прозрачную передачу пользовательских данных в точку доступа получателя. Современное развитие вычислительной техники позволяет оперировать пользователям большими массивами информации в достаточно развитых сетях, - АСУ предприятий, банковские сети, пользовательские локальные сети и т.п., где наиболее полно проявляются преимущества датаграданого режима работы ИВС.
Важнейшей задачей обмена данных является обеспечение своевременной доставки сообщений получателями и недопустимость превышения времени задержки сообщения выше заданного. Основная причина задерися - это "застревание" части сообщения (пакетов) в узлах коммутации (УК) ИВС из-за стояния в очереди на обслуживание в узлах коммутации, временной перегрузки тракта движения пакетов, повышения уровня помех в каналах и др. В сети с коммутацией пакетов средние времена задержки пакета и сообщения могут весьма значительно отличаться .друг от друга, а их распределения часто подчішяются различным законам. Причем среднее время задержки сообщения зависит как от средней
задержки пакета, так и от дисперсии задержки пакета. Очевидно, что уменьшив среднюю задержку пакета можно уменьшить и среднее время задержки сообщения. Добиться этого можно при увеличении пропускной способности каналов или при изменении топологии сети или при ' уменьшении интенсивности входного потока сообщений. Но изменять 'эти параметры в реальных сетях связи далеко не всегда представляется возможным.
Одним из нетрадиционных и перспективных путей уменьшения задержки сообщений является использование избыточного кодирования в транспортном канале (на уровне пакетов), обеспечзшающев существенное уменьшение дисперсии задержки пакета при некотором увеличении средней задержки пакета.
В работах российских авторов Г.А.Кабатянского и Е.А.Крука был предложен метод передачи сообщений в сети, основанный на использовании помехоустойчивого кодирования, который обеспечивает уменьшение дисперсии задержки пакета при некотором увеличении средней задержки пакета. Были найдены условия, при которых увеличение среднего времени задержки пакета при одновременном уменьшении дисперсии ведет к уменьшению среднего времени задержки сообщения. Суть такого кодирования сводится к тому, что оно позволяет полностью восстановить сообщение при пропане (недопустимой задержке) ряда пакетов, однако конкретная реализация кодирования в транспортном канале наталкивается на ряд трудностей, обусловленных большим объемом кодируемой информации.
Цель работы, является разработка метода избыточного кодирования на транспортном уровне ИВС с коммутацией пакетов, обеспечивающего уменьшение средней еадератаг сообщения при значительном упрощении технической реализации.
Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решались следующие основные задачи:
1. Проведение сравнительного анализа существующих методов
уменьшения средней задержки сообщения в ИВС с датаграммпым
режимом работы.
2. Исследование алгоритмов декодирования максимальных
кодов.
3. Анализ существующих методов избыточного кодирования на
тарнспортном уровне ИВС.
4. Разработка методики кодирования на транспортном уровне
ИВС, основанной на применении простых двоичных кодов.
-
Осуществленго программной реализации разработанного матода и алгоритмов контроля вычислительной эффективности методов кодирования на транспортном уровне.
-
Оценка вычислительной эффективности существующих и предлагаемого метода.
Т., Моделирование методов избыточного кодирования с целью получения качествэшх характеристик.
Методы исследования. Основные результаты работы получены на основании использования теории кодирования, теории массового обслуживания, теории моделирования, методов математического анализа и исследования операций. Достоверность полученных результатов подтверждается использованием корректностью применения .математического аппарата, а также, полученными результатами моделирования.
Научная новизна.
В результате проведенных исследований получены следующие новые научные результаты:.
1. Предложена математическая модель системы передачи
дашшх на транспортном уровне ИБО в датагрэммном режиме.
2. Разработан метод избыточного кодирования из
транспортном уровне ИВС, заключающийся в использовании
предложенных двоичных прямоугольных кодов, декодируемых по
двухэтапной процедуре с. обнарукешюм ошибок и исправлением
стираний.
3. Проанализирована вычислительная эффективность различных
алгоритмов избыточного кодирования на транспортном уровне ЮС.
Практическую ценность работы составляют:
1. Принципиальная возможность использования методов
избыточного кодирования на базе прямоугольных двоичных кодов
на транспортном уровне ИВС, позволяющих существенно упростить
техническую реализацию процедур обмена на транспортном уровне
ИБО.
2. Разработаные варианты организации СПД с применением
избыточного кодирования.
3. Программная реализация алгоритма избыточного
кодирования на базе прямоуголъшх двоичных кодов.
На защиту выносятся следующие научные положения.'
1, Применение прямоугольных двоичных кодов на транспортном
уровне ИВС с датаграммным режимом о целью улучшения
характеристик доставки сообщений.
2. Результата моделирования подтвердили значительные
сокращения накладных расходов на организацию сквозного обмена
данными по сравнению с базовыми методами на основе
максимальных кодов.
Аппробация работы. Основные результата диссертационного исследования докладывались и обсуждались на:
Научно-технических конференциях Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета, С.-Петербург, 1992-1994 ГГ. .
Российском совещании-семинаре "ОРТ-92" г. Воронеж,
1992 г.
II С.-Петербургской международной конференции "Региональная информатика", г. С.-Петербург, 19ЭЗ г.
48-й научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава СПГ&ТУ посвящешюй дню Радио, г. С.-Петербург, 1993 г.
Публикаций. По теме диссертации опубликовано 3 печатные работы.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 77 наименований, ж одного пршюкения. Основная часть работы изложена на 121 странице машинописного- текста. Работа содержит 9 рисунков и 3 таблицами.
