Введение к работе
Актуальность проблемы. Процесс интенсивной
Информатизации различных видов деятельности человека в современном обществе характеризуется широким применением сетевых технологий в производственном и деловом секторах. В полном объеме сказанное относится и к АСУ.
'Создание АСУ на базе широкого применения средств вычислительной техники, ее интеграция с технологическим производственным оборудованием и процессами принятия решений на всех .уровнях управления осуществляется на основе использования средств связи.
Подсистема обмена информацией, в качестве которой выступает сеть обмена, информацией (СОИ), имеет важнейшее значение для АСУ распределенными объектами, является ядром распределенных, АСУ, условием реализации в АСУ сетевой технологии.
Концепция широкого внедрения- сетевых технологий получила наиболее " полное выражение при создании широкополосных цифровых сетей интегрального обслуживания -(ШЦСИО). Широкополосная ЦСИО представляет собой СОИ,в которой применение современной технической базы (волоконно-оптических систем передачи, мощных вычислительных средств) обеспечили объединение большого числа речевых и неречевых служб, в том числе таких/ как высокоскоростной обмен данными, высококачественный видеотекст, видеофон, видеоконференции, распределение программ кабельного ТВ.
Необходимость поддержки большого числа служб, характеризуемых существенно различными статистическими характеристиками и требованиями к показателям обслуживания (в терминах задержки сообщений, потери информации, распределения сетевых ресурсов ) выдвигает более жесткие требования к качеству функционирования сети по сравнению, например, с сетью передачи данных, ставит перед исследователями ряд сложных задач, связанных с созданием алгоритмов динамического распределения, ресурсов между различными службами, с разработкой аналитических и имитационных моделей для оценивания вероятностно-временных характеристик широкополосных сетей нового типа
По вопросам моделирования СОИ опубликовано большое число работ, среди которых отметим работы Л.Е.Баранина, Г.П.Захарова, А.П.Кулешова, В.Г.Лазарева, И.А.Мизина, С.И.Самойленко, Б.Я.Советова, С.А.Яковлева, Х.Иносе, Л.Клейнрока, М.Фишера, М.Шварца. Работы этих ученых и ряда других составляют теоретическую базу моделирования сетей и, как показывает анализ литературы, находятся в состоянии постоянного развития. В этом смысле показательны работы, направленные на комбинирование аналитических и статистических методов моделирования,обеспечивающих повышение эффективности проведения имитационных экспериментов, ускорение процесса имитации, разработку быстрых алгоритмов.
При расчете ресурсов и показателей качества обмена информацией в сетях интегрального обслуживания возникает ряд новых проблем, связанных с более жесткими требованиями к вероятностно-временным характеристикам. Это проблема расчета конечной емкости буферных накопителей как элементов виртуальных каналов в сети,. вероятность потери пакетов в которых из-за их переполнения Не должна превышать значения Ю-9. Это проблема временного джиггера при передаче видеотрафика ,для оценки которого требуется иметь распределение времени доставки пакетов. Это, наконец, общая проблема разработки моделей, 'обеспечивающих ускоренный структурно-функциональный анализ проектных вариантов СОИ АСУ. Сформулированные проблемы составляют предмет рассмотрения данной работы и определяют ее актуальность.
Целью диссертационной работы является исследование и разработка аналитико-статистических методов и моделей расчета вероятностно-временных характеристик обмена информацией в сетях интегрального обслуживания распределенных АСУ, Для достижения указанной цели необходимо:
дать теоретическое обоснозвние метода экстремального значения , который положен в- основу разрабатываемых методов, и моделей:
разработать и исследовать модель потерь ' в буфере конечной емкости;
- разработать метод расчета вероятности потерь в буфере конечной емкости;
- разработать концептуальную модель виртуального канала (ВК), -обеспечивающую адекватное отображение взаимодействующих процессов в сети обмена информацией;
разработать метод, моделирующий алгоритм и программную реализацию для построения распределения времени транспортировки пакетов по виртуальному каналу.
Объектом проектирования является методика ускоренного анализа характеристик обмена информацией в СОИ АСУ.
Объектом исследования в работе является применение метода экстремального значения для структурно-функционального анализа проектных вариантов СОИ АСУ.
Методы исследования. ' Основные результаты работы получены с использованием аппарата теории вероятностей и математической статистики, теории массового обслуживания, теории моделирования, методов математического анализа и исследования операций. Экспериментальные исследования проводились на ЭВМ типа PC АТ/286 с привлечением методов программирования и статистического моделирования.
В процессе решения перечисленных задач получены следующие новые научные результаты, которые выносятся на защиту:
1. Развитие метода- экстремального значения (EVT), состоящее в:
- расширении метода EVT для описания дискретных случайных
величин;
расширении метода EVT для' анализа коррелированных выборочных значений случайной величины;
построении критерия принадлежности распределения к экспоненциальному классу.
2. Модель потерь в буфере конечной емкости, описывающая
вероятность потерь в буфере конечной емкости в виде функции
от "хвоста" распределения максимальных значений очереди в СМО
с'бесконечным буфером.
3. Аналитико-статистический метод расчета вероятности
потерь в буфере конечной емкости;получены расчетные формулы
для оценки статистического распределения и "хвоста"
распределения потерь в буфере конечной емкости;
4. Аналитико-статистический метод расчета распределения
времени доставки пакетов по виртуальному каналу;получена расчетная формула.
Практическая ценность полученных результатов заключается в следующем.
1. Предложено программное обеспечение разработанных
моделей и алгоритмов, позволящих решать задачи анализа
характеристик качества обмена информацией на основе
расширений метода EVT.
-
Предложены методики применения развиваемого подхода К анализу данных при моделировании сетей интегрального обслуживания (на примере имитации транспортировки пакетов по виртуальному каналу).
-
Установлено, что расчет, основанный на использовании гипотезы независимости Клейнрока, существенно смещает вероятностно-временные хапактетастики вертуального канала ЇЇЦСЯ0
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на :
научно-технических конференциях Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета, Сайкт-Петербург, 1992-1994 гг.;
17-й Международной школе-семинаре по вычислительным сетям, Москва - Алма-Ата, 1992 г.;
- 48-й научно-технической конференции профессорско-
преподавательского состава СПбГЗТУ, посвященной дню Радио.
Санкт-Петербург, 1993 г.
Публикации.По теме диссертационной работы опубликовано 3 печатные работы.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения .списка литерартуры, включающего 96 наименований, и приложения. Основная часть работы изложена на 145 страницах мйшиного текста. Работа содержит 29 рисунков и 23 таблицы
