Введение к работе
Актуальпость работы. Высокий темп развития телекоммуникационной среды ставит непростую задачу выбора подходящего метода обработки информации. Значительным фактором такого выбора является эффективность взаимодействия компонент сети, осуществляемая через каналы связи, которые интегрируют в себе информацию самой разнообразной природы. При этом известно, что эффективность каналов связи во многом зависит от способа мультиплексирования нескольких разнотипных потоков информации, в том числе типа речь/данные. Таким образом, актуальность диссертационной работы обусловлена необходимостью:
разработки методов синтеза и анализа систем мультиплексирования (СМ);
моделирования СМ наиболее полно удовлетворяющую требования сегодняшнего дня.
Исследования и разработки по диссертации выполнялись в 1994-2000гг., в соответствии с планами НИР Кибернетического центра ТПУ, ряда программ Минобразования России, программы построения автоматизированной ЦБР на Томской ГТС.
Цель работы ц задачи исследований. Не отрицая достоинства асинхронных режимов передачи и коммутации, отметим, что в рамках узко стандартизированной ATM невозможно получить необходимые решения, которые содержатся в единстве многообразия различных методов асинхронного режима передачи, и которые лучше, нежели «классический» ATM, удовлетворяют конкретным задачам обработки трафика. К сожалению не существует методов определения состава таких комплексных систем мультиплексирования, целью которых является получение требуемых характеристик. Таким образом, цель состоит в разработке методов построения, анализа и оптимизации характеристик СМ, а так же разработке способов эффективного мультиплексирования и систем мультиплексирования на базе действующей сети. Достижение указанной цели предполагает решение следующих основных задач: 1) Анализ наиболее перспективных подходов мультиплексирования,
определение основных показателей оценки качества СМ. 1) Разработка способов моделирования и анализа СМ 1) Разработка методов моделирования и анализа компонент СМ,
декомпозиция СМ на типовые модули и разработка их моделей. 1) Разработка методов моделирования СМ с учетом характеристик отдельных
модулей и разработка архитектуры СМ в целом. 1) Решение задач построения, анализа и оптимизации СМ в конкретных
условиях. 1) Программная и аппаратная реализация разработанных методов и систем
мультиплексирования, проверка адекватности полученных моделей,
стендовые испытания и испытания в составе сети.
Методы исследований основываются на использовании методов теории массового обслуживания, стохастических и GERT- сетей, теории
моделирования, математического программирования, теории алгоритмов, методах исследования потоков информационных сетей.
Научная новизна заключается в создании способов построения СМ и решения для них ряда задач анализа и оптимизации отдельных характеристик. Научная новизна по конкретным задачам заключается в следующем:
Введены понятия метода, системы мультиплексирования, понятие информационной структуры мультиплексирования (ИС). Установлена идентичность по качеству методов мультиплексирования для сетей с коммутацией каналов и пакетов, в случае предельного изменения величины кванта ИС. Утверждается превосходство СМ, которые используют множество методов мультиплексирования и переноса. Предложена задача выбора архитектуры СМ, состоящей из совокупности методов мультиплексирования.
С целью формализации ряда задач анализа и оптимизации отдельных компонент и методов СМ, введен тип структура для GERT- сети. Здесь же дана его характеристика и задача построения методов и компонент СМ.
Предложен континуум алгоритмов формирования и обнаружения информационных структур с процедурой назначения приоритетов, задачи построения мультиплексора и демультиплексора. Отличительная черта названных алгоритмов состоит в интеграции процедур квантования требований и назначения приоритетов, а так же ориентация на архитектуру СМ включающую множество методов мультиплексирования. Здесь же разработан механизм расчета среднего времени ожидания в очереди системы абсолютно- относительных приоритетов.
Введен алгоритм мультиплексирования- демультиплексирования, а так же задача построения СМ из совокупности вышеназванных алгоритмов. Здесь отличительной чертой является интеграция характеристик алгоритмов формирования, передачи и обнаружения ИС. При этом учитываются особенности среды передачи с реальной надежностью.
Предложен подход к определению логических характеристик информационных структур и дана оптимизационная постановка задачи определения величины кванта по «техническому» и «экономическому» критериям.
Введена система обозначений, которая позволяет сократить словесное описание СМ. Установлен механизм выбора исходной СМ, что в совокупности с выше названным позволяет перейти к моделированию СМ в конкретных условиях.
Предложен, реализован и запатентован способ интегрального мультиплексирования речи и данных, отличающийся ориентацией на широкий круг сетей связи. Исследованы два его варианта, по некоторым показателям превосходящие наиболее известные методы интегрального мультиплексирования.
Практическая ценность и реализация результатов работы. Практически значимыми являются созданные модели, методы, алгоритмы, программные и аппаратные средства. Программно- аппаратный комплекс предназначен для работы в составе каналообразующего цифрового
оборудования сети связи, а так же для терминальных окончаний. Программные средства можно использовать для разработки методов и систем мультиплексирования. Способ, устройство и система мультиплексирования запатентованы и внедрены в производство.
Реализация результатов производилась при решении ряда практических задач:
разработка системы центрального бюро ремонта телефонов, на основе городской, территориальной сети передачи данных (г.Томск);
разработка программного комплекса прогнозирования эффективности и качества передачи в корпоративной вычислительной сети сбора геолого-геофизической и нефтепромысловой информации ОАО «Томскнефть», ВНК (г.Стрежевой);
изучение функционирования СМ в учебном процессе ТУСУР (Томский университет систем управления радиоэлектроники), терминального окончания в ООО «Аккорд», а так же взаимодействия потоков информации на ГТС (г.Томск).
Основные положения выносимые па защиту:
1)Развкваемый в диссертации подход к моделированию эффективных интегральных СМ и их компонент. Когда построение модели сводится к композиции отдельных модулей включающих в себя как мультиплексор, среду передачи, так и демультиплексор, из которых производится построение совокупности методов мультиплексирования и которые в свою очередь составляют основу системы мультиплексирования, архитектура которой выявляется исходя из некоторой исходной СМ в эволюционном цикле построения. При этом учитываются как среднестатистические, так и абонентские требования к качеству служб сети.
2)Понятия и утверждения формализующие область исследований, в частности: -метод мультиплексирования (ММ) и СМ, отличающиеся представлением в виде совокупности записей; -понятие информационной структуры мультиплексирования, обобщающее понятия ячеек, пакетов, кадров и сообщений. Утверждение, показывающее идентичность по качеству методов мультиплексирования в сетях с коммутацией каналов и пакетов в предельном случае, зависящем от величины кванта ИС. Задача построения архитектуры СМ и связанное с ней утверждение о превосходстве СМ использующих множество методов мультиплексирования.
3)Методы формализации постановки ряда оптимизационных задач: построение компонент, методов и СМ. Подход для определения логических характеристик информационных структур. Предлагаемые алгоритмы решения данных задач используют аппарат теории графов и математического программирования.
4)Континуум алгоритмов формирования информационных структур при мультиплексировании, отличающийся интеграцией процедур приоритезации и квантования требований, что позволяет получить необходимые характеристики.
5)Континуум алгоритмов обнаружения ИС, позволяющий получить требуемые характеристики для основных типов демультиплексоров на основе
общих показателей, ориентированный на систему мультиплексирования использующую множество методов мультиплексирования.
6)Алгоритмы мультиплексирования- демультиплексирования, которые отличает интеграция характеристик алгоритмов обнаружения и формирования ИС, с учетом среды передачи.
7)Патентованный способ интегрального мультиплексирования и две его реализации для PSTN, отличающиеся ориентацией на широкий круг сетей связи.
Апробация работы. Основные результаты докладывались и обсуждались на Всероссийской научно- технической конференции "Автоматизированные коммерческо-технологические системы безналичных расчетов (СБР-97)" (Томск, 8-11 сентября 1997), на Областной научно- практической конференции молодежи и студентов по техническим наукам и высоким технологиям (Томск, 1995). Внедрено три системы мультиплексирования: -на Томской ГТС для PSTN; -в ТУ СУР в качестве лабораторного макета; -в ООО "Аккорд" для местного интегрального подключения. Внедрен программный комплекс для прогнозирования эффективности и качества передачи информации в среде корпоративной сети ВНК, "ЮКОС" (г.Стрежевой). Получено два патента на изобретения: 1)«Система передачи речь/ данные». Заявка №95104546/09. Патент №2106751, с приоритетом 28.03.95. 2)«Модуль уплотнения речевых сообщений пакетами данных». Заявка №95107624/09. Патент №2103825, с приоритетом 12.05.95. Получено положительное решение на изобретение: «Способ выделения дополнительной цифровой информации в цифровом канале связи с ИКМ». Заявка №95103354/09 от 02.09.97 ВНИИГПЭ с приоритетом от 07.03.95.
Публикации. По результатам исследований опубликовано 8 работ, в том числе две депонированные статьи, два патеїгга и три заявки на изобретения с описаниями, тезисы доклада на конференции.
Личный вклад. Теоретическая проработка понятий характеризующих СМ, а так же задача построения исходного варианта архитектуры СМ принадлежит В.З.Ямпольскому, В.ПКомагорову и соискателю. Остальные результаты разработаны лично соискателем. Программно- аппаратный комплекс так же полностью разработан соискателем.
