Введение к работе
Актуальность темы. Интенсивное развитие народного хозяйства, интеграция нашей страны в мировое сообщество обуславливают резкое увеличение спроса на услуги связи. Рост потребления услуг связи приводит к бурному развитию средств связи всех видов, в том числе и в области передачи данных. Поэтому усовершенствование построения сетей связи и повышение эффективности их использования является очень важным направлением исследований. Наряду с этим, огромное влияние на качество предоставляемых услуг оказывает использование эффективных методов передачи и распределения информации.
Одним из способов повышения качества обслуживания пользователей, эффективности использования каналов связи, а также надежности передачи информации может служить применение методов адаптивного управления. Полученные в последние годы результаты поставили вопрос о практическом использовании методов адаптивного управления в системах связи.
Вопросам использования методов и принципов адаптивного управления для построения различных устройств динамического управления посвящено достаточно большое число работ, в том числе и за рубежом. Однако, в этих работах исследования по эффективности адаптивного управления проводились лишь применительно к распределению информационных потоков в сети связи или применительно к алгоритмам функционирования отдельных компонентов оборудования. Вопросы применения алгоритмов адаптивного управления на уровне линии связи в этих работах не учитывались. Кроме того, как показывает практика, способом улучшения качества обслуживания пользователей при уже имеющейся и развивающейся сети связи является применение методов передачи информации, повышающих использование сетевых ресурсов. Это обусловлено гораздо более высокой стоимостью линейного оборудования, чем оборудования узлов коммутации. Поэтому представляется актуальной разработка методов, позволяющих адаптивно к поступающим нагрузкам распределять пропускную способность цифровых линий связи в сети пакетной коммутации.
Цель работы. Диссертация посвящена исследованию и разработке методов адаптивного управления ресурсами цифровой линии связи. Производится анализ разработанных методов и даются рекомендации по применению каждого предложенного метода.
Для выявления эффективности и целесообразности введения адаптивного управления ресурсами цифровой линии связи в сети пакетной коммутации необходимо решить ряд сложных теоретических и практических задач, из которых в первую очередь необходимо отметить следующие:
-
Разработка методов адаптивного управления ресурсом цифровой линии связи.
-
Анализ оптимальности функционирования разработанных методов адаптивного управления.
-
Разработка процедур расчета и оценки качества обслуживания потока вызовов, поступающего на цифровую линию связи.
-
Разработка алгоритмов расчета времени сходимости предложенных методов адаптивного управления.
-
Определение области эффективного использования адаптивного управления ресурсом цифровой линии связи.
Предмет исследования. Предметом исследования является комплексное рассмотрение вопросов, связанных с оценкой эффективности введения адаптивного управления на цифровой линии связи.
Методы исследования. Для проведения исследований в диссертации использовались теория массового обслуживания, теория принятия решений, теория автоматической коммутации, теория сетей электросвязи, а также использовалось статистическое моделирование.
Научная новизна в первую очередь определяется непосредственно предметом исследования - новым научно-техническим направлением по применению адаптивного управления пропускной способностью цифровой линии связи, имеющим важное значение для повышения эффективности использования ресурсов сетей передачи данных с коммутацией пакетов. При этом:
анализ оптимальности функционирования разработанных методов адаптивного управления ресурсами цифровой линии связи показал, что в условиях изменяющихся интенсивностей потоков нагрузок, поступающих на линию связи, данные методы распределяют время передачи информации узлами по линии связи оптимальным образом, т.е. в соответствии с интенсивностями поступающих потоков нагрузок;
разработаны процедуры оценки качества обслуживания поступающих вызовов на цифровой линии связи и алгоритмы расчета времени сходимости, отличающиеся от известных учетом особенностей использования методов адаптивного управления пропускной способностью линии связи;
показано, что применение методов адаптивного управления пропускной способностью цифровой линии связи по сравнению с известными методами с постоянным распределением пропускной способности по направлениям передачи информации при любых изменениях распределения по величине интенсивностей потоков нагрузки, поступающих на эту линию связи, не приводит к переполнению входных буферов узлов, если суммарная интенсивность поступающей на линию связи нагрузки не превышает максимальной, которую способна обслужить данная линия связи;
показано, что время сходимости метода адаптивного управления с предоставлением квантов времени для передачи информации узлами по линии связи зависит от величины предоставляемого кванта времени и не зависит от максимальной емкости входных буферов, а время сходимости циклического метода адаптивного управления с анализом состояния очередей увеличивается с увеличением емкостей входных буферов;
проведенная сравнительная оценка эффективности функционирования методов адаптивного управления с различными исходными параметрами в условиях изменяющихся интенсивностей потоков нагрузки, которые поступают на цифровую линию связи, показала, что по критерию времени задержки предпочтительнее использование метода адаптивного управления с предоставлением квантов времени для передачи информации узлами по линии связи при обшей поступающей нагрузке, ограниченной условием 0,5 < к< 0,95, и применение циклического метода адаптивного управления с анализом состояния очередей при возможных частых перегрузках на линии связи.
Практическая ценность и реализация результатов работы. Практическая ценность работы заключается в том, что для разработанных методов адаптивного управления получены математические выражения и построены графические зависимости, позволяющие оценить качество обслуживания вызовов при функционировании разработанных методов с различными параметрами.и при различных значениях интенсивностей поступающих нагрузок, разработаны алгоритмы и даны примеры расчета времени сходимости предложенных методов, построены графические зависимости, при помощи которых сделан сравнительный анализ методов по различным критериям.
Предложенные методы адаптивного управления пропускной способностью линии связи, а также процедуры расчета и оценки качества обслуживания поступающих вызовов на цифровую линию связи при адаптивном управлении использованы Генеральным проектировщиком объектов связи РАО «Газпром» ДАО «Гнпрогазцентр» при разработке проекта «Единая ведомственная сеть передачи данных верхнего уровня», а также технических требований на эту сеть. Полученные в диссертации результаты, а именно: методы адаптивного управления ресурсами цифровой линии связи и способы оценки эффективности функционирования и сходимости данных методов использованы в учебном процессе МТУСИ. Кроме того, они могут быть использованы для дальнейших теоретических разработок и для практического анализа эффективности введения адаптивного управления на сетях электросвязи. Реализация результатов работы подтверждена соответствующими актами.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Разработанные в диссертационной работе методы адаптивного управления, распределяющие пропускную способность цифровой линий связи в зависимости от интенсивности поступающей на нее нагрузки, повышают использование линейного оборудования сети передачи данных с коммутацией пакетов максимально до 40%, при изменяющемся характере распределения поступающей на линию связи нагрузки по направлениям передачи.
-
Предложенная процедура оценки качества обслуживания потока вызовов, поступающего на линию связи, позволяет рассчитать качественные характеристики обслуживания вызовов при заданном распределении нагрузок на цифровой линии связи и адаптивном управлении ее пропускной способно-
стыо и оценить эффективность применения разработанных методов при определенных значениях исходных данных.
-
При помощи предложенных в диссертационной работе алгоритмов расчета времени сходимости методов адаптивного управления определено, что время сходимости метода адаптивного управления с предоставлением квантов времени для передачи информации узлами по линии связи растет при увеличении длительности предоставляемого кванта времени, а время сходимости циклического метода адаптивного управления с анализом состояния очередей увеличивается при увеличением емкостей входных буферов.
-
Для проведения исследования методом статистического моделирования и определения областей эффективного использования предложенных методов адаптивного управления в качестве основных критериев выбраны: среднее число ожидающих в буферах узлов пакетов Nq, среднее время, которое пакет ожидает в очереди, W.
Апробация работы. Результаты исследований в рамках данной работы докладывались и обсуждались на следующих научно-технических конференциях и семинарах: International Informatization Forum III. International Conference on Informatizational Networks and Systems. Proceedings. ICINAS-94, LONIIS, SUT, St. Peterburg. Санкт-Петербург, 1994 г.; XI Белорусская зимняя школа-семинар "Исследование сетей связи и компьютерных сетей методами теории массового обслуживания". Минск, 1995 г.; Международная конференция "100-летие начала использования электромагнитных волн для передачи сообщений и зарождение радиотехники." 50-я научная сессия, посвященная дню радио. Москва, 1995 г.; Научно-технический семинар "Информационные сети и системы". Суздаль, 1995 г.; Международный форум информатизации - 95. "Телекоммуникационные и вычислительные системы". Москва, 1995 г.; Международный семинар «Информационные сети, системы и технологии». Ярославль, 1997 г.; а так же на ежегодных научно-технических конференциях МТУСИ.
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано самостоятельно и в соавторстве 9 работ.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и шести приложений. Работа содержит 148 страниц печатного текста, 36 рисунков, 1 таблицу. Список литературы включает 119 наименований.
