Введение к работе
Актуальность 'проблемы. Процесс интенсивной нФорматиэации различных видоз деятельности человека является один из наиболее важных Феноменов в современном обшестве. Главным (риэнаком этого процесса сегодня является широкое применение сете-)ых технологий в общественном и дел_>вом секторах, сопровождаемое юявлением новых принципов и систем передачи и распределения инфо->мации, базирующихся на последних достижениях в трех ключевых об-іастях - микроэлектронике, волоконно-оптических системах и программой обеспечении.
Концепция широкого внедрения сетевых технологий получила наиболее полное выражение при создании цифровых сетей интегрального . эбслухивания, ЦСИО, обеспечивающих объединение большого числа речевых и неречевых служб в рамках единой сети. Разработка принципов построения и создание национальных ЦСИО являлись главными направлениями развития электросвязи а большинство стран мира в прошедшем десятилетии.
В середине 30-х гг. основное внимание специалистов уделялось выбору архитектуры сетей нового поколения, разработке методов передачи и коммутации информации., определению стратегии и тактїіки перехода от существующие отдельных сетей к ЦСИО, созданию соответствующих стандартов.
В 3984 г. на Пленарной Ассамблее МККТТ была принята первая группа Рекомендаций, определяющих концепции и принципы построения цифровых сетей, в которых базовая скорость 144 кбит/с в интерфейсе "пользователь-сеть" позволяет интегрировать только небольшую часть служб - передачу речи, ниэкоскоростную передачу данных и передачу черно-белых изображений. Эти сети получили впоследствии название узкополосных ЦСИО, УЦСИО.
По данной тематике было опубликовано большое число работ, среди которых отметим работы отечественных исследователей - А.В. Бутрименко, Л.Е. Варахина, Г.П.Захарова, Н.П. Крутяковой, А.П.Кулешова, В.Г.Лазарева, И.А.Миэина, СИ. Самой^г-нко, Б.Я.Советова, С.А.Яковлева, и зарубежных специалистов - П.Боккера, Дж.Вайнштена, Х.Иносе.Л.Клейнрока, А.Леон-Гарсия, М.Малпаса, М.Фишера, Д.Харриса, М.Шварца и др.
Сравнительно небольшие скорости базового интерфейса оказались сдерживающим фактором при попытке интеграции в ЦСИО таких слу»5, как передача Неподвижных и, особенно, подвижных изображений с ьы-
сокими показателем качества (например, цветной.,видеоФон, переда больших объемов данных с высокими скоростями, видеоконференции).
Новыми требованиями к интегральным сетям определился переход от УЦСИО к вирохополосиым ЦСИО, ШЦСИО. Широкополосная ЦСИО пре яставляет собой сеть, в хоторой применение волоконно-оптических систем передачи с высокой пропускной способностью и широкое внедрение сетевого оборудования на основе мощных вычислительных ере дств позволили создать техническую базу для поддержки болыцого числа нобых служб, таких, как высокоскоростной обмен данными меж ду удалзинкии локальными сетям;!, высококачественный видеотекст, Еидеофоп, видеоконференции и распределение программ кабельного Т
Необходимость поддераки большого числа служб, характеризуемы существенно различными статистическими характеристиками и требов пиями к показателям качества обслуживания (в терминах задержки с общении, поцгри информации, управления информационными потоками, управления сетевыми ресурсами) привели» к необходимости создания новой технологии передачи и коммутации, получившей название Асин хронного Режима Доставки, АРД.
В основе технологии АРД лежит пр»цщип статистического времен носа раз'долеіаія сслоііих ресурсен, Єлагздсря которому метод ЛРД позволяет получить существенный'выигркщ в использовании ресурсов, особенно, для источников сообщений с существенно пачечным трафиком.
В настоящее время международные организации, разрабатывающие стандарты в области систем распределенной обработки информации и сетей связи, Администрации связи всех ведущих индустриальных стран мира, научные коллективы, проводящие исследования и разработки в области электросвязи, крупневшие Фирмы - производители связного оборудования, рассматривает построение нациошільньл і-глоболи-і:.!* СЦСіЮ как сесі-у перлоочеро-дпух элдачу.
Исследование ряда аспектов ШЦСИО наило отражение в работах, принадлежащих к различным российским научным школам - Л.Е.Баранина, Г.П.Захарова, В.Г.Лазарева, С.И.Самойленко, и в работах зарубежных исследователей - Л.Клейнрока, Н.Максемчука, И.Рубина, Ф.Тг баги, Л.Фратта. М.Эль-Зарки и др.
Интерес к проблематике ШЦСИО определяется наличием важных Фа> торов, приводящих к принципиально новым задачам при проектировав ШЦСИО. Среди этих Факторов отметим, в первую очередь, широкое прі менение волоконно-оптических систем связи и преимущественное -испс льэсвание методов статистического разделения ресурсов в системах
передачи и коммутации.
Высокое качество волоконно-оптической средь* определяет необходимость существенного пересмотра классических протоколов всех уровней эталонной семиуровневой модели взаимосвязи открытых систем, отвечающих за доставку сообщений, с позиций повышения эффективности использования сетевых ресурсов.
Новая технология передачи и коммутации - метод АРД, стяьит перед исследователями ряд сложных задач, связанных с созданием алгоритмов динамического распределения ресурсов между различными службами, с разработкой аналитических и имитационных моделей для получения вероятностно-временных характеристик широкополосных сетей нового типа.
Таким образом, совокупность задач по созданию новых протоколов и алгоритмов управления сетевыми ресурсами, а также соответствующих моделей для оценки ВВХ сетей типа ШЦСИО представляет собой важную научную проблему, имеющую большое народно-хозяйственное значение.
Цель работы состоит в теоретическом обосновании, разработке и исследовании моделей, методов и протоколов управления, обеспечивающих эффективное использование ресурсов цифровых сетей интегрального обслуживания.
Методы исследования сформулирпвянной в диссертации научной проблемы базируются на теории вероятности, теории массового обслуживания, теории оптимальных решений, методах системотехники и информатики.
Научная новизна работы заключается в создании комплекса моделей, методов и алгоритмов управления сетевыми ресурсами для цифровых сетей интегрального обслуживания, базирующихся на ювых архитектурных концепциях, протоколах и технологиях доставки разнородной информации в цифровых сетях интегрального обслуживания как уэкополосных, так и широкополосных.
^ Исходя из поставленной цели, в диссертационной работе решаются іледующие задачи:
анализ задач управления сетевыми ресурсами в уэкополосных и мрохополосных ЦСИО;
разработка аналитических моделей систем интеграции речи и анных и методов оптимального распределения пропускных способнос-ей в системах интеграции речи и данных УЦСИО;
разработка аналитических моделей статистических АРД-мультип-
-4-лексоров (концентраторов) и методов оптимального распределения сетевых ресурсов мультиплексных структур ШЦСИО;
- разработка моделей и методов управления входящим потоком для
систем контроля потоков и борьбы с перегрузками s ШЦСИО.
Основные новые результаты, полученные в работе и выносимые на защиту, состоят в следующем:
разработана совокупность аналитических моделей систем распределения сетевых ресурсов по запросу пользователей; на основе моделей получены оценки ВВХ гибридных мультиплексоров УІІСИО и статистических АРД-мульт;тлексоров ШЦСИО при различных предположениях о законах распределения входящего потока и времени обслуживания;
разработаны алгоритмы оптимизации структуры гибридных мультиплексоров УИСИО и статистических АРД-мультиплексоров ШЦСИО, обеспечивающие оптимальное распределение пропускных способностей терминальных и базовых сетей по различным критериям;
развит новый класс алгоритмов контроля потоков и управления нагрузкой, основанных на концепции частичного ограничения входящих потоков;
разработаны модели систем массового обслуживания с управлением входящим потоком при различных механизмах ограничения очереди; эти модели используются как для расчета ВВХ изолироэанннх СМО, так и для оценки показателей качества обслуживания виртуальных соединений; на базе предложенных моделей развит метод расчета ВВХ виртуальных соединений, в которых реализован протокол Frame Belay.
Практическая ценность и внедрени< результатов диссертации в народное хозяйство. Основные результаты диссертации получены при ві полнении хоздоговорных НИР, проводимых на кафедре ПДС СПбГУТ им проф. М.А.Бонч-Бруевича для ЯНПО "Красная Заря", ЛОНИИС, "Дальняя связь" в рамках НИОКР построения информационных сетей страны, про водимых по постановлению правительства.
Разработанные в диссертации модели и методы управления сетевы ресурсами нашли практическое применение при разработке цифровых с тей интегрального обслуживания и сетей с коммутацией пакетов. fleF численный комплекс исследований и разработок выполнялся при непос редстяенном участии и под руководством автора в 1972-1993 гг.
Результаты диссертации также нашли отражение.
- научных публикациях, докладах на международных и всесоюзны?
конференциях,» восьми авторских свидетельствах на изобретения в ot
ласти повышения использования пропуфендй способности, помехоустоі
-b-
іивого кодирования, маршрутизации;
семи кандидатских диссертациях, подготовленных под научным руководством автора;
в учебном процессе кафедры ПДС Государственного университета телекоммуникаций им. проф. М.А.Конч-Бруевича при чтении лекций и шписании учебников и учебных пособий, а также в учебном процессе -институтов связи страны.
Апробация работы. Основные научные положения и \ полученные результаты ежегодно с 1979 rto 1992 гг. докладывались на Всесоюзных школах-семинарах по вычислительным сетям, проводимых 1СК АН СССР,Международном симпозиуме "Радиоэлектроника-74" (Варна, №Б, 1974), Международной конференции "Вычислительные сети-90" [Братислава, ЧССР, 1990), Международных конференциях по волоконной эптихе и электросвязи (С.Петребург, 1991, 1992, 1993), Всесоюзной научной сессии НТОРиЭС им. А.С. Попова (Москва, 1973), Всесоюзных симпозиумах по проблемам управления на сетях и узлах связи (Моск-за, 1974, Винница, 1985), 2-м Всесоюзном совещании по передаче данных в интегральных сетях (Киев, 1977), 4-м Всесоюзном совещании по информационным сетям (Таллин, 19В1), 4-й Всесоюзной конференции по надежности информационных сетей (Новосибирск,1981), 8-м, 9-к, 10-м Симпозиумах по проблеме информационной избыточности (Ленинград, 1983, 1986, 1989), Всесоюзных конференциях "Вычислительные сети с коммутацией пакетов" (Рига, 1983, 1985, 1987), 9-м, 10-м Всесоюзных совещаниях по проблемам управления (Москва, 1983, Алма-Ата,1986), 5-й Все-гоюзной школе-семинаре по проблемам управления на сетях и. узлах связи (Одесса, 19В7), 4-й, 5-й Всесоюзных школах-семинарах по распре-Пзлєіпїш! системам массового обслуживания (Кутаиси,1987, Рига,1983), Всесоюзной конференции "коделированне систем информатики" (Новосибирск, 1988), 1-й Есьсоїозной конференции по информаиионным системам множественного доступа (Минск, 1989), 2-й конференции "Информационные сети и системы" (КИСС-93, С.Петербург, 1993) и др.
Публикации. По теме диссертации опубликована 83 печа-
гных работы, в том числе, 2 общесоюзных учебника по сетям ПДС (Изд.
"Радио и связь", 1983. 1992), 1 монография (Изд. "Радио и связь",
1984), 4 учебных пособия, 8 авторских свидетельств). Основные резу
льтаты публиковалисо в изданиях по перечню ВАК, тезисах и докладах
международных конференций; часть результатов отражена в более,чемSJD
отчетах по НИР проводимых в ЛЭИС, начиная с 1972 г.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех разделов, включающих в себя 6 глав, заключения, списка литературы (всего 223 источника) и приложений, содержащих часть выкладок и Акты о внедрении результатов работы. Ди< сертация содержит 228 страниц текста, 44 рисунка и 4 таблицы.
