Модели и алгоритмы оценки пропускной способности линий концентрации мультисервисного трафика До Суан Тху

Введение к работе

Актуальность темы исследования. Повышение загрузки канального ресурса мультисервисной сети связи при сохранении заданных норм качества обслуживания сообщений является важной задачей, решение которой необходимо для организации эффективной работы сетевой инфраструктуры телекоммуникационного оператора. Планирование мультисервисной сети происходит дифференцированно в зависимости от сегмента сети. Опорная сеть состоит из сравнительно небольшого числа узлов и линий и используется большинством пользователей. Здесь целесообразно проводить планирование канального ресурса с избытком. Сеть доступа, состоящая из линий концентрации мультисервисного трафика, содержит существенно большее число элементов. Стоимость этой части сети может значительно превосходить стоимость опорной сети. При этом единица инфраструктурного оборудования используется значительно меньшим числом пользователей. В данном сегменте сети наличие избыточного ресурса экономически нецелесообразно.

Таким образом, исследование моделей и алгоритмов оценки характеристик пропускной способности линий концентрации мультисервисного трафика является актуальной задачей, имеющей большое значение для повышения эффективности использования инфраструктуры сетей доступа. Ее решение позволит администрации сети находить оптимальные соотношения между значениями входных параметров информационных потоков и характеристиками пропускной способности мультисервисных линий, обеспечивающих гарантированное качество обслуживания сообщений.

Степени разработанности темы. Поставленная задача решается на базе моделей и методов теории телетрафика, а также возможностей, заложенных в механизмы управления процессом обслуживания сообщений в пакетных сетях. Различным аспектам решения данной задачи посвящены работы российских и зарубежных авторов Башарина Г.П., Ершова В.А., Кучерявого А.Е., Пшеничникова А.П., Степанова С.Н., Самуйлова К.Е., Соколова Н.А., Харкевича А.Д., Клейнрока Л., Iversen V., Ross K., Virtamo J. и др.

Отдельные вопросы построения и исследования моделей линий концентрации мультисервисного трафика рассматривались в диссертационных исследованиях: Щека А.Ю., Аллаева А.Э. и др. авторов, в частности, в работе Щека А.Ю. исследовалось обслуживание трафика реального времени, образованного конечным числом пользователей. Анализ этих и других опубликованных результатов показывает актуальное с точки зрения практики направление исследований, которое еще не получило достаточного отражения в теоретических публикациях, посвященных данной теме. Речь идет о моделях линий концентрации мультисервисного абонентского трафика, учитывающих групповой характер поступления данных.

Цели и задачи исследования. Построение и исследование модели поступления и обслуживания заявок на линии концентрации мультисервисного трафика с учётом группового поступления заявок на передачу данных;

разработка алгоритмов оценки характеристик пропускной способности линий концентрации; разработка методики по оценке скорости линии, достаточной для обслуживания поступающих заявок с заданным качеством.

Научная новизна.

1. Исследована математическая модель процесса совместного обслуживания трафика сервисов реального времени и трафика передачи данных на линиях концентрации абонентской нагрузки. Полученная модель адекватно отражает условия совместного обслуживания этих видов трафика. Среди них: многопотоковый характер поступающих на обслуживание заявок сервисов реального времени и групповое поступление заявок на обслуживание трафика данных, наличие приоритета у трафика сервисов реального времени и возможность задержки в обслуживании трафика данных; зависимость используемого для обслуживания канального ресурса линии от типа потока; наличие буфера и ограничения на время пребывания сообщения в буфере. Общий характер предположений позволяет применять математическую модель и созданные на ее основе расчетные алгоритмы для большинства практически важных задач.

2. Приведены выражения для оценки основных показателей качества совместного обслуживания заявок трафика сервисов реального времени и трафика данных с возможностью задержки на линии концентрации трафика. Среди них для каждого из рассмотренных видов трафика: доля потерянных заявок, средний объём занятого канального ресурса и буфера, а также среднее время обслуживания. Величины характеристик качества обслуживания заявок выражены через значения стационарных вероятностей пребывания модели в состояниях с различным числом заявок каждого из рассмотренных видов, находящихся на обслуживании. Построена система уравнений статистического равновесия, которая использована для оценки значений стационарных вероятностей модели, а с ними и показателей качества совместного обслуживания трафика сервисов реального времени и трафика передачи данных.

3. Рассмотрены частные случаи исследуемой схемы совместного обслуживания трафика сервисов реального времени и данных, когда в модели анализируется только один поток заявок на обслуживание трафика сервисов реального времени или поток заявок на передачу данных. Предложены алгоритмы для вычисления показателей качества совместного обслуживания заявок. Показано, что построенные алгоритмы проще в реализации, чем аналогичные алгоритмы, полученные для основной модели и могут быть использованы практически для всех представляющих интерес значений входных параметров.

4. Предложено решение задачи планирования канального ресурса линий концентрации мультисервисного трафика, состоящее из двух этапов. На первом этапе решается задача определения объёма канального ресурса, необходимого для обслуживания с заданным качеством трафика реального времени. Сформулированную задачу предложено решать независимо от процесса поступления и обслуживания трафика данных, поскольку трафик реального времени имеет по отношению к ним абсолютный приоритет. На втором этапе оценивается величина канального ресурса линии концентрации мультисервисного трафика для обслуживания трафика сервисов передачи данных.

Теоретическая и практическая значимость работы. Теоретическая значимость работы состоит в построении и исследовании мультисервисной модели концентрации абонентского трафика с возможностью группового поступления трафика данных. На основании разработанных в диссертации моделей и процедур составлены и программно реализованы алгоритмы расчета характеристик пропускной способности линий концентрации мультисервисного трафика и оценки скорости передачи информации, обеспечивающей заданный уровень качества обслуживания. Разработанный инструментарий рекомендуется использовать при проектировании и эксплуатации мультисервисных сетей связи. Методы оценки пропускной способности линий концентрации мультисервисного трафика, разработанные соискателем, использованы при проектировании в ООО «Информационные Бизнес Системы», а также в учебном процессе на кафедре «Сети связи и системы коммутации» (ССиСК) Московского технического университета связи и информатики (МТУСИ). Реализация результатов работы подтверждена соответствующими актами.

Методология и методы исследования. Для решения поставленной задачи применяются методы теории телетрафика, теории вероятностей и вычислительной математики.

Основные положения, выносимые на защиту:

4. 1. Исследование опыта построения и эксплуатации линий концентрации мультисервисного трафика показало экономическую эффективность дифференциации процесса обслуживания заявок на предоставление канального ресурса в зависимости от типа заявок, условий обслуживания трафика сервисов реального времени и данных для улучшения качества работы и повышения коэффициента использования канального ресурса сети доступа.

   2. Построенная модель адекватно отражает условия совместного обслуживания трафика сервисов реального времени и данных. Среди них: многопотоковый характер поступающих заявок на передачу трафика сервисов реального времени и групповой характер поступления заявок на передачу данных; зависимость используемого для обслуживания объема канального ресурса линии от типа потока; разделение заявок по приоритету в занятии ресурса; наличие буфера и ограничения на время пребывания сообщения в буфере. Общий характер предположений позволяет применять математическую модель и созданные на ее основе расчетные алгоритмы для большинства практически важных задач.

   3. Алгоритмы решения систем уравнений равновесия итерационным методом позволяют точно рассчитать показатели качества совместного обслуживания потоков заявок, поступающих на линию концентрации мультисервисного трафика.

   4. Разработанные модели и алгоритмы рекомендуется использовать для решения задач оценки канального ресурса линий концентрации мультисервисного трафика, обеспечивающих заданный уровень качества обслуживания заявок на предоставление сервиса реального времени (доля потерянных заявок) и заявок на передачу данных (доля потерянных сообщений и средняя длительность доставки сообщений), а также исследования зависимости показателей качества обслуживания от группового характера поступления заявок на передачу данных.

   Степень достоверности и апробация результатов. Полученные теоретические результаты обоснованы применением математических методов теории телетрафика, подтверждены численными экспериментами. Достоверность положений и выводов диссертации подтверждается апробацией работы, основные результаты которой обсуждались и докладывались на научно-технической конференции профессорско-преподавательского, научного и инженерно-технического состава МТУСИ 2010г., на Международном форуме информатизации (МФИ-2010г.), на научной сессии Российского научно- технического общества радиотехники, электроники и связи им. А.С. Попова, посвященной дню радио 2011г., на кафедре Сетей связи и систем коммутации МТУСИ. По материалам диссертации опубликовано 12 печатных работ, в том числе 5 в рецензируемых периодических изданиях, входящих в перечень ВАК.

   Похожие диссертации на Модели и алгоритмы оценки пропускной способности линий концентрации мультисервисного трафика

   

   Исследование и разработка моделей трафика сети общеканальной сигнализации Криштофович Андрей Юрьевич

   

   Исследование и разработка методов анализа непуассоновских моделей трафика мультисервисных сетейКарташевский, Игорь Вячеславович

   

   Разработка и исследование комплекса моделей трафика для сетей связи общего пользованияПарамонов Александр Иванович

   

   Модели оперативного перехвата трафика в инфокоммуникационных сетяхЕлагин, Василий Сергеевич

   

   Модели и методы анализа вероятностно-временных характеристик сигнального трафика в интеллектуальных сетях связиБузюкова, Ирина Львовна

   

   Разработка моделей и алгоритмов синтеза и анализа проектных решений датчика давления летательного аппаратаНиконов Константин Петрович

   

   Математические модели и алгоритмы организации потоков данных для оптимизации поиска и хранения информации в системах резервного копированияМальцев Сергей Андреевич

   

   Модели и алгоритмы пространственной организации беспроводных широкополосных сетейКосилов, Никита Александрович

   Модели и алгоритмы расчета эксплуатационной надежности и отказоустойчивости телекоммуникационных системПерфильев, Артем Евгеньевич

   Модели и алгоритмы логического синтеза РЭСЛузин, Сергей Юрьевич