Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ факторов, влияющих на качество обслуживания абонентов системы спутниковой связи, функционирующей в режиме предоставления каналов по требованию 15
1.1 Анализ областей применения систем спутниковой связи и ее экономической эффективности 15
1.2 Анализ особенностей функционирования системы спутниковой связи в режиме с фиксированным распределением коммуникационного ресурса и в режиме предоставления каналов по требованию 29
1.3 Обоснование показателей качества системы спутниковой связи, функционирующей в режиме предоставления каналов по требованию. Постановка задачи исследования 40
Выводы по первому разделу 46
2 Математическое моделирование процесса обслуживания разнородных абонентов в системе спутниковой связи с предоставлением каналов по требованию в условиях предпочтений 47
2.1 Аналитическая модель обслуживания абонентов в системе спутниковой связи 47
2.2 Имитационная модель обслуживания абонентов в системе спутниковой связи 65
2.3 Разработка имитационной модели обслуживания неоднородных абонентов в системе спутниковой связи с предоставлением каналов1 по требованию 70
2.4 Оценка точности и достоверности результатов реализации имитационной модели 75
2.5 Планирование эксперимента и обработка его результатов 78
Выводы по второму разделу 86
3 Методика обоснования уровней доступности абонентов к коммуникационному ресурсу системы спутниковой связи с предоставлением каналов по требованию 87
3.1 Обоснование применения метода последовательных уступок для определения уровней доступности коммуникационного ресурса разнородным группам абонентов 87
3.2 Минимизация частного показателя качества с учетом назначенных уступок 95
3.3 Структура методики обоснования уровней доступности абонентов к коммуникационному ресурсу системы спутниковой связи с предоставлением каналов по требованию на стадии эксплуатации 103
Выводы по третьему разделу 109
Заключение 111
Список использованных источников
- Анализ особенностей функционирования системы спутниковой связи в режиме с фиксированным распределением коммуникационного ресурса и в режиме предоставления каналов по требованию
- Обоснование показателей качества системы спутниковой связи, функционирующей в режиме предоставления каналов по требованию. Постановка задачи исследования
- Имитационная модель обслуживания абонентов в системе спутниковой связи
- Минимизация частного показателя качества с учетом назначенных уступок
Введение к работе
Связь является одной из наиболее динамично развивающихся отраслей инфраструктуры современного общества с учетом его эволюции от индустриального к информационному. Такому положению дел способствует постоянный рост количества абонентов и спрос на ассортимент услуг связи.
В последние годы наиболее бурное развитие в РФ и в мире получили сети подвижной радиосвязи (СПР), поскольку они больше других сетей связи соответствуют принципам глобализации и персонализации связи и обеспечивают повышение оперативности обмена информацией между абонентами самых различных категорий на любых расстояниях. К ним относится и спутниковая связь.
Системы спутниковой связи (ССС) обеспечивают глобальное покрытие территории Земли, обладают естественными возможностями широковещания; предоставляют пользователям полосу пропускания спутникового ретранслятора по требованию и поддерживают их мобильность. Сочетание всех этих характеристик делает спутниковую связь перспективным кандидатом на роль транспорта, обеспечивающего информационный обмен.
Вопросы развития спутниковой связи гражданского назначения' решаются на правительственном, межведомственном (ГКРЧ) и ведомственном (Министерство связи и информатизации РФ, Росавиакосмос и др.) уровнях. Российские спутниковые системы связи находятся под юрисдикцией государства и эксплуатируются отечественными государственными (ГП КС) или частными коммерческими операторами.
В соответствии с принятой концепцией развития Единой сети электросвязи (ЕСЭ) в России перспективная ССС должна включать три подсистемы [5, 7, 12, 18, 21, 29, 36, 67, 90]:
фиксированной спутниковой связи для обслуживания Взаимоувязанной сети связи России, а также наложенных и корпоративных сетей;
спутникового теле- и радиовещания, в том числе непосредственного вещания, которое является новым этапом в развитии современных электронных средств массовой информации;
подвижной персональной спутниковой связи в интересах подвижных и удаленных абонентов на территории России и за ее пределами.
Фиксированная спутниковая служба представляет собой службу радиосвязи между земными станциями, имеющими заданное местоположение (фиксированный пункт, расположенный в определенных зонах).
Основные направления использования фиксированной связи [12, 19, 32,68,91]:
организация магистральных, внутризоновых и местных линий связи в составе ЕСЭ России;
предоставление ресурса для создания сетей передачи данных;
развитие корпоративных сетей связи и передачи данных с использованием современных VSAT-технологий, в том числе, доступа в Интернет;
развитие сети международной связи;
распределение по территории страны федеральных, региональных, местных и коммерческих теле- и радиопрограмм;
развитие сетей передачи полос центральных газет и журналов;
резервирование магистральной первичной сети ЕСЭ России.
Система фиксированной спутниковой связи в ближайшие годы будет
базироваться на действующих спутниках «Горизонт», новых спутниках «Экспресс-А», «Ямал-100» и спутнике LMI-1 международной организации "Интерспутник". Позднее вступят в строй новые спутники «Экспресс К», "Ямал 200/300". Спутниковые сети связи будут играть главную роль при модернизации систем связи в северо-восточных регионах России. "Генеральная схема спутниковой составляющей первичной сети ЕСЭ России", разработанная ОАО «Гипросвязь» по заказу ОАО «Ростелеком» и
7 ГП «Космическая связь», определяет порядок использования спутниковых
систем для ЕСЭ России.
Предусматривается, что развитие корпоративных сетей будет осуществляться преимущественно на базе российских спутников в соответствии с приоритетами, определенными Постановлением Правительства РФ № 1016 от 02.09.98 г.[90].
Вещательная служба строится на базе спутников непосредственного телевизионного вещания, таких как ИСС «Бонум-1», который выведен в точку 36 в.д. и обеспечивает в Европейской части России передачу более двух десятков телевизионных программ.
Российская система подвижной спутниковой связи развернута на базе спутников "Горизонт" и используется для организации правительственной связи и в интересах ГП «Морсвязь-спутник». Могут применяться также системы «Инмарсат» и«Евтелсат» (подсистемы «Евтелтракс»).
В соответствии с Постановлением Правительства РФ от 2 сентября 1998 г. № 1016 [90] в ходе осуществления проектов перспективных спутников.должны быть предусмотрены меры, направленные на сохранение сети подвижной спутниковой связи в объеме, необходимом для поддержания: системы правительственной и президентской связи.
В нашей стране разрабатываются несколько проектов подвижной персональной спутниковой связи («Ростелесат», «Сигнал», «Молния Зонд»).
Российские предприятия участвуют в нескольких международных проектах персональной спутниковой связи («Иридиум», «Глобалстар», ICO и др:). В настоящее время прорабатываются конкретные условия применения систем подвижной связи на территории Российской Федерации и их сопряжения с ВСС России. В разработке и создании комплексов ССС принимают участие: Государственный оператор ГП «Космическая связь», Красноярский НПО/ПМ им. Решетнева и компания Alcatel (создание трех спутников нового поколения «Экспресс А»), НИИР, ЦНИИС, ООО «Гипросвязь», ГСП РТВ, ОАО «Ростелеком», ЗАО «НИВЦ АС» и др.
Отличительными особенностями современных ССС являются [16, 17, 21,85, 92]: применение цифровых технологий для передачи речи и данных, повышения качества и надежности связи, расширения спектра услуг; интеграция с традиционными наземными системами подвижной связи (в первую очередь с цифровыми сотовыми); совместимость и взаимодействие сетей подвижной спутниковой радиосвязи с телефонной сетью общего пользования (ТфОП) на любом иерархическом уровне (местном, внутризоновом, междугороднем); многообразие типов абонентских терминалов различных категорий — стационарные, портативные, мобильные, необслуживаемые, приемные и т. д.
В зависимости от способа распределения пропускной способности
спутникового моноканала между терминалами, все системы спутниковой
связи можно разделить на три группы [18, 42, 48, 67, 117]: с фиксированным
, распределением, со случайным доступом и с распределением по требованию.
Случайный доступ* наиболее предпочтителен для сетей с большим числом- малогабаритных (VSAT, USAT) низкоскоростных терминалов, генерирующих пульсирующий трафик. Число терминалов в таких сетях может достигать сотен и тысяч единиц.
Однако, протоколы случайного доступа не гарантируют качество обслуживания (Quality of Service, QoS) [48]. Протоколы предоставления каналов по требованию (Demand Assignment Multiple Access, DAMA), пытаются разрешить это противоречие путем организации динамического распределения пропускной способности ретранслятора в зависимости от требований пользователей. Запросы последних на выделение части ресурса спутникового ретранслятора должны быть переданы до начала передачи пользовательских данных. Как правило, запросы передаются^ в режиме случайного доступа. После успешного резервирования запрошенного ресурса передача пользовательских данных происходит в бесконфликтном режиме — FDMA или TDMA.
В решение отдельных вопросов проблемы обеспечения связи с мобильными объектами внесли большой вклад отечественные и зарубежные ученые: Л.Е.Варакин, Г.И.Тузов, А.В.Кузичкин, Б.Г.Тележный и др. - в области анализа помехоустойчивости, борьбы с помехами различной природы в линиях радиосвязи и исследования алгоритмов доведения информации [9, 13, 82]; А.И.Щукин, Г.Б.Макаров, М.П.Долуханов, А.П.Наумов и др. - в области исследования процессов распространения радиоволн в естественной и возбужденной среде [24, 26, 80] ; З.А.Якубайтис, Б. Я. Советов, И.А Мизин, В.Г.Лазарев и др. - в области исследования характеристик функционирования сложных информационных сетей [93, 59, 60, 83]; Л.Клейнрок, С.Лэм, С.Г.Бунин, С.Н.Шаров, Б.С.Цыбаков и др [8, 44-46, 99]. - в области организации множественного доступа пользователей к каналам связи.
Анализ возможного применения ССС показывает, что в ней осуществляется обслуживание определенного числа групп однородных абонентов, в смысле принадлежности последних к одной из области применения.[12, 18, 19, 25, 90, 95]:'
связь между абонентами системы правительственной и президентской связи;
глобальная связь с абонентами, расположенными на территории со слаборазвитой инфраструктурой;
передача экстренных сообщений и координация работ в районах стихийных бедствий;
передача медицинской информации;
сбор информации от необслуживаемых датчиков;
обмен информацией между базами данных и связь типа «компьютер-компьютер»;
обмен научной и образовательной информацией;
обмен деловой информацией и др.
Низкий трафик абонентов указанных сетей, возможность осуществлять обмен информацией между абонентами только по мере ее возникновения
10 обусловил использование в ССС режима предоставления каналов по
требованию. Это, в свою очередь, дает возможность ССС обслуживать
большое количество разнородных абонентов.
Одной из важных задач построения системы связи с DAMA является задача обоснования требуемого коммуникационного ресурса (ТКР) системы, выражаемого общим числом рабочих каналов связи. Задачи нахождения ТКР любой системы связи рассматриваются в теории телетрафика, при этом ТКР рассматривается как полнодоступная коммутационная схема (ПКС) [52, 55, 64]. Задача нахождения вероятности отказа для ПКС в условиях неординарной пуассоновской нагрузки решена М.А.Шнепсом [107]. Решение прямой и обратной задачи теории телетрафика для ПКС от конечного числа абонентов в условиях неординарной нагрузки осуществил Е.С.Букейханов [11]. При этом каналы связи рассматривались как абсолютно надежные.
Однако, ССС должна обеспечивать информационный обмен абонентов нескольких групп. Спецификой обслуживания заявок в ССС является то, что все группы абонентов используют общий коммуникационный ресурс в неполнодоступном режиме, разных уровнях требований QoS (в частности, требуемой вероятности отказа) в условиях предпочтений в обслуживании различных групп абонентов со стороны оператора связи.
Анализ условий работы ССС показывает, что в зависимости от изменения обстановки, динамики внешних и внутренних условий функционирования меняются параметры ССС, определяющие показатель качества обслуживания ее абонентов.
В связи с изложенным, возникает противоречие между требуемым и реализованным качеством обслуживания абонентов ССС при ограничениях на коммуникационный ресурс системы, изменении условий ее функционирования и различного предпочтения в обслуживании абонентов со стороны оператора связи. Разрешение этого противоречия возможно на пути введения адаптивного управления уровнем доступности всех групп абонентов к общему коммуникационному ресурсу.
Поэтому актуальной является задача обоснования уровней доступности разнородных групп абонентов к коммуникационному ресурсу системы спутниковой связи с предоставлением каналов по требованию в условиях предпочтений оператора связи на основе разработки соответствующих аналитических зависимостей, правил, алгоритмов и моделей.
Объектом исследования диссертационной работы является система распределения коммуникационного ресурса ССС, функционирующей в режиме DAMA.
Предметом исследования является научно-методический аппарат обоснования уровней доступности разнородных групп абонентов к коммуникационному ресурсу ССС, функционирующей в режиме DAMA, базирующийся на теории телетрафика, теории принятия решений, моделировании систем.
Целью работы является обеспечение минимально допустимого уровня потерь вызовов от групп разнородных абонентов ССС, функционирующей в режиме DAMA .
Научной задачей разработка научно-методического аппарата обоснования уровней доступности разнородных групп абонентов к коммуникационному ресурсу ССС, функционирующей в режиме DAMA, условиях различного предпочтения в обслуживании абонентов со стороны оператора связи, изменения числа каналов и количества групп разнородных абонентов, позволяющего на стадии эксплуатации управлять качеством обслуживания.
Для достижения цели работы в ней ставятся и решаются следующие подзадачи:
Разработка математической модели процесса обслуживания групп разнородных абонентов в ССС, функционирующей в режиме DAMA.
Нахождение функций, аппроксимирующих вероятность отказа в обслуживании вызовов от параметров входных потоков заявок, длительностей информационного обмена по типам заявок, уровней
12 доступности коммуникационного ресурса группам абонентов в соответствии с их предпочтениями.
3. Выбор метода оптимизации уровней доступностей абонентов всех
групп к коммуникационному ресурсу с учетом степени их предпочтений и
решения задачи данной'оптимизации.
4. Разработка методики обоснования уровней доступности
разнородных групп абонентов к коммуникационному ресурсу ССС,
функционирующей в режиме DAMA, в условиях различного предпочтения в
обслуживании абонентов со стороны оператора связи, изменения числа
каналов и количества групп разнородных абонентов, позволяющего на.
стадии эксплуатации управлять качеством обслуживания.
В ходе решения указанных подзадач сформированы следующие результаты, представляемые к защите:
Математическая модель процесса обслуживания разнородных абонентов в системе спутниковой связи с предоставлением каналов по* требованию в условиях предпочтений.
Методика обоснования уровней доступности абонентов' к-" коммуникационному ресурсу ССС с предоставлением каналов по требованию на стадии эксплуатации в условиях различного предпочтения в обслуживании абонентов со стороны оператора связи, изменения числа каналов и количества групп разнородных абонентов.
Научная новизна полученных в диссертационной работе результатов заключается в том, что:
сформулирована и решена задача обоснования уровней доступности разнородных групп абонентов к общему коммуникационному ресурсу, обслуживаемых в неполнодоступном режиме для обеспечения требуемого качества обслуживания;
разработана математическая модель процесса обслуживания разнородных по трафику и по предпочтению абонентов неполнодоступной коммутационной схемой;
в отличие от известных, предложен критерий оптимизации уровней доступности групп абонентов к коммуникационному ресурсу, учитывающий как условия полного удовлетворения требований абонентов, так и условия максимально возможного их удовлетворения.
Достоверность результатов подтверждается корректностью и логической обоснованностью разработанных вопросов, принятых допущений и ограничений, использованием апробированного математического аппарата теории систем массового обслуживания, теории телетрафика, моделирования систем, высокой согласованностью полученных результатов с физикой исследуемого процесса.
Практическая значимость результатов - диссертационных исследований обусловлена тем, что они доведены до уровня- методики, алгоритмов и машинных продуктов и позволяют персоналу действующей ССС оперативно с АРМ научно обоснованно управлять доступностью групп абонентов к коммуникационному ресурсу для конкретных условий функционирования.
Кроме того, результаты работы могут быть использованы в ВУЗах при изучении соответствующих учебных дисциплин.
Результаты работы реализованы:
В закрытом акционерном обществе «Научно-исследовательский внедренческий центр автоматизированных систем» при разработке системотехнических решений аппаратуры контроля и управления «Кедр - УМ» в части управления канальным ресурсом ССС специального назначения при реализации функции предоставления каналов по требованию (акт о реализации ЗАО «НИВЦ' АС» от 11.10.2007 г.).
Межрегионального общественного учреждения (МОУ) «Институт инженерной физики»(ИИФ) при разработке специального программно-аппаратного комплекса в рамках ОКР «Агент-ИИФ» (акт о реализации МОУ «ИИФ» от 25.10.2007 г.).
14 3. В учебном процессе СВИ РВ при изучении дисциплин "Теория информации", "Передача данных в информационно — управляющих системах", "Моделирование систем" (акт о реализации СВИ РВ от 20.12.2007 г.).
Диссертация состоит из введения, трех разделов, заключения, списка использованных источников и двух приложений.
Основные результаты работы докладывались, обсуждались и были одобрены на:
6 НТК различного уровня, в том числе 5 Всероссийского уровня;
5 НТС МОУ ИИФ;
опубликованы в 17 работах, из них:
10 статей в научно-технических сборниках и журналах(одна - в журнале из перечня ВАК);
5 отчетов о НИР;
2 патента на полезную модель.
Анализ особенностей функционирования системы спутниковой связи в режиме с фиксированным распределением коммуникационного ресурса и в режиме предоставления каналов по требованию
Следует отметить, что по сей день сохраняется деление на службы спутниковой связи, введенное Регламентом Радиосвязи, однако, в силу ряда причин (как технических, так и исторических), оно уже не соответствует реальной структуре современных ССС. Процесс персонализации (т. е. максимального приближения средств связи к конечному пользователю) привел к тому, что границы между традиционными службами ФСС и ПСС или ФСС и РСС постепенно начали стираться. Например, персональные наземные станции удаленных пользователей, работающие в Ки- ИЛИ Ка-диапазонах, формально относятся к классу ФСС (работа в полосах частот, выделенных для ФСС), но по своему назначению и выполняемым функциям они ближе всего к ПСС.
Рассмотрим особенности функционирования системы спутниковой в режиме РАМА и DAMA на примере системы, использующей спутниковую технологию DAMA SCPC - NEXTAR-BOD [12, 29, 18-19, 36, 38, 48, 85, 92, 95,].
Примером реализации спутниковой технологии DAMA SCPC NEXTAR BOD является ведомственная спутниковая сеть телефонной связи и объединенная сеть ЛВС различных подразделений АК «АЛРОСА», расположенных в городах Мирный, Айхал, Удачный, Анабар. Ленек, Нюрба, Якутск, Иркутск, Бодайбо, Саскылах, Юрюнг-Хая.
Все установленные спутниковые терминалы NEXTAR (VSAT) соединяются через спутник-ретранслятор «ЭКСПРЕСС-А» с управляющей спутниковой станцией (HUB) с диаметром антенны 12м Государственного Предприятия «Космическая Связь» в городе Дубна (Московской обл.), которая подключена к высокопроизводительному серверу ИНТЕРНЕТ компании «ДЕЙМОС-ИНТЕРНЕТ» и к телефонной сети компании «Глобал Один».
NEXTAR VSAT (BOD)- это полностью интегрированная Система спутниковой связи производства фирмы NEC (Япония). Система NEXTAR BOD (Bandwidth On Demand - диапазон по требованию) является передовой зо спутниковой сетью SCPC (Single Carrier Per Channel - одна несущая на канал) DAMA VSAT, которая обеспечивает связь по типу "каждый с каждым", полностью двухстороннюю передачу голосовых и факсовых сообщений с качеством, соответствующим стандарту дальней связи, передачу данных голосового диапазона и передачу высокоскоростных данных по спутниковому каналу.
NEXTAR BOD поддерживает режимы передачи данных и голосовых сообщений РАМА (многостанционный доступ с постоянным предоставлением канала) и DAMA (многостанционный доступ с предоставлением канала по требованию). Система NEXTAR BOD может быть использована как для передачи голосовых сообщений, так и для передачи данных в режиме pipeline.
NEXTAR BOD предоставляет спутниковые каналы в режиме DAMA с различными скоростями передачи данных в зависимости от требования пользователя.
Соединение в режиме DAMA
Динамичный процесс DAMA. инициируется запросом на установление связи, будь то голос, факсимильное сообщение или данные, поступившие из порта пользователя. Первичный DAMA-контроллерами (ПДК) принимает или отклоняет запросы в зависимости от наличия требуемой полосы частот (коммуникационного ресурса) на спутнике.
Процессор DAMA по запросу назначает частоты, а также регулирует эквивалентную изотропно-излучаемую мощность (ЭИИМ) несущей в зависимости от параметров запрашиваемого соединения.
DAMA по расписанию назначается один раз в указанное в таблице расписания автоматизированной системы управления сетью (АСУС) время определенного дня, либо каждый день в одно и то же время и может быть использована для соединения «Точка - Многоточие» или «Точка - Точка».
Соединение в режиме РАМА
Помимо режима DAMA, NEXTAR BOD может быть сконфигурирован для предоставления закрепленных каналов (соединение РАМА). Соединение РАМА может быть установлено как с места размещения оборудования VSAT, так и из АСУС. Интерфейс для подключения может обеспечиваться либо голосовой канальной платой, либо канальной платой высокоскоростных данных в зависимости от требований пользователя. Канальные платы размещаются в одном блоке внутренней установки (БВУ).
Интеграция: голоса и данных достигается применением системы канальных плат, где выбор услуг осуществляется простой установкой платьг с желаемым интерфейсом. . NEXTAR-BOD имеет следующие канальные платы: — канальная плата голосового интерфейса; - плата интерфейса синхронных данных прозрачного канала. В БВУ VSAT и модемах станции центра, управления сетью (центральной узловой станции (ЦУС)) имеются пазы, куда вставляются вышеперечисленные канальные платы. Эти пазы универсальны, и поэтому любая плата может быть, установлена в каждый из них.
Каждая голосовая канальнаяшлата одновременно обеспечивает один из возможных аналоговых телефонных.интерфейсов 2W FXS 2W- FXO или 4W-E&Mi для прямого соединения; с: учрежденческой! АТС (УАТС) или; телефонными аппаратами клиентов; Применяемый, алгоритм кодирования; соответствует международному стандарту МСЭ-Т G.721 32 Кбит/с АБРЄМІ Этот же телефонный интерфейс может использоваться для передачи и. приема факсимильных сообщений группы ІЩ предлагая высокоскоростное соединение в обход кодера голоса. Голосовая канальная плата также имеет асинхронный интерфейс RS -232G для? прямого соединения с портами персональных компьютеров и поддерживает набор AT команд.
Обоснование показателей качества системы спутниковой связи, функционирующей в режиме предоставления каналов по требованию. Постановка задачи исследования
Анализ возможного применения и условий функционирования ССС с незакрепленными каналами (функционирующих в режиме DAMA) показывает, что в ней осуществляется обслуживание определенного числа групп однородных абонентов . Поскольку принципы функционирования ССС с незакрепленными каналами не предусматривают формирования в ее АСУ очередей запросов абонентов, то в ней возможна организация или бесприоритетного, или приоритетного с абсолютным приоритетом обслуживания абонентов [12; 16, 37, 38, 53, 62, 67, 70, 73, 74, 103, 116].
Организация приоритетного обслуживания требует строгого распределения абонентов по уровню их приоритета. Однако если такое распределение возможно в.рамках отдельно взятой группы абонентов и оно определяется приоритетами, обусловленными принципами функционирования соответствующей группы абонентов, то установление четких приоритетов между отдельными группами абонентов весьма затруднительно, ввиду разноплановости решаемых ими задач.
Факт разноплановости задач, решаемых разными абонентскими группами в конкретный определенный момент времени, определяет возможность высказывания со стороны оператора связи, предоставляющего услуги, предпочтения в обслуживании.той или иной группы.
Определение!. Под предпочтением обслуживания одной группы абонентов по отношению к другой в рамках АСУ ССС понимается требование обеспечения качества обслуживания абонентов- этой группы не хуже качества-обслуживания абонентов другой группы [43, 86-88].
Реализация данных предпочтений в АСУ ССС с незакрепленными каналами обеспечивается различным уровнем доступности коммуникационного ресурса ССС соответствующим группам абонентов.
Определение2. Под уровнем доступности понимается максимально возможная часть коммуникационного ресурса ССС, предоставленная абонентам данной группы совместно с абонентами групп предпочтения.
Тогда доступность коммуникационного ресурса ССС, абонентам всех групп может быть выражена вектором V P = V,, V2, ..., Vb ..., Vp , (1.1) где p - число групп абонентов; Vt - уровень доступности коммуникационного ресурса г-й группе, причем Vp cVp_1c:...cVi =...c:V2c:V1 = V; V - общий коммуникационный ресурс системы. Известно, что качество любой системы есть совокупность ее атрибутивных свойств [2, 6, 10, 23, 30, 33, 35, 40, 57, 78, 104].
Основным (атрибутивным) свойством, характеризующим качество выполнения рассматриваемой АСУ задачи обслуживания абонентов ССС с незакрепленными каналами, является относительная пропускная способность ССС как коммуникационной- системы. Мерой интенсивности - показателем проявления данного свойства — может служить вероятность предоставления требуемого коммуникационного ресурса по требованию абонента, выражаемая через обратную вероятность (вероятность отказа) как функцию заданного уровня доступности
Исследование качества системы связи с незакрепленными каналами есть одна из классических задач теории телетрафика. Базовыми понятиями при этом являются следующие [1, 15, 45, 55, 57, 63, 64, 93, 97, 112]: - доступный коммуникационный ресурс системы связи (ДКР); - полнодоступная коммутационная схема (ПКС) и ее емкость; - входной поток заявок; - запрашиваемый заявкой вид связи (вид информационной ситуации); - интенсивность общего входного потока заявок при бесконечном числе абонентов; - парциальная интенсивность входного потока заявок от одного абонента при конечном их числе; - законы распределения входных потоков заявок; - количество абонентов, формирующих те или иные виды заявок (информационные ситуации); - законы распределения длительностей обслуживания заявок.
В теории телетрафика чаще всего рассматриваются простейшие входные потоки заявок при экспоненциальном законе их обслуживания. При этом найдены аналитические выражения, позволяющие рассчитывать вероятность отказа в обслуживании заявок от емкости ПКС, характера входных потоков и других условий. К таким зависимостям относятся [11, 55, 64,97,107]: - первая и вторая формулы Эрланга (случай бесконечного числа абонентов); - формула Энгсета (случай конечного числа абонентов); - обобщение формул Эрланга, осуществленное Шнепсом для неординарных потоков; - обобщение Букейхановым формул Энгсета для неординарных потоков.
Однако, практика использования обобщений формул Эрланга и-Энгсета на случай неординарной нагрузки показывает, что их применение в инженерных расчетах крайне сложно, причем с увеличением емкости ПКС степень сложности применения возрастает. Следует отметить также, что все-аналитические результаты были получены в предположении об абсолютно, надежных и непоражаемых помехами различной природы каналах ПКС.
Прямую и обратную задачи теории телетрафика для ПКС с неординарной нагрузкой в условиях поражения и восстановления каналов решила Косарева Л.Н., используя численные методы [52].
Спецификой обслуживания заявок в АСУ ССС является то, что, все группы, абонентов используют общий коммуникационный ресурс в-неполнодоступном режиме при конечном числе абонентов, неординарной нагрузке и разных уровнях вероятности отказа [50, 72-74].
Исходя из изложенного, показатель качества обслуживания заданного числа групп абонентов ССС в формальном виде может быть представлен как векторная функция Р отк Р (V P ) = F(N p ; f SJt; aJt; т]г }} j = Щ"; і =1 ; V p ) (1.3) где N p - вектор числа абонентов каждой группы; Sji -j-и вид запрашиваемой связи абонентами г -й группы; М, - число видов запрашиваемой связи, абонентами /-й группы; (Xji - парциальная интенсивность запроса j-ro вида связи абонентом /-й группы; Tji - среднее время использованияу-го вида связи абонентами і-й группы; р - число групп абонентов.
Имитационная модель обслуживания абонентов в системе спутниковой связи
Приведенный в первом разделе содержательный анализ процесса организации информационного обмена через каналы ССС показывает, что в рамках поставленной задачи исследования АСУ ССС выступает как т-канальная система массового обслуживания (СМО) с отказами. При этом, в качестве источника заявок (заданий) выступают ЗС (а точнее их абоненты), а в качестве приборов обслуживания каналы ССС. В этом случае на АСУ ССС возлагаются функции диспетчера системы, осуществляющего анализ поступающих от источника заявок на установление соединений и организующего их обслуживание.
Особенностями рассматриваемой СМО являются [12, 67, 71, 72, 86, 92, 98]:
1. Источник заявок формирует множество потоков (по числу абонентов сети) неоднородных (по числу типов абонентов, подключенных к ЗС) заданий с различными приоритетами (по числу рангов абонентов в каждой отдельной группе абонентов).
2. Сами по себе заявки являются неординарными, то есть могут содержать требования на одновременное предоставление сразу нескольких каналов (в зависимости от типа требуемого соединения (формируемой сети) - информационной ситуации).
3. Кроме-неординарности поток заявок может не обладать также и свойством беспоследействия (марковости), то есть время между заявками может иметь произвольный (отличный от показательного) закон распределения. Кроме того потоки требований от абонентов могут быть нестационарными, (интенсивность требований может меняться во времени).
4. Адресация связей абонентов не является равновероятной.
5: Число каналов связи, обеспечивающих обслуживание потоков требований от ЗС, может меняться в зависимости от текущего числа каналов, выделенных по особому распоряжению (в режиме РАМА).
6. Каналы связи неполнодоступны различным типам (группам) абонентов системы.
7. Закон распределения времени обслуживания (времени занятия канала связи или группы каналов) не обязательно является показательным. То есть поток обслуживания не обязательно марковский.
8. Поскольку, одновременно возможно высвобождение целой группы каналов, то поток обслуживания также неординарный.
Таким образом, подтверждается сделанное предположение о невозможности построения аналитической модели информационного обмена АСУ ССС с учетом всех вышеперечисленных особенностей функционирования системы и о необходимости имитационного моделирования.
Очевидно, что ИМ в рассматриваемом содержательном варианте должна обеспечивать реализацию следующих функций (рис. 2.2) [73, 74]: 1. Имитацию входного потока заявок от абонентов по ОКС: - генерацию входных потоков запросов на каналы сети от различных типов и рангов абонентов с учетом вероятностей различных информационных ситуаций; - генерацию времени занятия каналов, организованных соединений; - генерацию отбоев по истечению времени занятия соответствующего соединения; - формирование признака состояния абонента (занят/свободен) по запросу АСУ ССС; - генерацию запросов на подключение к сети.
2. Обработку входного потока в АСУ ССС: - регистрация всех, установленных по заявкам абонентов соединений (в том числе сетей); - регистрацию всех неустановленных соединений (сетей) с причиной отказа в обслуживании заявок ЗС; - формирование статистических данных функционирования АСУ ССС; - регистрация состояния всех каналов ССС (по аналогии с таблицей состояния каналов в АСУ); - регистрация разрушения соединений по окончании функционирования соединения (сети).
3. Отображение состояния элементов АСУ ССС (ЗС, абонентов ЗС, АСУ ССС, организованных соединений и сетей).
Минимизация частного показателя качества с учетом назначенных уступок
Приведенный в п.Г.З критерий оптимального выбора уровней доступности коммуникационного ресурса;, различным группам абонентов является не тривиальным,., относится к классу так называемых многокритериальных задач? и не имеет прямого решения методами теории исследования операций; это обусловлено тем, что в его основе лежит векторный? показатель качества (1.3), являющийся векторной функцией от возможных стратегийуправления (векторауровней доступности V p ). Причем;. В; соответствии с результатами, полученными; в ходе имитационного эксперимента; каждая частнаяс компонента векторного показателя качества-процесса предоставления каналов7 по требованию абонентов каждой группы является экспоненциальной; функцией от устанавливаемых уровней доступности для;всех/? групп абонентов.
В? действительности постановка задачи многокритериальной оптимизации является, как правило, более корректной, чем постановка задачи математического программирования. Это связано с тем, что процесс функционирования любой сложной системы; представляет собой совокупность целенаправленных действий и предполагает достижение не одной, а нескольких.
Однако;. задание одного векторного критерия! не позволяет произвести-. обоснованный выбор оптимальной стратегии - для этого необходимо привлечь дополнительную информацию, которая должна быть получена у вышестоящего органа управления; Информация о предпочтениях в общем случае может быть представлена, в самых различных формах. При этом, естественно, проще является та форма информации, которая лучше соответствует привычным представлениям человека (оператора АРМ), оказывается для него более понятной.
Наиболее простой является информация качественного характера, касающаяся сравнения по предпочтительности векторных оценок. При этом, чем меньшим числом компонент различаются сравниваемые векторные оценки, тем проще информация. Самой простой качественной информацией о предпочтениях являются сведения о предпочтительности изменений значений одного частного показателя.
Более сложной является информация о предпочтительности изменений одного частного показателя по отношению к другому (см. определение предпочтения в 1.3).
Необходимо подчеркнуть, что сложность информации обычно очень резко возрастает с увеличением числа различающихся «в разные стороны» компонент в сравниваемых векторных оценках. Это объясняется тем, что человеку трудно1 одновременно «держать в уме» и сопоставлять, одновременно все аспекты рассматриваемых альтернатив [43]. Понятно, что чем проще-информация о предпочтениях, тем она доступнее и достовернее (надежнее), то есть тем легче ее получить и тем меньше возможностей ее искажения за счет различного рода ошибок. Однако, с другой стороны, более сложная информация, как правило, позволяет установить более широкое отношение предпочтения во множестве векторных оценок и, тем самым, уменьшить неопределенность выбора. Так в рассматриваемой задаче кроме прямого предпочтения отдельных групп пользователей, что приводит к соответствующему ранжированию по значимости частных показателей качества (1.3), высказывается дополнительная информация, определяющая в определенном смысле дополняющие друг друга требования к ним: 1) значения частных, показателей качества должны быть по возможности не выше предельно допустимых Ратк ,(У р ) Ротк Ґ, І=1& (3.1) 2) в случае не выполнения критерия (3.1) необходимо минимизировать (на сколько это возможно) значения частных показателей Роткі(У р )- тіп, і=1,р. (3.2) {V P } Таким образом, оптимальный выбор уровней доступности - V р , является не однозначным в смысле достигаемого результата в каждой конкретной ситуации функционирования ССС.
Разнообразие возможных видов формализации информации о предпочтениях предопределило появление большого количества весьма различных методов решения многокритериальных задач [4, 6, 40, 43, 79, 108]. В частности, по порядку получения информации о предпочтениях и введении дополнительных допущений методы можно разделить на одношаговые и многошаговые (итеративные).
