Введение к работе
Актуальность темы. Развитие информационных и телекоммуникационных технологий к началу нового тысячелетия достигло такого уровня, при котором решение проблемы согласованного ускорения всех форм движения информации в обществе перешло в фазу практической реализации. Это нашло свое отражение в концепции сетей нового поколения (NGN - Next Generation Networks), телекоммуникационной составляющей которых являются мультисервисные сети связи. К отдельному классу таких сетей относятся корпоративные мультисервисные сети. В состав корпоративной сети входят, как правило, сети абонентского доступа и транспортная сеть. При этом как по объему оборудования, так и по затратам сети доступа занимают значительное место.
Различным аспектам оценки пропускной способности мультисервисных сетей связи посвящено значительное число работ. При этом, как правило, решается прямая задача - разработка методов расчета качества обслуживания сообщений при заданных интенсивностях потоков сообщений, объеме оборудования и канальном ресурсе.
Существенный вклад в решение задач этого класса внесли ученые нашей страны Башарин Г.П., Вишневский В.М., Ершов В.А., Назаров А.Н., Нейман В.И., Самуилов К.Е., Степанов С.Н., Шелухин О.И., Яновский Г.Г. и др., а также зарубежные ученые - В.Иверсен, Д.Кауфман, Ф.Келли, Л.Клейнрок, П.Кюн, Д.Робертс, К.Росс и др. В диссертационном совете при МТУСИ по исследованию этих задач за последние 5 лет защитили кандидатские диссертации Алленов О.М., Вильк Х-В., Костров В.О., Назаров СВ., Цыбаков В.И., Шукри Ш.С., Щека А.Ю. и др.
При проектировании сетей приходится решать обратную задачу -оценивать потребность в объеме оборудования и канальном ресурсе по прогнозируемым интенсивностям потоков сообщений при нормируемом качестве обслуживания. В случае мультисервисной сети для решения обратной задачи требуется разрабатывать специальные процедуры и алгоритмы. Сложность решения обратной задачи для корпоративной мультисервисной сети связи заключается еще и в том, что на сети абонентского доступа потоки сообщений поступают от конечного числа источников.
В условиях перехода к сетям нового поколения решение задачи оценки потребности в канальном ресурсе корпоративной мультисервисной сети связи является весьма актуальным.
Цель работы и задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка алгоритмов оценки потребности в канальном ресурсе корпоративной мультисервисной сети связи.
Для достижения этой цели в диссертации решены следующие задачи:
- разработаны на уровне абонентского доступа мультисервисной сети связи функциональная и математическая модели оценки качества обслуживания сообщений в виде многомерного марковского процесса;
- разработаны алгоритмы оценки показателей качества обслуживания сообщений в реальном масштабе времени на уровне доступа мультисервисной сети связи;
- разработаны и реализованы алгоритмы оценки потребности в канальном ресурсе корпоративной мультисервисной сети связи при обслуживании сообщений в реальном масштабе времени.
Методы исследования. При решении поставленных задач в работе использовались методы теории вероятностей, теории марковских случайных процессов, теории телетрафика, теории сетей связи.
Научная новизна результатов диссертационной работы заключается в следующем.
1. Для решения задачи оценки необходимой величины канального ресурса на уровне доступа корпоративной мультисервисной сети связи процесс обслуживания потоков сообщений представлен математической моделью в виде многомерного марковского процесса. Введение единиц канального ресурса для оценки потребности в канальной емкости потоков сообщений и канальной емкости цифровых линий связи позволило из множества всевозможных состояний системы обслуживания вычленить подмножество макросостояний, на котором определены характеристики качества совместного обслуживания потоков сообщений от конечного числа источников.
2. Предложены приближенные итерационные процедуры оценки потребности в канальном ресурсе при обслуживании пучком каналов простейшего потока вызовов или потока от ограниченного числа источников. Задание начальных условий позволяет примерно в два раза сократить число итераций при отклонении величины потерь от нормируемых значений не более чем на 1%. Даны рекомендации по выбору начальных условий приближенных итерационных процедур для однопотоковых моделей.
3. С использованием свойства мультипликативности стационарных вероятностей состояний цифровой линии абонентского доступа, обслуживающей в реальном масштабе времени разноскоростные потоки сообщений без ограничений и с ограничениями по доступу, разработаны точные (в рамках поставленной задачи) и приближенные алгоритмы оценки показателей качества обслуживания. Получены оценки вычислительной сложности этих алгоритмов. Численные исследования точности приближенных алгоритмов показали их пригодность для практического использования.
4. Разработаны алгоритмы оценки потребности в канальном ресурсе на уровне доступа мультисервисной сети связи без ограничений и с ограничениями по доступу. При отсутствии индивидуальных ограничений по доступу реализован рекуррентный алгоритм. При наличии ограничений по доступу реализован алгоритм, основанный на свертке векторов. Достаточность канального ресурса определяется сравнением максимального по всем потокам значения вероятности потерь по вызовам с нормируемым значением. Основные положения работы, выносимые на защиту.
1. Для расчета потребности в канальном ресурсе корпоративной мультисервиснои сети связи предложено использовать многопотоковые модели теории телетрафика. При этом допустимо принять:
- на транспортном ядре сети - пуассоновский характер поступающих потоков сообщений;
- на сети доступа - потоки от ограниченного числа источников сообщений.
2. Начальные условия приближенной итерационной процедуры оценки канального ресурса по рекуррентным формулам Эрланга и Энгсета в малой степени зависят от нормируемой величины потерь и в значительной степени:
- при пуассоновском характере потока сообщений - от интенсивности поступающей нагрузки;
- при энгсетовском характере потока сообщений - от числа источников и удельного параметра потока.
3. При оценке качества обслуживания разноскоростных потоков сообщений в реальном масштабе времени от конечного числа источников предложено из множества всевозможных состояний системы обслуживания вычленить подмножество макросостояний. Это позволило разработать алгоритм оценки показателей качества обслуживания, вычислительная сложность которого пропорциональна произведению числа единиц канального ресурса цифровой линии на число обслуживаемых потоков сообщений.
4. При оценке потребности в канальном ресурсе цифровой линии, обслуживающей разноскоростные потоки сообщений, для сокращения числа итерации в качестве начального значения канальной емкости рекомендовано принимать целую часть от половины суммарной интенсивности нагрузки, поступающей на эту линию.
5. Сравнение результатов расчета качества совместного обслуживания разноскоростных потоков сообщений от ограниченного числа источников с результатами имитационного моделирования процессов обслуживания самоподобных потоков показало, что потери по времени являются верхней оценкой нормируемых значений доли потерянных ячеек.
Личный вклад. Результаты диссертационной работы получены автором самостоятельно, программные средства и расчеты выполнены под его научным руководством.
Практическая ценность и реализация результатов работы.
Разработанные в диссертации алгоритмы оценки потребности в канальном ресурсе корпоративной мультисервиснои сети связи реализованы в виде программ для ПЭВМ и пригодны для проведения инженерных расчетов. Комплекс разработанных программ использован при оценке потребности в канальном ресурсе при проектировании мультисервисных сетей связи в ОАО «Телекомнефтепродукт» и ЗАО «Газтелеком». Отдельные результаты диссертации использованы в учебном процессе кафедры автоматической электросвязи МТУСИ. Реализация результатов работы подтверждена соответствующими актами. Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского, научного и инженерно-технического состава МТУСИ (2004-2006 годы); на конференциях «Телекоммуникационные и вычислительные системы» в рамках Международного форума информатизации (2003-2005 годы); на международных конгрессах «Новые высокие технологии газовой, нефтяной промышленности, энегетики и связи» (2003,2004 годы); на кафедре Автоматической электросвязи МТУСИ.
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 9 печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, шести приложений. Работа изложена на 111 страницах машинописного текста, содержит 34 рисунка и 2 таблицы, список литературы состоит из 114 наименований.
