Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ погрешности телеизмерений 12
1.1. Структуры телеметрических каналов 12
1.2. Анализ погрешности телеизмерений с время-импульсной модуляцией... 18
1.3. Анализ погрешностей при цифровой передаче числовых данных 23
1.4. Ложная тревога и пропуск сигнала тревоги в цифровом канале телеконтроля 41
1.5. Выводы 46
2. Перераспределение информационной избыточности при передаче числовых данных 47
2.1. Избыточность сигнала и ее формы 47
2.2. Возможность технической реализации битового кодирования 51
2.3. Выбор структуры сигналов 6?
2.4. Передача сигналов с битовой модуляцией как альтернатива корректирующим кодам 68
2.5. Выводы 74
3. Методика прогнозирования задержек сообщений в сети передачи данных 75
3.1. Выбор модели сети передачи данных 75
3.2. Анализ задержек сообщений в сети рангаЯ0 79
3.2.1. Модель простейшей сети 79
3.2.2. Оценка задерэ/ски сообщений 81
3.2.3. Зависимость задержки от дисциплины обслуживания 87
3.3. Сеть Ro с различающимися пользователями 96
3.4. Иерархически организованные сети 99
3.4.1. Сеть ранга R/. Оценка задержки сообщений 99
3.4.2. Сеть ранга RK 104
3.4.3. Оценка задержек в открытой системе массового обслуживания... юб
3.4.4. Оценка задержек в сети RK \т
3.5. Выводы 112
Заключение 113
Литература
- Анализ погрешности телеизмерений с время-импульсной модуляцией...
- Возможность технической реализации битового кодирования
- Передача сигналов с битовой модуляцией как альтернатива корректирующим кодам
- Зависимость задержки от дисциплины обслуживания
Введение к работе
Актуальность проблемы
Добыча газа и протяженная транспортировка по трубопроводам объективно сопряжена с техногенными опасностями. Максимально снизить уровень рисков призвано надежное и оперативное управление процессом эксплуатации таких объектов, обеспеченное эффективными средствами телеконтроля и телеуправления. Существующие комплексы телеконтроля и телеуправления (КТК и ТУ) во многом решают эти задачи. Однако у безопасности нет верхней границы. Поэтому поиски путей повышения эффективности КТК и ТУ остаются актуальными.
Современные информационные технологии способны обеспечить требуемую надежность управления в КТК и ТУ, если будет выполнено условие - высокая достоверность и оперативность информации при ее передаче по каналам связи между подсистемами комплекса.
При разработке перспективных комплексов телеуправления возникает необходимость искать новые возможности в решении трех традиционных проблем: точность телеизмерений, надежность телеконтроля, оперативность телеуправления.
Точность измерений зависит от способа передачи информации, характере помех в телеметрическом канале и их интенсивности. В результате величина погрешностей измерения определяется помехоустойчивостью и помехозащищенностью приемника сигналов.
Надежность телеконтроля связана с зашитой приемника от помех различного происхождения, поскольку они могут маскировать или искажать сигнал предаварийной ситуации, а также формировать сигналы ложной тревоги.
Сигналы телеуправления, имеющие, как правило, нерегулярный эпизодический характер, передаются по каналу наряду с другими сигналами.
6 Оперативность обусловлена трафиком, обеспечивающим минимальные временные задержки команд.
С учетом этих обстоятельств в данной работе исследуются возможности повышения эффективности КТУ в условиях действия помех при заданных ограничениях на скорость передачи информации, полосу занимаемых частот, количество используемых каналов и мощность сигналов, что особенно актуально при использовании эффективных каналов передачи информации.
Как и все радиоканалы передачи информации каналы радиотелеметрии подвержены влиянию радиопомех различного происхождения - шумов естественного и техногенного происхождения, индустриальных импульсных помех, аналоговых помех от радиостанций и т.д. Это важная особенность радиотелеметрии подчеркнута уже в первых известных работах [1-^-3].
Основы методологии защиты систем передачи информации от помех были заложены в фундаментальных работах А.Н. Колмогорова [4 ], Н.Винера [6], Д.В. Агеева [7], В.А. Котельникова [5], Ф.М. Вудворда [8], Д. Мидлтона [9] и далее развиты их многочисленными последователями [1(Ь-22].
Созданная ими общая теория связи представляет собой обширную теоретическую базу для решения многих конкретных задач защиты сигналов от шумов и помех различного происхождения.
Разработчик конкретной системы связи, опираясь на теоретические постулаты, формулирует требования по качеству приема информации, оценивает свойства помех (статистические и энергетические) в канале связи и выбирает рациональный способ передачи сообщений.
Защита от радиопомех различного происхождения, частотно-временной структуры и интенсивности базируется на отличиях между сигналом и мешающим воздействием. При этом используется согласованная фильтрация [13], или компенсаторы [39-=-44] импульсных помех.
Для борьбы с импульсными помехами большой амплитуды и с малой длительностью успешно применяются приемники, выполненные по схеме ШОУ (Широкополосный усилитель - Амплитудный Ограничитель -
Узкополосный усилитель) [67]. Оценки эффективности применения перечисленных способов защиты от импульсных помех приведены в [44], где показано, что общим свойством устройств подавления является ухудшение эффективности приема при воздействии на них помех с «неимпульсной» структурой, т.е. снижение чувствительности приемника.
В системах передачи дискретной информации шумы и помехи маскируют различия между вариантами сигнала, и для уменьшения вероятностей ошибок весьма эффективно использование шумоподобных сигналов (ІІІПЄ) с большой базой [34]. Очевидно, что при этом высокая помехозащищенность достигается или за счет снижения скорости передачи информации, или за счет расширения диапазона используемых частот. Другой вариант использования ШПС [25, 26, 28, 46, 47] реализуется с помощью дополнительной ступени модуляции, не связанной с передаваемыми сообщениями и расширяющей спектр передаваемого сигнала. При приеме дополнительный - демодулятор восстанавливает спектр исходного сигнала и одновременно расширяет спектр помех, снижая их интенсивность в полосе приема. При работе в линейном режиме системы с расширением спектра обеспечивают существенное подавление как узкополосных помех, так и широкополосных (импульсных) помех. Выигрыш обеспечивается за счет корреляционного сжатия спектра принимаемого полезного сигнала в полосе модулирующих частот [33]. Шумоподобные сигналы находят применение в системах связи, работающих на трассах с замираниями за счет многолучевого распространения- сигналов [36].
В каналах цифровой связи [16, 17, 33, 30, 34, 35] требуемое качество приема достигается за счет применения корректирующих кодов [37, 38, 48]. При формировании кодовой комбинации такого кода, в нее кроме информационных символов' исходного безубыточного (натурального) кода вводится некоторое количество дополнительных, проверочных символов, вычисляемых по определенному правилу. При приеме кодовой комбинации по тому же правилу из информационных символов вновь вычисляются
\
проверочные. Из сравнения результатов двух вычислений делается заключение о наличии либо отсутствии ошибок в процедуре приема. Способность кода к обнаружению и исправлению некоторого количества ошибок увеличивается пропорционально доле проверочных символов. Качество приема увеличивается за счет снижения скорости передачи и увеличения расходуемой энергии передатчика.
Комплект КТК и ТУ представляет из себя сложную иерархически организованную, коммуникационную систему (сеть), в которой циркулируют многочисленные потоки сообщений от различных источников информации [83]. Вопросы построения и контроля таких систем рассмотрены в [27].
Структура сети включает в себя множество закрепленных каналов (сбор телеметрических данных) и множество каналов коллективного пользования (ККП), посредством которых в соответствии с регламентом технологического процесса осуществляется связь между операторами различных уровней управления. В силу ограниченности пропускной способности каналов связи [63] в ККП вероятны очереди сообщений, что является причиной задержек сообщений в сети. Задержка сообщения возможна и при необходимости повтора сообщения. Так, в комплексе УНК-ТМ телеуправление по каналу
передачи информации проходит с вероятностью ошибки Рош=10 . При такой вероятности ошибки в канале обмен информацией между ПУ и КП будет сопровождаться значительным количеством ошибок [85,86].
Комплекс УНК—ТМ способен обнаруживать ошибки и выдавать квитанции на повтор сообщения, принятого с ошибками. Но при этом теряется время, необходимое для принятия решения о выполнении необходимых работ. Особенную важность показатель времени имеет для предотвращения аварийных ситуаций на транспортных трубопроводах. Поэтому в качестве критерия эффективности целесообразно выбрать величину времени, которое необходимо для передачи от ПУ к КП блока достоверного сообщения.
При передаче сообщений средней длительностью в 80 байт при вероятности ошибок в канале связи Рош =10"3 практически в каждом втором передаваемом блоке возможно появление ошибочных бит.
На основе математических моделей теории массового обслуживания [88, 89] описана возможность прогнозирования длительности задержек в сетях различной конфигурации. При этом может быть учтена необходимость льготного предоставления канала для передачи приоритетных сообщений.
Проведенный обзор авторитетных источников подтверждает актуальность продолжения исследований по обсуждаемой теме.
Цели и задачи работы
Целью работы является разработка технических решений, способствующих повышению эффективности комплексов телеуправления и контроля для обеспечения надежного и оперативного управления процессами транспортировки газа магистральными газопроводами.
Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи:
Проведен анализ погрешностей телеизмерений при использовании цифрового канала передачи информации в условиях действия шума;
Разработан и исследован способ битового кодирования для цифровых каналов телеметрии и варианты его технической реализации;
Обоснована возможность повышения точности телеизмерений и снижения вероятности ложной тревоги в каналах телеконтроля за, счет внедрения битового кодирования в комплексах телеметрии;
Разработана методика прогнозирования длительности задержки команд в каналах телеуправления, необходимая для выбора рациональной структуры информационной сети в комплексе телеуправления иконтроля.
Методы исследования
Методы статистической теории связи; методы теории массового обслуживания; методы системного анализа; методы метрологии.
Научная новизна
Разработана методика оценки погрешности передачи измерительных данных цифровыми каналами телеметрии.
Предложен способ битового кодирования в цифровых каналах телеметрии и телеконтроля и обоснована система сигналов для технической реализации битового кодирования.
Проведена оценка характеристик обнаружения в телеметрическом канале с битовым кодированием.
Получены аналитические выражения для оценки длительности задержки сообщений в каналах коллективного пользования комплекса телеуправления.
Теоретическая и практическая значимость работы
Исследование особенностей цифровых каналов телеметрии позволило оценить погрешность передачи измерительной информации и выявить факторы ее определяющие.
Для снижения погрешностей передачи данных в каналах цифровой телеметрии предложен способ битового кодирования сообщений, что-повышает надежность телеконтроля за счет существенного снижения вероятностей ложной тревоги и пропуска аварийных сигналов.
Результаты исследования длительностей задержек сообщений (команд) позволяют осуществить выбор архитектуры сети и регламента работы с целью повышения оперативности телеуправления и снижения вероятности пропуска аварийных сигналов.
Вклад автора
Лично автором выполнены следующие исследования:
исследовал механизм возникновения ошибок при передаче телеметрических данных;
получил аналитические выражения для оценки погрешности измерений при цифровой телеметрии;
обосновал способ битового кодирования телеметрических сигналов;
определил вероятности пропуска сигнала и ложной тревоги в каналах цифровой телеметрии;
оценил длительность задержек сообщений в различных сетевых структурах как при наличии приоритетов у пользователей, так и при их отсутствии.
Апробация результатов работы и публикации
По результатам работы опубликовано три статьи в рецензируемых центральных журналах, опубликованы материалы пяти докладов в трудах конференций, получен патент РФ на полезную модель.
1. Материалы диссертации докладывались на 15-ой Всероссийской конференции «Информационные технологии в науке, проектировании и производстве» ( г.Нижний Новгород, 2005 г.), на международной конференции «Перспективные технологии в средствах передачи информации» (г.Владимир, 2007г.), на международной конференции «Радиолокация, навигация, связь» (г.Воронеж, 2008г.) и на IX научной конференции по радиофизике (ННГУ, г.Нижний Новгород, 2005г.).
На защиту выносится:
Способ битового кодирования сигналов в телеметрических каналах и система сигналов для его реализации.
Характеристики обнаружения телеметрического канала с битовым кодированием.
Математическая модель канала коллективного пользования комплекса телеуправления как источника задержек сообщений о предаварийных ситуациях.
Методика прогнозирования задержек сообщений в каналах комплекса телеуправления объектами магистральных газопроводов.
Анализ погрешности телеизмерений с время-импульсной модуляцией...
Как было отмечено выше, сигнал по каналу радиотелеметрии поступает на вход приемника в виде смеси с шумом Х0=Щ0+Щ0- (1-і)
В случае время-импульсной модуляции (ВИМ) огибающая высокочастотного импульса смещается во времени, не изменяя своей формы, в зависимости от передаваемого сообщения х: Ux(t) = U„\ t- -x\cos((o0t + (p)t (1.2) что соответствует рис. 1.9, где Т - интервал наблюдения (длительность слота), т„ - длительность импульса; -1 х +1 - нормированное значение сообщения. Поскольку Т»ти, то т0« Т.
Присутствие шума на входе приемника приводит к тому, что при демодуляции y{t) значение принятого сообщения х\ будет отличаться от переданного х на случайную величину погрешности 5. Очевидно, это отличие будет увеличиваться с повышением интенсивности шума (при фиксированном уровне сигнала). Различные способы приема обеспечивают различные величины 5. Приемник, минимизирующий среднеквадратичное значение погрешности 52, называется оптимальным [5].
Следуя [13], рассмотрим статистическую задачу оценки информационного параметра JC сигнала Ux(f) при радиопринме в условиях действия аддитивного нормального шума.
Будем предполагать, что сообщение х является непрерывной случайной величиной, которая в течение интервала (0,7) постоянна, а от одного интервала к другому меняется по случайному закону с априорным распределением плотности вероятностей Р(х). Помеха представляет собой белый гауссов шум с законом распределения WJiUu). Приемник на интервале (0,7)производит анализ входной смеси y(t). Самое большее, что можно потребовать от приемника - определить, каковы вероятности того или иного значения сообщения х при данной реализации y(f) на входе т.е. вычислить распределение Ру{х) для всех возможных значений х, называемое распределением обратных вероятностей. Значение сообщения хн, соответствующее максимуму Ру(х), принимается как наиболее вероятное при данной реализации y(t). Из теории вероятностей известно [7]: Р(х,у)=РхРх(у)=РуРу(х), где Р(х,у) - совместное распределение двух случайных функций х и у, Р(х), Р(у) — безусловные распределения хиу. Отсюда: Р{у) При известной на интервале Т реализации y(t) величина —-г-г = К, определяемая из условия нормировки. Поскольку из (1.1) следует, что y-Ux=UUi, то для заданного х (а значит заданного Ux) Px(y)=W(y-Ux). В случае нормального белого шума имеем [5] ,2, і -т№{1) v00 ш(иш) = уШ)1 где Л - средний квадрат напряжения шума, равный его дисперсии, NQ — удельная мощность шума, приходящаяся на единицу полосы, n—2feT. Подставив это выражение в (1.3), получаем: Ру{х)=КхР{х)е N«« , (1.4) где К\ - масштабный коэффициент из условия нормировки. Принимая допущение о равновероятности всех значений сообщения, условие максимума функции обратных вероятностей Ру(х) запишем в виде условия дх х„ = 0, (1.5) где обозначено ф) = — \[y(t)-Ux(t))2dt о В этой записи учтено, что максимум Ру{х) и максимум ее логарифма соответствуют одному и тому же значению сообщения. Поскольку максимум Ру(х) соответствует наивероятнейшему значению хн при заданной реализации y(t), то условие (1.5) приобретет вид:
Конкретизируем полученный результат (1.11) для оценки погрешностей при передаче сообщений по каналу с ВИМ.
Сигнал с ВИМ описывается выражением (1.2). Поскольку длительность импульса ти«Т, где Г длительность слота, то т0 7,(рис. 1.9).
Используя выражения (1.2) и (1.8а), находим формулу для определения среднеквадратичной погрешности при большом отношении сигнал/шум [13J: 82= " ,„, (1.12) dUm{t) if Т J Тг тт 1 \-\2 "Г 8t 0L Если сигнал имеет прямоугольный частотный спектр с верхней частотой Q, то его огибающая описывается выражением: Um(t) = UQ . (1-13) Подставляя (1.13) в (1.12) и полагая очевидным соотношение Q7 1, получаем 52=J2 o_. (1.14) Заметим, что удельная энергия сигнала в данном случае равна т Q=l\u2m(t)dt ul, откуда следует: 8 «Ь_ _« _. (1.15) (т0П)2Є (OTfQ Поскольку Q« —, перепишем (1.15) в виде: 4п2Т20 Ь q где g - отношение сигнал/шум, у=(Т/ти) . Практически у» 10. Увеличение Т снижает скорость передачи информации. Уменьшение ти увеличивает требующуюся полосу пропускания канала.
Таким образом, при передаче телеметрической информации по каналу ВИМ уменьшение погрешности измерений практически возможно только за счет увеличения мощности радиопередатчика.
Возможность технической реализации битового кодирования
Битовым корректирующим кодом будем называть способ цифровой передачи числовой информации, в котором для повышения достоверности приема скорость передачи старших по иерархии разрядов уменьшается по сравнению с младшими. В результате снижения вероятностей ошибок в старших разрядах уменьшается погрешность телеизмерений и вероятность ложной тревоги при телеконтроле.
Возможны различные варианты технической реализации битового кодирования. Индивидуализация условий передачи для каждого разряда исходного кода неизбежно усложняет схемы и передатчика и приемника. При значности исходного кода к в формировании сигнала требуется использовать к различных кодов, при приеме - такое же количество различных декодеров. На рис. 2.5, 2.6 представлена возможная схема технической реализации идеи числового кодирования. ,
Для передачи информационных а/={0, 1} символов каждого s-разряда (s = \,k) кодером Коду создаются я -значные комбинации промежуточного корректирующего кода (рис. 2.7), которые после модуляции в Моду поступают в блок формирования кодовых комбинаций ФКК значности п=щ+...+п5+...+щ. Схема синхронизации управляет генератором селекторных импульсов и селектором, которые определяют необходимую последовательность по времени всех формируемых блоков. Итогом работы является «-значная комбинация, соответствующая Аг-значной комбинации исходного кода-(рис.2.5).
В приемнике (рис. 2.6) после демодуляции сигнала временные селекторы делят /7-значную последовательность на группы по ns символов, каждая из которых является комбинацией промежуточного 5-кода. После декодирования в DKS (s = l,k) принятые информационные символы восстанавливают кодовую комбинацию (ВКК) исходного кода a\a2...as...ak, которая регистрируется как числовой результат измерения (рис. 2.7).
Рассмотренный вариант использования числового кодирования иллюстрирует в "чистом виде" возможность схемотехнической поддержки старших по иерархии разрядов кодовых комбинаций исходного кода. Из-за сложности структуры практическая реализация этого варианта может оказаться неприемлемой.
При обсуждении возможностей перераспределения информационной избыточности между разрядами исходного кода отмечалось многообразие способов выбора решения. Ниже рассматривается еще один вариант технической реализации числового кодирования. Для конкретности примем М=256, к=$. Разделим информационную избыточность п к следующим образом (рис. 2.8). п=4щ+П2, где щ— значность кода при последовательной передаче а8, а7, аб,а5, п2 - значность кода при передаче группы символов (аь а2, а3,а4)
Индивидуализация ресурса для передачи двоичных сообщений 0 или 1 в каждом старшем (а5-т-а8) разряде исходного кода означает необходимость выбора индивидуальных кодов. Представляется интересным использовать для этой цели кодирующие псевдослучайные двоичные последовательности (ПСП) [25, 26, 32, 34, 35], для формирования которых предложены различные алгоритмы.
Предлагается следующий алгоритм формирования ПСП, которые далее используются в качестве кодовых векторов.
Передача сигналов с битовой модуляцией как альтернатива корректирующим кодам
В системах передачи информации таких, как цифровая связь, цифровая телеметрия и др., важное место занимает вопрос о точности восстановления переданного аналогового сообщения (или о погрешности телеизмерений). Известно [18], что погрешность интерполяции сообщения на выходе ЦАП определяется двумя факторами - дисперсией ошибки квантования а ь и „ т интенсивностью помех, возникающих из-за ошибок декодера канала тп. Очевидно, при выбранном шаге квантования hKe (а следовательно, и выбранном числе уровней квантования М) канал должен обеспечить качество приема, при котором ошибка декодера канала меньше ошибки квантования: а2п а2кв. (2.13) Будем далее исследовать возможности достижения условия (2.13), полагая, что канал без памяти - и прием осуществляется в условиях действия аддитивного белого гауссовского шума. Известно [61], что эффективным способом уменьшения (Гц является использование кодов, исправляющих ошибки.
Пусть оцифрованные сообщения записаны в виде исходного безызбыточного двоичного -значного кода К 2к=М. Чтобы корректирующий код обладал способностью исправлять часть ошибок, необходимо ввести в его структуру определенную избыточность: 2 =М-2 . Для исправления ошибок кратности q код должен иметь кодовое расстояние d 2q +1, что накладывает условие на параметр/? [16]: »А 2к+р і + Q+p + Q+p + + ск+р 2\ (2.14)
Так при к =10, М=1024 из (2.14) следует: для исправления одиночных ошибок необходимо р=4, для исправления парных ошибок необходимо р-9, для исправления тройных ошибок необходимо р—12 и т.д.
Отметим, что одиночная ошибка при приеме кодовой комбинации является результатом неверной регистрации символа на выходе демодулятора, и ее интенсивность пропорциональна вероятности такого события Р\. Парная ошибка пропорциональна Р] , так как возникает в результате одновременного наступления двух статистически независимых событий в. демодуляторе, тройная - пропорциональна Р{3 и т.д. Эта же закономерность наблюдается и при приеме кодовых комбинаций исходного безызбыточного кода. В теории передачи с погрешностью [61] выходной сигнал аналогового источника преобразуется в выходные последовательности (кодовые комбинации источника), которые с некоторой погрешностью (ошибкой квантования) представляют отсчетные значения сигнала. Задача кодера и декодера канала заключается в осуществлении отображений этих последовательностей в последовательности на выходе декодера канала. Эти отображения должны, за счет введения- в структуру кода канала некоторой избыточности, минимизировать число различий между выходной и входной последовательностями, возникающих из-за влияния шума канала.
Декодирование заключается в том, чтобы «узнавать» кодовые слова и подавать на выход соответствующие сообщения из первичного алфавита К. Если же декодер выявил запрещенную комбинацию, необходимо вычислить скалярные произведения этой комбинации со всеми кодовыми векторами и по минимуму-числа единиц в произведениях найти ближайший.вектор, который и объявить в качестве принятого.
При декодировании каждой принятой комбинации корректирующего кода необходимо выполнить весьма большое количество вычислительных операций. Процедура декодирования происходит по следующей схеме.
1. Принятая комбинация суммируется с каждым кодовым вектором — вычисляются 2+р скалярных произведений. Если в результате найдено произведение в виде одних нулей, то принятая комбинация регистрируется» как безошибочная и выдается на декодирование.
2. Если в результате обнаружена одиночная ошибка (т.е. одно скалярное произведение содержит одну единицу), то ошибка исправляется путем инверсии символа в соответствующем разряде. Легко показать, что при р 4 (d 3) решение единственное.
3. Затем аналогично отыскивается вектор, дающий произведение с числом единиц равным 2 (решение единственно при d 5) - комбинация исправляется путем инверсии двух символов в соответствующих разрядах и т.д.
Зависимость задержки от дисциплины обслуживания
Дисциплины обслуживания При анализе сети RQ предполагалось, что все заявки, поступающие на обслуживание, обслуживаются в порядке поступления. Такая дисциплина носит название "строгая очередь". При этом КО равнодоступен всем пользователям. Техническая реализация строгой очереди предполагает наличие дополнительного канала связи между пользователем и узлом У0. По этому каналу передают заявки в очередь и квитанции начала-конца связи. Другими словами, строгая очередь реализуется при управленческой поддержке Уо и соответствующем техническом оснащении сети RQ. Один из других возможных вариантов организации сети R0: КО равнодоступен для всех пользователей. В этом варианте каждый пользователь добивается выхода в КО в условиях равной конкуренции (метод доступа к среде CDMA, используемый в сетях Ethernet). Естественно, аппаратура пользователя должна обеспечить индикацию занятости КО, реализовать процедуру захвата КО и разрешения возникающих коллизий. Теоретически, в данном варианте RQ статистика ожиданий полностью совпадает с вариантом строгой очереди.
Однако, практически, вследствие неизбежных коллизий и непроизводительных затрат времени на их разрешение, среднее ожидание будет больше.
В работах по массовому обслуживанию [88, 89] традиционно СМО делятся на системы с ожиданием (с очередями) и системы с отказами. Во втором случае имеет место потеря заявок. В замкнутых СМО заявки не теряются, однако и очередь может не формализоваться (т.е. формально очереди нет). Именно так обстоит дело в рассмотренном варианте сети R0 при случайном, но равном для всех пользователей доступе к КО. Ясно, что в этом случае "зарегистрированная" очередь отсутствует, а, следовательно, время пребывания в очереди равно нулю. Однако ожидание имеет место и определяется интервалом времени от момента возникновения заявки (хотя подавать ее некуда) до момента захвата КО. Выше было показано, что-статистика времени ожидания в этом случае совпадает со статистикой в строгой очередности обслуживания.
Обратим внимание на то обстоятельство, что при анализе СМО с дисциплиной "строгая очередь" результаты (3.6) и (3.11) были получены в» предположении, что все заявки, поступающие на обслуживание, формируют единый упорядоченный поток, поступающий в канал обслуживания КО. Если же поступившие заявки некоторым образом поменять местами в очереди, т.е. упорядочить иным образом, то очевидно, ни длина очереди, ни статистика выходного потока, ни величина Р0 не изменятся, а, следовательно, не изменится статистика среднего по всем пользователям времени ожидания. Из этого следует два вывода: а) протекционизм, заключающийся в предоставлении преимущественного доступа к КО отдельным пользователям путем предоставления первоочередных позиций в формируемой очереди, не меняет статистику времени ожидания, усредненного по всем пользователям (т.е. rc=const); б) сокращение времени ожидания у льготных пользователей достигается всегда за счет увеличения ожидания остальных пользователей. Протекционизм, означающий отказ от равнодоступности КО для всех пользователей, реализуется через введение системы приоритетов для отдельных групп пользователей. Заметим, что рациональное распределение приоритетов между пользователями при соответствующей тарифной политике администрации сети является важным фактором в повышении рентабельности сети, и перейдем к анализу ожиданий в сетях RQ с приоритетами.
Рассмотрим два вида приоритетов: а) абсолютный приоритет; б) относительный приоритет. Абсолютный приоритет заключается в том, что приоритетная заявка, поступая в систему обслуживания и, обнаружив КО занятым обслуживанием неприоритетной заявки, захватывает КО, не дожидаясь окончания обслуживания и отправляя прерванную заявку в очередь. Среди заявок приоритетных пользователей обслуживание производится по правилу строгой очереди.
При относительном приоритете заявка, поступившая в систему обслуживания в момент, когда КО занят, занимает в очереди первое место, если в очереди отсутствуют равные ей по приоритету заявки, или место за последней приоритетной заявкой, если такие в очереди имеются. - Задержка сообщений при абсолютных приоритетах
Пусть в сети ранга R0 обслуживается m пользователей, из них Q имеют абсолютный приоритет перед остальными S=m-Q. Будем полагать, что интенсивности Xq=Xc= и ц =цс=ц у обеих групп одинаковы. Система обслуживания может находиться в (S+\)(Q+l) состоянияхEsq, s = 0,S,q = 0,Q.
