Введение к работе
Актуальность работы. Как бы ни были высоки скорости лсреда-и информационных потоков в современных системах связи, это не нс-лючает возможности образования так называемых узких мест и точках онцентрации информационных потоков. Наличие узкого места означа-г нехватку телекоммуникационного ресурса для обслужинашія заявок заданным качеством. Возможность появления узких мост заложена же в основных принципах построения телекоммуникационных систем, оскольку из экономических и статистических соображений количество оммутационного и линейного оборудования телефонных станций и уз-ов всегда проектируется исходя из предположения о том, что реальные отоки существенно меньше, чем теоретически возможные. Такое пред-оложение для больших телефонных сетей на некоторых участках может е выполняться из-за перераспределения нагрузки, связанного со строи-ельством новых телефонных станций и узлов. Значительное увеличение агрузки может быть вызвано появлением новых услуг, иредостапляе-[ых сетью. Здесь наиболее известный пример - Интернет. Заметим, что нформационные потоки, порожденные новыми услугами, часто требу-п для своей передачи существенно больший ресурс, чем необходим для ередачи традиционных речевых сообщений. Поэтому, даже осли ресурс ыбран с многократным запасом, его достаточность нельзя гарантнро-ать, особенно когда речь идет о больших, динамично развивающихся елефонных сетях.
Можно улучшить характеристики качества обслуживания информационных потоков, порожденных речевыми сообщениями (а также других информационных потоков, которые не могут быть задержаны в точках онцентрации), если дать им преимущество в обслуживании перед потоками, допускающими некоторую задержку. Заметим, что, используя [акопптели в точках концентрации информационных потоков, адмннн-трация телефонных компапий получает возможность, не увеличивая корость передачи информации по цифровым каналам, улучшить каче-тво обслуживания для выделенной группы потоков.
В силу своей важности для практического использования проблематика совместного обслуживания речевых потоков и пакетов данных активно исследовалась в литературе по теории телетрафика. Наиболее известны работы М.Щварца, Х.Иносе, М.Сигала, Т.Ямагучи, М.Акияма и других авторов. Анализ опубликованных результатов показал, что в выполненных исследованиях не нашли должного отражения вопросы оценки характеристик многопотоковых схем передачи информационных сообщений с зависимостью объема использованного канального ресурса от типа вызова, абсолютным приоритетом для передачи речевых сообщений и ограничением на максимально возможное время пребывания пакета на ожидании. Этот тип передачи характерен для информационных потоков, порожденных новыми видами обслуживания. Кроме того, полученные ранее теоретические результаты не были доведены до удобных в реализации инженерных методик оценки экономических аспектов эффективности совместной передачи информационных потоков, что ограничивало область пх использования. Решение сфромулнрованных проблем и является темой настоящего исследованпя. Таким образом, тематика диссертационной работы актуальна, отвечает нуждам и запросам практики.
Цель диссертации. Перечисленные выше проблемы обслуживания новых информационных потоков на ГТС большой емкости приводят к следующей постановке задачи исследованпя:
1. Провести процедуру формализации и разработать модель совместной передачи потоков речевых сообщений и потока пакетов данных высокоскоростными цифровыми каналами, работающими как в синхронном, так и в асинхронном режимах, учитывающую следующие факторы:
-
многопотоковый характер поступления речевых сообщений и зависимость объема использованного канального ресурса от типа сообщения;
-
наличие абсолютного приоритета в обслуживании речевых сообщений перед пакетами данных;
(с) наличие ограниченной очереди ожидания пакетов и ограничения на максимально возможное время пребывания в очереди.
В рамках построенной модели совместного обслуживания речевых сообщений и потоков данных разработать алгоритмы и инженерные методики оценки скорости цифрового канала в зависимости от нн-тенсивпостей поступающих потоков речевых сообщений и заданной нормы их потерь, а также вероятности доставки пакетов данных и среднего времени пребывания в системе на ожидании и обслуживании.
Использовать построенные методики для оценки экономическими средствами действий администрации телефонных компаний по улучшению качества обслуживания речевых сообщений за счет предоставления им приоритета в обслуживании перед пакетами данных, а также для выбора соотношений между ннтененвностямп входных потоков речевых сообщении, пакетов данных и числом мест ожидания, максимизирующих доход при совместной передачи потоков речевых сообщений и пакетов данных.
Методы исследования. В основу проводимых исследований и о;-о [ы методы теории телетрафнка. теории систем коммутации, точные и блнженные методы моделирования. Научная новизна работы заключается в следующем.
Разработана и исследована многопотоковая модель совместной передачи речевых сообщений и пакетов данных, учитывающая следующие важные аспекты обслуживания новых информационных потоков: зависимость объема использованного для передачи ресурса от типа сообщения, преимущественное обслуживание речевых сообщений перед пакетами данных, а также возможность ожидания для пакетов с ограничением на максимально допустимое время пребывания в очереди.
. Разработаны и исследованы инженерные методики оценки характеристик качества совместной передачи речевых сообщений и пакетов
данных, основанные на реализации процедуры раздельного счета характеристик каждого из информационных потоков.
3. Сформулирована и исследована задача оптимизации процесса совместной передачи информационных потоков, составлен функционал стоимости, зависящий от дохода сети за успешную передачу одного пакета, эксплуатационных расходов сети за каждую единицу времени пребывания пакета в системе и характеристик качества передачи пакетов. Разработана методика выбора соотношений между структурными параметрами модели, максимизирующих доход от совместной передачи речевых сообщений и пакетов данных.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Анализ проблем обслуживания новых информационных потоков на ГТС большой емкости с учетом перспектив развития телекоммуникационных сетей, внедрения новых услуг и принципов тарификации.
-
Процедура формализации процесса передачи речевых сообщений и пакетов данных высокоскоростной цифровой линией в виде многопотоковой модели с абсолютным приоритетом для речевых сообщений, ограниченной очередью ожидания для пакетов данных, зависимостью ресурса, используемого для передачи речевого сообщения, от его типа н ограничением на максимально возможное время ожидания пакета данных.
-
Точные, приближенные и инженерные методы оценки характеристик совместной передачи речевых сообщений и пакетов данных, основанные на реализации процедуры раздельного счета характеристик каждого из информационных потоков.
-
Результаты исследования погрешности разработанных алгоритмов, основанные на анатнзе частных случаев и имитационном моделировании.
-
Методики оценки экономической эффективности совместной передачи речевых сообщений и пакетов данных.
Личный вклад. Теоретические и практические исследования, а гакже вытекающие из них выводы и рекомендации получены автором іично.
Практическая ценность. Выполненные в диссертационной работе ісследования и разработанные методики позволяют оценивать чффек-гнвность совместной передачи речевых сообщений и пакетов данных вы-гокоскоростными цифровыми линиями с преимущественным обсл ужнва-шем речевых сообщений и использованием накопителей для задержан-іьіх пакетов. Установив накопители в точках концентрации ннформаци-знных потоков, администрация телефонных компаний получаст возмож-юсть, не увеличивая скорость передачи информации по цифровым ка-іалам, улучшить (или гарантировать) качество обслуживания для выде-іенной группы потоков при реализации возможности передачи дополнительных информационных потоков, порожденных новыми видами услуг. Примерами таких ситуаций являются: внедрение услуг интеллектуаль-шх сетей на ГТС, используя выделенные пучки к узлам специальных :лужб (здесь необходимо гарантировать качество передачи экстренных :лужб), передача сообщений сети Интернет по абонентским линиям ГТС здесь необходимо гарантировать качество передачи речевых сообщений), іередача сообщений по некоторым видам ведомственных и военных сетей гри наличии абонентов, имеющих приоритет в обслуживании, и др.
Использование результатов работы. Основные теоретические ре-ультаты, полученные в работе, применялись в учебном процессе кафе-[ры СУ ГТС МТУ СИ, а также использовались при оптимизации некоторых ведомственных сетей. Имеются соответствующие акты о внедрении.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы ыли представлены и обсуждались на НТК МТУ СИ (Москва, 199G, 1997, 998 гг.), на секциях МФИ-95, МФИ-96, МФИ-97, на заседаниях кафедры истем управления ГТС МТУСИ.
Публикации. Основные результаты диссертации изложены в 15 опу-ликованных работах.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, за-лючення и 3-х приложений. Она включает 177 страниц машинописного
текста, 19 рисунков, 11 таблиц. Список литературы состоит из 122 наименований.
