Введение к работе
Актуальность проблемы. Потребность в информатизации современного общества привела к. появлению, новых поколений разнообразной телекоммуникационной и вычислительной техники. Уже в конце 80-х годов стала очевидной необходимость в интеграции различного типа телекоммуникационных и вычислительных сетей з единую информационную сеть, получившую название цифровой сети с интеграцией служб (ЦСИС). Решением этой проблемы в настоящее время интенсивно занимаются во многих индустриально развитых странах. Исследования в области ЦСИС проводятся и в нашей.стране.
На существующих сетях коммутации каналов, например, телефонных сетях, соединения устанавливаются путем коммутации отдельных каналов между собой. При этом на каждом участке соединительного тракта занимается только один канал. Это режим одуоканальноо. коллутаи?ш.
Вводимая в настоящее время в эксплуатацию во многих странах, в том числе и нашей стране, так называемая узкополосная ЦСИС (У-ЦСИС) и разрабатываемая широкополосная (Ш-ЦСИС) предполагают предоставление пользователям более широкого спектра новых видов сервиса. В У-ЦСИС и Ш-ЦСИС источниками информации являются не только телефонные аппараты, но и факсимильные устройства, аппаратура передачи данных, видеотерминалы компьютеры и др., причем каждый источник информации формирует различные по скорости информационные потоки. Обычно скорость этих цифровых потоков кратна 64 КБит/с. Поэтому перспективные цифровые системы коммутации (СК) ЦСИС должны обеспечивать не только однокЕнальные, но и многоканальные соединения, занимающие на каждом участке соединительного тракта п цифровых каналов по 64 КБит/с каждый, причем предполагается, что n ^ 30. Режим коммутации, при котором для передачи информации пользователям предоставляется на узле коммутации (УК) одновременно несколько каналов, обеспечивающих требуемую пропускную способность, получил название режима лногоканалъной коллутсаща.
Переход к ЦСИС позволяет предоставлять пользователям сети с помощью единых унифицированных средств передачи, распределения, обработки и хранения информации различные виды телекоммуникационного обслуживания - передачу и распределение речевых сообщение, данных, изображений, возможности интерактивных информационных служб и т.п.
Построение ЦСИС распадается на два этапа. На первом этапе осуществляется интеграция низко- и среднескоростных служб -построение У-ЦСИС, которая создается на базе существующих аналоговых и цифровых сетей. На втором этапе - создание Ш-ЦСИС, которая является полностью цифровой сетью связи. У-ЦСИС и Ш-ЦСИС объединяются на основе создаваемой высокоскоростной (гигабитной) цифровой синхронной сети. В Россиийской Федерации начался первый этап построения ЦСИС - создание узкополосной цифровой сети с интеграцией служб. В У-ЦСИС предоставление различных видов сервисного обслуживания осуществляется с помощью систем одноканальной и многоканальной коммутации с последующим выходом на соответствующие сети.
Анализ концепции построения ЦСИС показал, что на первом этапе ее построения предполагается интеграция одинаковых по скорости передачи источников информации таких, как телефон, телефакс, электронная почта, аппаратура передачи данных. При этом скорость цифровых потоков такова, что можно вести передачу информации по стандартному телефонному каналу в режиме однокан&льной коммутации. По этой причине первый этап интеграции базируется на существующей телефонной сети связи. Разнородные источники информации создают потоки вызовов с различной интенсивностью и характеризуются различными временами обслуживания. В общем случае Есе эти источники информации допускают различное качество обслуживания, обеспечить которое можно различными путями. Как показывает анализ развития техники связи» требуемое качество обслуживания можно обеспечить наиболее просто технически и алгоритмически за счет разделения канальных ресурсов путем регулирования числа допустимых соединений для определенных классов пользователей, т.е. введения для определенных классов пользователей порогового ограничения доступа к канальному ресурсу. Этот метод получил название метода резервирования канальных ресурсов (РКР).
Так как оконечные устройства ЦСИС формируют потоки вызовов,-требующие для своего обслуживания различного канального ресурса, то поступающие на СК ЦСИС потоки вызовов являются маркированными. Таким образом, возникает новая задача расчета вероятностных характеристик СК ЦСИС, работающих в режиме многоканальной коммутации, при маркированных входящих потоках. Исследования показывают, что при работе системы-в данном режиме имеет место значительная зависимость вероятности_ потерь вызовов от величины требуемого канального ресурса. Здэсь, как и в случае одноканальной
коммутации, для обеспечения качественных показателей системы можно
использовать разделение канальных ресурсов, базирующееся на
использовании РКР. Введение разделения канальных ресурсов на
принципе РКР является эффективной мерой, позволяющей:
1.Реализовать приоритетное обслуживание пользователей;
2.Поддерживать качество обслуживания вызовов на определенном
уровне, выравнивая его при изменении нагрузки; 3.Уменьшить последствия перегрузки системы.
Последние две возможности предполагают введение на узлах коммутации ЦСИС управления уровнями канального резервирования. Таким образом, при создании ЦСИС возникает необходимость в решении двух важных проблем, связанных с разработкой: 1.Методов расчета вероятностных характеристик звеньевых СК, работающих в режиме одноканальной и многоканальной коммутации с резервированием каналов в направлениях связи;
2.Метода управления качеством обслуживания пользователей на узлах ЦСИС с одноканальной и многоканальной коммутацией и резервированием канальных ресурсов при нестационарных поступающих нагрузках, создаваемых маркированными потоками вызовов.
Цель работы. Основной целью работы является разработка и исследование методов расчета пропускной способности узла коммутации цифровой сети с интеграцией служб при управлении канальными ресурсами.
Методы исследования включают методы теории вероятностей, теории телетрафика, математического программирования и имитационного моделирования.
Состояние проблемы. В настоящее время известны лишь простейшие модели систем многоканальной коммутации с резервированием канальных ресурсов, а именно, модели полнодоступного пучка каналов. Они изучались в работах ряда отечественных и зарубежных ученых: Башарина Г.П. и Куренкова Б.Е., Ершова В.А. и Игельника М.В., Glmpelson L.A., Enomoto 0., Miyamoto Н., KasperA., Conralt J., Buchheister А., а также в работах, выполненных в Институте коммутации и передачи данных при Штуттгартском Университете под руководством профессора Kuhn Р.
Однако в отличие от полнодоступного пучка каналов реальные системы коммутации на узлах ЦСИС, являясь звеньевыми системами, характеризуются значительно более сложной структурой и более сложным режимом работы. Такие системы изучались лишь, как системы многоканальной коммутации, в которых отсутствует резервирование
канальных ресурсов. Вопросы же расчета вероятностных характеристик звеньевых систем с одноканальной и многоканальной коммутацией и резервированием канальных ресурсов в направлениях связи, а также вопросы управления качесх^ом обслуживания заявок в таких системах в силу сложности проблемы в настоящее время остаются пока открытыми".
В соответствии с указанной целью в работе поставлены и решены следующие основные задачи:
разработан метод расчета вероятностных характеристик и пропускной способности систем одноканальной коммутации, работающих в режиме группового искания, при произвольным числе, классов пользователей;
разработан метод расчета вероятностных характеристик и пропускной способности систем одноканальной коммутации, работающих в режиме искания "от точки к точке", цри произвольным числе классов пользователей;
разработан метод расчета вероятностных характеристик и пропускной способности систем многоканальной коммутации, работающих в режиме группового искания, при произвольным числе классов пользователей;
разработан метод расчета вероятностных характеристик и пропускной способности систем многоканальной коммутации, работающих в режиме искания "ст точки к точке", ' при произвольным числе классов пользователей;
разработан метод управления качеством обслуживания на узлах ЦСИО с многоканальной коммутацией и резервированием канальных ресурсов на направлениях связи для отдельных классов пользователей.
Научная новизна исследований, проведенных в диссертационной работе заключается в следующем:
1. Теоретически обобщены результаты исследований GK с УК. Разработаны и проверены путем сравнения с данными. имитационного моделирования математические модели, позволяющие оценить пропускную способность систем одно- и многоканальной коммутации с резервированием канальных ресурсов.. в- направлениях связи, работающих в режиме группового, искания и. в режиме искания "от точки к точке", при произвольном числе классов пользователей.
. 2. Разработан . и исследован метод управления качеством обслуживания в системах многоканальной коммутации узлов ЦСИС при
нестационарных нагрузках; поступающих от произвольного числе классов пользователей;
3. Разработан пакет. программ для IBM PC совместимых ПЭВМ, позволяющий на основе разработанных методов выбирать структурные и нагрузочные параметры систем одно- и многоканальной коммутации с резервированием канальных ресурсов, при которых обеспечивается требуемое качество обслуживания для различных классов пользователей и требуемая пропускная способность систем одно- и многоканальной коммутации.
Практическая ценность. Разработанные и исследованные в диссертации методы расчета вероятностных характеристик структурно-сложных систем одно- и многоканальной коммутации с резервированием канальных ресурсов для отдельных классов пользователей и метод управления качеством обслуживания на узлах ЦСИС с резервированием канальных ресурсов могут быть использованы при:
-
Проектировании узлов связи ЦСИС;
-
Анализе и синтезе структуры систем многоканальной коммутации с резервированием канальных ресурсов при их разработке или модернизации;
-
Решении задач управления качеством обслуживания на узлах в условиях нестационарной нагрузки;
-
Организации приоритетного обслуживания для отдельных классов пользователей;
-
Определении емкости пучков каналов при проектировании ЦСИС;
-
Разработке центров управления ЦСИС в качестве моделей объектов управления.
Реализация результатов работы. Основные практические и теоретические результаты диссертации используются московским проектным институтом "ГИПРОСЪЯЗЬ" при проектировании ЦСИС. Ряд результатов были использованы на проходящей испытания в опытном районе отечественной электронной системы коммутации ЭАТС-ЦА. Результаты теоретических исследований были использованы в ИППИ РАН в рамках научно-исследовательских работ.
Апробация результатов работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались, обсуждались и были одобрены на семинарах ИППИ РАН (1989-1993, Москва); Школе-семинаре "Принципы построения и функционирования сетей интегрального обслуживания" (1989, Ташкент); V Всесоюзной научно-технической конференции "Однородные вычислительные системы, структуры и среды" (1991, Москва); Советско-итальянском семинаре по проблемам
управления (1991, Москва); XXVI и XXVII конференциях молодых ученых ИППИ РАН (1991, 1992 Москва); III советско- германском семинаре по проблемам динамического управления и интегральных систем связи (1991, Дортмунд); VIII Белорусской школе-семинаре "Сети связи и сети ЭВМ. Анализ и применение" (1992, Брест); V совещании по распределенным вычислительным системам и-сетям (1992, Калининград); IV международном семинаре по теории"-телетрафика и компьютерному моделированию (1992, Москва).
Личный вклад. Все исследования и связанные с ними расчеты, а также вытекающие из них выводы, обобщения, интерпретация результатов, практические рекомендации выполнены и получены автором лично.
Публикации. Основные результаты диссертационной работы нашли отражение в 11 публикациях.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и двух приложений. Работа содержит 132 страницы машинописного текста, 41 рисунок, 6 таблиц. Список литературы включает 85 наименований.
Основные положения, выносимые на защиту:
метод расчета вероятностных характеристик и пропускной способности систем одноканальной коммутации ЦСИС, работающих в режиме группового искания, при произвольном числе классов пользователей;
метод расчета вероятностных характеристик и пропускной способности систем одноканальний коммутации цейс, работающих в режиме искания "от точки к точке", при произвольном числе классов пользователей;
метод расчета вероятностных характеристик и пропускной способности систем многоканальной коммутации ЦСИС, работающих в режиме группового искания, при. произвольном числе пользователей;
метод расчета вероятностных характеристик и пропускной способности систем многоканальной коммутации ЦСИС, работающих в'режиме искания "от точки к точке", при произвольном числе пользователей;
метод управления качеством обслуаивания на узлах ЦСУС с . многоканальной коммутацией . и резервированием канальных ресурсов на направлениях связи для отдельных классоь пользователей.
