Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Вероятностная модель блокировок в волоконно-оптических сетях с ограниченной конверсией длин волн в узлах коммутации
Особенности преобразования длин волн в узле сети Аналитическая модель ограниченной конверсии длин волн в узле сети
Основное утверждение и рекуррентный алгоритм Фиксированная маршрутизация по длине волны Алгоритм вычисления вероятности блокировки
Выводы
Приближенный метод вычисления вероятностей блокировок оптоволоконной сети
Анализ многозвеньевого маршрута оптической сети с маршрутизацией по длине волны
2.1.1. Построение и анализ модели
2.1.2. Рекуррентный алгоритм вычисления вероятностей состояний СМО
2.1.3. Показатели эффективности системы
2.1.4. Анализ блокировок на примере двухзвеньевого линейного фрагмента оптической сети Численные примеры по предложенной модели Оценка вероятности блокировки сети и итерационная процедура ее нахождения
Численный анализ нахождения вероятностей блокировки сети на примере сети с конверсией и без конверсии длин волн
2.4.1. Характеристики промышленных систем WDM
2.4.2. Численный анализ
2.5. Выводы
ГЛАВА 3. Анализ вероятностей блокировок коммутатора оптической сети с коммутацией пакетов
3.1. Алгоритмы функционирования коммутатора оптической сети с коммутацией пакетов
3.2. Построение системы массового обслуживания в виде классической модели Энгсета и вывод системы уравнений равновесия
3.3. Построение системы массового обслуживания в виде модифицированной модели Энгсета, вывод и решение системы уравнений равновесия
3.4. Вывод выражений для вероятностно-временных характеристик и их численный анализ
3.5. Анализ вероятностей блокировок коммутатора оптической сети при предоставлении услуг различного качества
3.5.1. Модель для двух классов услуг
3.5.2. Модель для двух классов услуг с управлением
3.5.3. Численные примеры
3.6. Выводы
Заключение
Список источников
- Основное утверждение и рекуррентный алгоритм Фиксированная маршрутизация по длине волны Алгоритм вычисления вероятности блокировки
- Показатели эффективности системы
- Построение системы массового обслуживания в виде модифицированной модели Энгсета, вывод и решение системы уравнений равновесия
- Анализ вероятностей блокировок коммутатора оптической сети при предоставлении услуг различного качества
Введение к работе
Актуальность проблемы
Развитие сетей идет со значительным ускорением; прогнозируется дальнейший рост числа пользователей, повышение требований к качеству услуг и ширине полосы пропускания (ШИП) мультисервисных систем и сетей.
Применение в сетях оптического волокна для передачи информации ставит
перед разработчиками множество задач, решение которых невозможно без
специальных исследований, разработки математических моделей и численных
методов анализа при расчетах показателей эффективности
телекоммуникационных сетей. Значительный вклад в развитие данной области внесли российские и зарубежные ученые: Башарин Г.П., Вишневский В.М., Наумов В.А., Нейман В.И., Печинкин А.В., Пшеничников А.П., Самуилов К.Е., Севастьянов Б.А., Степанов С.Н., Харкевич А.Д., Шоргин С.Я., Яновский Г.Г., Feller W., Benes V.E., Cooper R.B., Iversen V.B., Kelly F.P., Kleinrock L., Neuts M.F., Perros H.G., Ross K.W., Rouskas G.N. и др.
Требования к ШПП быстро растут из-за развития сети Интернет, появления новых приложений и услуг. Сегодня сети, использующие медный кабель, уже не могут удовлетворять возросшим требованиям, поэтому большое внимание уделяется исследованиям в области оптических сетей. Использование оптических компонентов на базе технологии спектрального уплотнения каналов (Wavelength Division Multiplexing, WDM) обеспечивает большую ШПП, малое число ошибок и потерь.
Для современного этапа развития волоконно-оптических систем характерен поиск путей повышения эффективности систем передачи. Технологии пакетной коммутации и групповой (англ. burst) коммутации пакетов в оптических сетях продолжают разрабатываться ведущими исследовательскими центрами и производителями оборудования. Таким образом, практический интерес для оптических сетей представляют задачи анализа производительности, как с коммутацией каналов, так и исследования пакетной и групповой коммутации.
При построении математических моделей для оптических сетей применим и широко используется аппарат марковских процессов, теории массового обслуживания (ТМО) и теории телетрафика. Специфические особенности применения WDM в оптических сетях ставят ряд задач, требующих решения, а именно: разработка методов анализа вероятностно-временных характеристик (ВВХ) функционирования оптических сетей с ограниченной и полной конверсией длин волн в узлах коммутации, моделей коммутатора оптической сети. Таким образом, задача разработки и развития моделей оптических сетей и методов их исследования является актуальной.
Целью диссертационной работы является модификация известных и разработка новых методов для анализа вероятностных характеристик функционирования оптических сетей с маршрутизацией по длине волны и их элементов, включая исследование аналитических моделей и проведение вычислительных экспериментов.
Методы исследования. В работе использованы методы теории вероятностей, теории случайных процессов, ТМО, теории телетрафика.
Научная новизна работы состоит в разработке методов вычисления вероятностных характеристик в оптических сетях. Отличие разработанных моделей и методов расчета их характеристик от известных моделей и методов состоит в следующем:
1) Для оптических сетей, использующих ограниченную конверсию длин
волн, проведен математический анализ линейного фрагмента оптической сети с
учетом того, что преобразование длины волны в узлах сети не является
изменением круговой симметрии. В отличие от известных результатов получено
доказательство применимости данного метода для расчета вероятностей
блокировок маршрута оптической сети.
2) Разработана модель для анализа вероятностей блокировок звеньев сети, в
которой в отличие от известных моделей учитывается оптический буферный
накопитель (БЫ) в устройстве передачи. Разработан рекуррентный алгоритм
вычисления стационарных вероятностей для системы (W+l)(r + l) + l
уравнений глобального баланса, что дает возможность более эффективно проводить расчеты характеристик модели.
Проведен анализ показателей эффективности маршрутов и сети с произвольной топологией как без возможности преобразования длин волн в узле, так и с преобразованием длин волн на основе разработанной модели звена сети с БН. Получены рекуррентные выражения для вероятности блокировки маршрута сети.
Разработана мультисервисная модель коммутатора оптической сети с учетом времени выгрузки информации. Получена формула для вероятности блокировки коммутатора оптической сети. Отличие разработанной модели и методов расчета ее характеристик заключается в учете сценария поведения источников трафика в оптической сети и требований к качеству обслуживания.
Практическая ценность работы. Аналитические методы и вычислительные алгоритмы, полученные в диссертации, предназначены для анализа характеристик качества обслуживания в оптических сетях, использующих технологию мультиплексирования с разделением длин волн и маршрутизацией по длине волны. Результаты могут использоваться при анализе фрагментов
оптических сетей и могут быть обобщены для изучения оптических сетей WDM с произвольной топологией. Результаты исследований могут использоваться в учебном процессе на кафедре систем телекоммуникаций РУДЫ для студентов, обучающихся по направлениям «Прикладная математика и информатика». Результаты работы использованы в рамках НИР № 16/06-22 от 27.04.2006 г. «Методика расчета качественных показателей и коэффициента готовности отказоустойчивых структур ВОЛ С ОАО «Ростелеком»» ФГУП ЦНИИС и НИР № 128/10-22 от 19.03.2010 г. «Разработка методик эксплуатационного контроля показателей и параметров качества функционирования сетей ОАО «Ростелеком»» ФГУП ЦНИИС.
Достоверность научных результатов диссертационной работы обоснована строгими математическими доказательствами. Достоверность подтверждается вычислительными экспериментами, проведенными с использованием близких к реальным исходных данных.
Апробация работы. Основные результаты, изложенные в диссертации, докладывались на:
XXXVII и XXXVIII научных конференциях факультета физико-математических и естественных наук Российского университета дружбы народов (Москва, 2001, 2002);
Научных семинарах секции «Моделирование сетей связи, информационных систем и процессов» РНТОРЭС им. А.С. Попова (Москва, 2003, 2004, 2005);
Семинарах кафедры систем телекоммуникаций Российского университета дружбы народов (Москва, 2004-2007).
Отраслевых научно-технических конференциях «Технологии информационного общества» (Москва, 2007, 2008, 2010, 2011).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ, из них работы [6,8,9] опубликованы в ведущих рецензируемых научных журналах, и содержат выносимые на защиту результаты.
В работах, выполненных в соавторстве, соискателю принадлежит: в [1] -приближенный метод и рекуррентный алгоритм для расчета вероятностей блокировок на маршруте волоконно-оптической сети; в [2] - приближенный метод расчета вероятностей блокировок маршрутов в многоволоконных оптических сетях; в [3] - модель расчета вероятностей блокировок функционирования оптоволоконной сети; в [4] - численный анализ блокировок двухзвеньевого линейного фрагмента сети с одно- и многоадресными соединениями; в [6] - модифицированная модель Энгсета коммутатора оптической сети с учетом времени освобождения каналов от информации, численные примеры; в [9] - модель коммутатора оптической сети при
предоставлении услуг различного качества с учетом времени освобождения каналов. Все результаты, выносимые на защиту, получены автором лично.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы из 115 наименований, приложения. Диссертация содержит 115 страниц текста, 33 рисунка.
Основное утверждение и рекуррентный алгоритм Фиксированная маршрутизация по длине волны Алгоритм вычисления вероятности блокировки
В связи с изложенным, целью диссертационной работы является модификация известных и разработка новых методов для анализа вероятностных характеристик функционирования оптических сетей с маршрутизацией по длине волны и их элементов, включая исследование аналитических моделей и проведение вычислительных экспериментов. Перейдем к общей характеристике полученных в диссертации результатов и одновременно продолжим обзор литературы.
Диссертационная работа состоит из 3 глав.
Глава 1 диссертации посвящена особенностям преобразования длин волн в узле оптической сети. Проводится анализ алгоритма вычисления вероятностей блокировок в полностью оптических сетях с ограниченным диапазоном преобразования длин волн в узле с учетом того, что преобразование длины волны в узлах сети не является изменением круговой симметрии. Исследуется модель блокировок при ограниченной конверсии длин волн в узле оптической сети для фиксированной маршрутизации. В главе систематизируются и классифицируются механизмы конверсии длин волн в узле оптической сети, проводится анализ возможного преобразования длин волн, доказывается основное утверждение и выводится рекуррентный алгоритм. Исследуется алгоритм вычисления вероятности блокировки маршрута сети и вероятности блокировки по всей сети.
В данной главе показана актуальность исследования оптической сети с ограниченным диапазоном преобразования длин волн в узле. На примере СМО с входящим пуассоновским потоком и экспоненциально распределенным временем обслуживания для любого вызова, рассмотрены состояния одного звена сети при различных числах незанятых длин волн и переходы между состояниями.
Основные результаты первой главы опубликованы в работе автора [5].
Глава 2 диссертационной работы посвящена исследованию влияния эффекта конверсии длин волн на работу оптических сетей связи с различными топологиями. В данной главе рассматривается вопрос о зависимости характеристик функционирования сети (вероятности блокировки сети и маршрутов) от количества переприемов в соединении и от числа длин волн в оптическом звене. Разработана модель для нахождения вероятностей блокировок звеньев сети, в которой в отличие от известных моделей учитывается оптический буферный накопитель (БН) в устройстве передачи. Разработан рекуррентный алгоритм вычисления стационарных вероятностей для системы уравнений глобального баланса, что дает возможность более эффективно проводить расчеты характеристик модели. Выводятся формулы для ВВХ функционирования звена сети. В главе проведен подробный анализ блокировок на примере двухзвеньевого линейного фрагмента оптической сети, исследуются показатели эффективности оптической сети. В заключении рассмотрен пример сети и проведен анализ вероятностей блокировок сети и маршрутов сети.
Основные результаты второй главы опубликованы в работах автора [10, 11, 32]. Глава 3 посвящена анализу ВВХ коммутатора оптической сети с коммутацией пакетов. В главе рассмотрены архитектуры оптического пакетного коммутатора, как с применением конвертеров длин волн, так и без них. Для анализа характеристик функционирования оптического коммутатора применены результаты теории телетрафика и методы ТМО.
Работа оптического коммутатора по обработке пакетов включает механизм освобождения входных каналов передачи данных от информации. Исследование работы коммутатора, учитывающее данный процесс основано на СМО в виде модифицированной модели Энгсета. В главе выводится СУР и находится ее решение.
Разработана мультисервисная модель коммутатора оптической сети с учетом времени выгрузки информации. Получена формула для вероятности блокировки коммутатора оптической сети. Отличие разработанной модели и методов расчета ее характеристик заключается в учете сценария поведения источников трафика в оптической сети и требований к качеству обслуживания.
В разделе 3.4 и 3.5 выводятся формулы для ВВХ функционирования исследовавшихся выше систем, проводится численный сравнительный анализ поведения ВВХ.
Основные результаты третьей главы опубликованы в работах автора [6, 30, 31]. - 12 Для проведения численных экспериментов и анализа функционирования предложенных моделей в диссертации был разработан комплекс программных средств на языке С++. Таким образом, в диссертационной работе решаются перечисленные ниже актуальные задачи.
1. Разработка метода [106, 107] вычисления вероятности блокировок в волоконно-оптических сетях, использующих ограниченную конверсию длин волн с учетом того, что преобразование длины волны в узлах сети не является изменением круговой симметрии. Получено доказательство применимости данного метода для расчета вероятностей блокировок маршрута оптической сети.
2. Исследование аналитической модели для нахождения вероятностей блокировок звеньев сети, в которой в отличие от известных моделей учитывается оптический буферный накопитель (БН) в устройстве передачи. Разработка рекуррентного алгоритма вычисления стационарных вероятностей состояний для системы уравнений глобального баланса, что дает возможность более эффективно проводить расчеты характеристик модели. Применение данной модели для анализ ВВХ функционирования маршрута оптической сети из n звеньев, как без возможности преобразования длин волн в узле, так и с ней.
3. Применение модифицированной модели Энгсета для исследования ВВХ функционирования коммутатора оптической сети. Получение и решение СУР для данной модели, вывод и решение системы уравнений равновесия. Вывод ВВХ функционирования коммутатора оптической сети, численный сравнительный анализ полученных ВВХ.
Показатели эффективности системы
В течение последних лет требования на большую ШПП быстро росли вследствие развития Интернет и появления новых услуг и приложений мультимедиа. При этом для решения задач предоставления услуг операторами связи все чаще применяются технологии пассивных и активных оптических сетей доступа [67]. Привлекательность сетей, использующих оптическое волокно для передачи информации, объясняется тем, что оно позволяет достигнуть ШПП равной 25 ТГц (1 ТГц = 1012 Гц) при потерях, не превышающих 0,2 Дб/км, и малом числе ошибок порядка 10-9–10-15 на бит [58,106, 107]. В полностью оптических сетях информация проходит по оптической среде на протяжении всего пути за исключением оконечных пунктов. Такой путь называется световым (lightpath), а технология приема/передачи всей полосы пропускания оптического канала – мультиплексированием по длине волны.
Одним из основных понятий, рассматривающихся в диссертации, является понятие конверсии длин волн в узле. Для более успешной передачи данных рядом исследователей была разработана концепция преобразования длины волны, входящей в узел, в некоторый диапазон соседних с ней длин волн, выходящих из узла. Это преобразование называется конверсией длины волны в узле. В случае, когда конверсия длин волн может происходить во всем диапазоне выходящих длин волн, ее называют полной конверсией в узле. Конверсию, при которой преобразование длины волны происходит только в узком диапазоне длин волн, составляющих лишь часть всех длин волн, выходящих из узла, называют ограниченной [106, 107].
В главе исследуется вероятностная модель блокировок волоконно-оптической сети с ограниченной конверсией длин волн в узлах коммутации.
В сетях с мультиплексированием по длине волны оптический спектр делится на множество различных длин волн, по каждой из которых передача осуществляется с максимальной скоростью [62].
В сетях с полной конверсией длин волн заявка на передачу принимается, если на всех звеньях ее маршрута есть, хотя бы одна свободная длина волны для передачи. В сетях без конверсии длин волн, заявка принимается на передачу, если запрашиваемая длина волны свободна на всех звеньях маршрута. Это означает, что заявка может быть блокирована, если существуют свободные длины волн, но не существует запрашиваемой длины волны для передачи на всех звеньях пути. Очевидно, что полная конверсия длин волн уменьшает вероятность блокировки по сравнению с ограниченной, но является достаточно сложной для реализации задачей.
Выбор механизма конверсии длин волн зависит от требований к вероятностно-временным характеристикам функционирования сети, поэтому сравнительный анализ вероятности блокировок при наличии ограниченной конверсии и без нее является актуальным. Ограниченная конверсия может предполагать также ограничение на число узлов с полной конверсией или ограничение на диапазон длин волн, в которые данная длина волны может быть преобразована (limited-range conversion).
Далее в главе вычисляются вероятности блокировок маршрутов сети при ограниченной конверсии для фиксированной маршрутизации. Этот метод может быть использован для различных сетевых топологий.
Будем рассматривать модель блокировок в реальном времени с доступной длиной волны или отсутствием доступной длины волны для передачи данной заявки, что соответствует, например, установлению соединения в сети с коммутацией каналов. Примем следующие допущения: - 15 1) В каждый узел сети поступает пуассоновский поток запросов (заявок) с интенсивностью a на установление соединений передачи данных; 2) Время удержания заявки распределено экспоненциально с параметром ju = 1; 3) Заявка, которая не может быть маршрутизирована в сети, блокируется и теряется, не оказывая влияния на функционирование сети; 4) Число длин волн любого звена сети равно W; 5) Длины волн назначаются случайно поступающим в узел сети заявкам из всех доступных длин волн; 6) Рассматриваются соединения «точка-точка».
Аналитическая модель ограниченной конверсии длин волн в узле сети
Предположим, что преобразование длины волны в узле сети не является изменением круговой симметрии. В известных работах данное допущение круговой симметрии определяло круговую замкнутость диапазона длин волн и возможность ограниченной конверсии длин волн без учета границ диапазона (рис.1.1 а). Отсутствие круговой симметрии определяет возможность преобразования входящей длины волны Дi в следующие выходящие длины волн: A1,...,Ai,...,Ai+d , при i d ; Л,i ,...Д,...Д+d, при d i W-d и Xl_d,...,Xl,...,Xw при i W-d, где d показатель конверсии (рис.1.1 б).
Рассмотрим маршрут R = (1,2,...,N) , состоящий из N звеньев множества звеньев = {1,2,...,j} сети, последовательно соединяющих узлы сети, и Х, где i = 1,...,N, случайная величина (СВ), определяющая число свободных длин волн на і -м звене, аls- СВ, определяющая число свободных длин волн на всем маршруте. Здесь и далее для упрощения записи без ограничения общности предполагается, что звенья маршрута R пронумерованы.
Построение системы массового обслуживания в виде модифицированной модели Энгсета, вывод и решение системы уравнений равновесия
Полностью оптические сети состоят из оптических волокон, объединенных динамически контролируемыми кроссами (т.е. коммутаторами, выбирающими длины волн), которые предоставляют полностью оптический транспорт между узлами сети. Таким образом, соединения на оптическом уровне являются коммутируемыми, и ограниченная способность по взаимодействию между узлами, наблюдаемая на оптическом уровне, может быть преодолена с помощью статического задания маршрутизации пакетов, что позволяет увеличить возможности взаимодействия между пользователями при рассмотрении виртуальных каналов.
Вместе с маршрутизацией по длине волны конверсия длин волн является важной составляющей обеспечения масштабируемости и улучшения функционирования полностью оптических сетей и является одним из существенных свойств многозвеньевой сети. В сети без конверсии длин волн в узлах, два пользователя взаимодействуют между собой, используя одну и ту же длину волны на каждом звене (волокне) маршрута между ними. Конверсия длин волн вносит большую гибкость в установление соединений между пользователями, позволяя использовать для установления соединения различные длины волн на маршруте. При использовании конверсии длин волн в узлах для установления соединения между парой узлов сети достаточно того, чтобы на каждом звене маршрута существовало хотя бы по одной свободной длине волны. Конверсия длин волн снимает требование наличия одной и той же свободной длины волны на каждом из звеньев маршрута и тем самым уменьшает вероятность блокировки заявки.
В оптических сетях для задержки на заданное время оптического сигнала без изменения его формы применяют линии задержки. Линии задержки (ЛЗ) необходимы для применения в аппаратуре связи, для временного уплотнения передаваемой информации [79].
Волоконно-оптические ЛЗ (FDL - Fibre Delay Line) можно условно разделить на пассивные и активные. Пассивные ЛЗ предназначены для задержки оптического сигнала на заданное время, используя для задержки оптическое волокно. Активные ЛЗ предназначены для задержки высокочастотных сигналов на заданное время.
Пассивные линии задержки широко применяются в оптических сетях [83]. В данной главе будет рассматриваться полностью оптическая конверсия длин волн. Будем предполагать, что преобразование длин волн осуществляется оптическим путем конвертерами длин волн, совмещенными с сетевыми коммутаторами. Дополнительно будем предполагать наличие волоконно-оптической линии задержки перед каждым звеном оптической сети. Цель главы раскрыть влияние эффекта конверсии длин волн на работу оптических сетей с различными топологиями с учетом оптических ЛЗ. В главе будет рассмотрен вопрос о зависимости работоспособности сети (вероятности блокировки сети и маршрутов) от количества переприемов в соединении и от числа длин волн в оптическом звене.
В данной главе разрабатывается приближенный метод вычисления вероятностей блокировок оптоволоконной сети. - 33 2.1.1. Построение и анализ модели Предлагается аналитическая модель для нахождения вероятности блокировки маршрута сети, как без возможности преобразования длин волн в узле, так и с полным преобразованием длин волн. В устройстве передачи перед звеном имеются оптические ЛЗ, которые для удобства будем называть буферным накопителем (БН). БН обеспечивает задержку заявки в течение фиксированного времени.
В модели, в целях упрощения анализа предполагается не детерминированное, а экспоненциально распределенное время пребывания в буфере со средним, равным указанному фиксированному значению. Таким образом, БН моделируется дополнительной группой приборов, называемой БН для упрощения. Предполагается также, что нагрузки на звенья сети независимы.
Интенсивность поступающего пуассоновского потока на звено / есть Ц, а время обслуживания распределено по экспоненциальному закону с параметром /л , тогда нагрузка на звено / равна р. =Ц1 /л , i = \,J . В случае занятости всех длин волн звена заявка буферизуется в БН конечной емкости г, причем время пребывания заявки в БН распределено экспоненциально с параметром ju0 (рис.2.1). По окончании этого периода заявка занимает свободную длину волны, при ее наличии, либо блокируется и теряется, не оказывая влияния на поступающий поток заявок.
Независимость нагрузки между звеньями является очень важным предположением. Точность модели, построенной при этом предположении, зависит от топологии сети и модели трафика. Предполагается статическая маршрутизация. Динамическая маршрутизация дает большую производительность, но ее анализ очень трудоемок. В данной главе проводится анализ показателей эффективности оптической сети при наличии и отсутствии полной конверсии длин волн в узлах.
Анализ вероятностей блокировок коммутатора оптической сети при предоставлении услуг различного качества
Результаты исследований проиллюстрируем на следующих примерах. На рис.3.6 для обеих моделей со структурными параметрами V = 4,N = 6 , JUX=JU2 показаны кривые зависимости вероятностей блокировок от интенсивности предложенной нагрузки. Из рис.3.6 видно, что процесс выгрузки блокированной нагрузки в оптическом коммутаторе ОСКП приводит к уменьшению потерь нагрузки и, следовательно, к большей производительности сети.
Необходимо заметить, что вторая модель дает лучшее приближение для расчета ВВХ за счет учета состояния выгрузки заблокированной нагрузки.
На рис.3.7 для рассмотренных моделей с параметрами V = 3, N = 8, fix = /л2 показаны кривые зависимости вероятностей блокировок от интенсивностей поступающей нагрузки в системы, а на рис.3.8 и рис.3.9 для второй модели с условием V = 2,N = 8,p1 Ф ju2 показаны кривые зависимости вероятностей блокировок от интенсивностей поступления заявок в системы.
Из рис.3.7 видно, что модель 2 приводит к уменьшению вероятности потерь по времени и по вызовам. Показано, что вероятности потерь по вызовам и по нагрузке полностью совпадают. отражает зависимость ВВХ в случае, когда интенсивность выгрузки для источников меньше интенсивности обслуживания прибором. Для данного соотношения вероятность потери по нагрузке становится больше. Как видно из рис.3.9 для второй модели соотношение jd1 ju2, приводит к уменьшению вероятности потери по
Для предоставления современных услуг в реальном времени с гарантированным качеством (QoS) на современной оптической сети с коммутацией пакетов должны быть реализованы механизмы гарантирования QoS [2, стр.331]. Существующие на сегодняшний момент услуги передачи с наилучшим возможным качеством (best-effort) не гарантируют необходимого QoS для большинства современных приложений (например, видео в реальном времени, телемедицина или интерактивные игры). При этом существует большое количество услуг, например, электронная почта и приложения передачи файлов, для передачи данных которых достаточно качества best-effort. Для мультисервисных сетей в [42, 56] подробно освещены особенности моделирования, анализа схем распределения ресурсов и оценки показателей качества обслуживания заявок.
Перейдем к рассмотрению механизмов обеспечения качества предоставления услуг оптическим коммутатором [94]. Качество услуг можно предоставлять за счет различных режимов работы коммутаторов оптической сети. В данном разделе проводится анализ вероятностей блокировок применяемых в оптической сети коммутаторов при выделенных пулов длин волн для передачи трафика данных различных классов качества с учетом механизма освобождения входных каналов передачи данных от информации.
Пакет данных, поступивший с входной длины волны в коммутатор в момент занятости требуемой выходной длины волны, что соответствует ее состоянию "1" блокируется и начнет выгружаться из входного канала , передачи данных, при этом входная длина волны будет находиться в состоянии "2" выгрузки и только после ее окончания освобождается и переходит в состояние "0". Выделим два класса услуг: - класс 2: низший приоритет, не требующий передачи данных в реальном времени.
Пусть для услуг классов 1 и 2 выделен пул длин волн V1, а для класса услуг 1 выделен пул V2, причем V1+V2=V (см. рис. 3.10).
В модели будем предполагать наличие N независимых источников заявок. Здесь и далее под заявкой подразумевается пакет данных, причем пакету данных услуги класса / будет соответствовать / - заявка, і = 1,2.
Примем следующие допущения: В коммутатор с каждого из N источников, находящихся в свободном состоянии, поступают пуассоновские потоки 1- и 2-заявок с интенсивностями 1 и є2, соответственно. Поступающая заявка мгновенно займет одну из свободных выходных длин волн, если они имеются, а источник перейдет в состояние "1"- занято. Если свободные длины волн отсутствуют, заявка блокируется и будет выгружаться из источника, при этом он переходит в состояние "2". Таким образом, при поступлении 1-заявки и занятости V длин волн она блокируется и начнет выгружаться из источника (входного канала передачи данных), при этом входная длина волны будет находиться в состоянии "2" выгрузки и только после ее окончания перейдет в состояние "0". При поступлении 2-заявки и занятости пула длин волн V1 она блокируется и начнет выгружаться из источника, при этом источник будет находиться в состоянии "2" выгрузки, и только после ее окончания перейдет в состояние "0" . Вероятность занятости всех V = WF длин волн обозначим pv.
Предлагаемая мультисервисная модель с N источниками, V выходными длинами волн, N-ma Vl,i) виртуальными местами (заблокированные источники) для выгрузки получивших отказ заявок и выделенным общедоступным пулом длин волн Vx (см. рис.3.10, в) является СМО, которую, следуя [2, гл.3], будем обозначать
