- •Сборник методических указаний к лабораторным работам
- •Лабораторная работа №1 оценка эффективности цсио
- •Цели и задачи самостоятельной работы:
- •Теоретические сведения.
- •Порядок выполнения работы
- •Содержание отчета
- •Контрольные вопросы:
- •Лабораторная работа №2 графовая трактовка задачи оптимизации
- •Цели и задачи самостоятельной работы:
- •2. Теоретические сведения.
- •Порядок выполнения работы
- •Содержание отчета
- •Контрольные вопросы:
- •Лабораторная работа №3 транспортная система цсио с коммутацией каналов
- •Цели и задачи самостоятельной работы:
- •Теоретические сведения.
- •Порядок выполнения работы
- •Содержание отчета
- •Контрольные вопросы:
- •Лабораторная работа №4 пакетная транспортная система
- •Цели и задачи самостоятельной работы:
- •Теоретические сведения.
- •Порядок выполнения работы
- •Содержание отчета
- •Контрольные вопросы:
- •Лабораторная работа №5 гибридная транспортная система
- •Цели и задачи самостоятельной работы:
- •Теоретические сведения.
- •Порядок выполнения работы
- •Содержание отчета
- •Контрольные вопросы:
- •Лабораторная работа №6 макромодель сети связи
- •Цели и задачи самостоятельной работы:
- •Теоретические сведения.
- •Компоненты макромодели
- •Порядок выполнения работы
- •Содержание отчета
- •Контрольные вопросы:
- •Лабораторная работа №7 модель расчета смешанных (приоритетных) потоков
- •Цели и задачи самостоятельной работы:
- •Теоретические сведения.
- •Порядок выполнения работы
- •Содержание отчета
- •Контрольные вопросы:
- •Лабораторная работа №8 использование нелинейного программирования для оптимизации цсио (метод штрафных функций)
- •Цели и задачи самостоятельной работы:
- •Теоретические сведения.
- •Порядок выполнения работы
- •Содержание отчета
- •Контрольные вопросы:
- •Лабораторная работа №9 прикладные структурно-сетевые задачи оптимизации цсио. Поиск минимально необходимых производительности и пропускной способности
- •Цели и задачи самостоятельной работы:
- •Теоретические сведения.
- •Порядок выполнения работы
- •Содержание отчета
- •Контрольные вопросы:
Порядок выполнения работы
Изучить теоретические положения;
Составить алгоритм и фрагмент программы решения задачи на языке Паскаль
Ответить на контрольные вопросы;
Оформить отчет.
Содержание отчета
Номер и название работы;
Цели и задачи работы;
Конспект теоретических сведений;
Ответы на контрольные вопросы;
Результаты и выводы.
Контрольные вопросы:
Чем характеризуется пакетная транспортная система?
Какие процессы в узлах коммутации (УК) влияют на вероятностно-временные характеристики (ВВХ)?
Как рассчитываются компоненты вектора ?
Какой вид имеет функция распределения времени пребывания речевого пакета в ПТС?
Какую возможность обеспечивает БКП?
Лабораторная работа №5 гибридная транспортная система
Цели и задачи самостоятельной работы:
Ознакомление с гибридной транспортной системой. Ознакомление с критериями качества для оценки эффективности различных методов ГТС. Приобретение навыков расчета вероятностно-временных характеристик разнородного трафика на основе моделей систем ГК.
Теоретические сведения.
Гибридная транспортная система (ГТС) ЦСИО характеризуется тем, что транспортное соединение для нагрузки, требующей изохронной передачи (речь, факсимиле, телеметрия и т. д.), или нагрузка 1-го класса осуществляется проключением канала передачи, аналогичным режиму виртуальной коммутации каналов. Это приводит к отсутствию соревнования за физический ресурс сети в течение всего времени существования транспортного соединения. При этом паузы в речевом трафике могут как уплотняться, так и не уплотняться потоком данных. Возможны варианты высокоскоростных ГТС с уплотнением речевых соединений речевыми соединениями, построенными на принципах буферированной TASI. Нагрузка, не требующая изохронной передачи (данные, диалог, файлы и т.д.), или нагрузка 2-го класса в ГТС обслуживается обычно в пакетном режиме (с образованием очередей на сетевом уровне).
К наиболее эффективным ГТС относятся системы с подвижной логической (или физической) границей в цикле уплотнения между нагрузкой обоих классов и уплотнением в речевом потоке данными (ГКПП, ГКЗП). Для нагрузки 1-го класса в этих ГТС осуществляется транспортный (прозрачный по времени) режим работы. В силу того что в транспортных системах исключается образование очередей на сетевом уровне для нагрузки 1-го класса, задержка для этой нагрузки в этих системах постоянна и не зависит от ее величины. Она определяется только скоростью передачи в цифровом тракте.
Основой ГТС служат системы ГК. Наиболее эффективная система ГК — система АК, разработанная в СССР С.И.Самойленко превосходит системы ГКФП, ГКПП и ГКЗП. Наиболее близка по принципам реализации к АК система ГКПП. При ГКПП кадр, передаваемый по трактам сети, содержит две информационные зоны: коммутации каналов и коммутации пакетов. Порог между этими зонами может смещаться в сторону КК, если в данный момент не все позиции зоны КК заняты для соединений в режиме КК. В сторону КП граница смещаться не может, так как в этом случае возможны ситуации полного прекращения передачи пакетов.
При АК возможна передача информации в трех режимах: КП, коммутации каналов высокого приоритета (ККВ) и коммутации каналов низкого приоритета (ККН).
Кадр АК содержит две информационные зоны приоритетного заполнения. В зоне КП/ККН высшим приоритетом обладает КП, низшим ККН. В этой зоне коммутируемый канал низкого приоритета может быть организован лишь при условии недогрузки в режиме КП. При увеличении нагрузки КП каналы низкого приоритета могут быть разорваны по инициативе перегруженного узла сети или в этих каналах может вестись передача с переменной скоростью, зависящей от интенсивности поступления пакетов.
В зоне ККВ/КП/ККН наивысшим приоритетом обладают ККВ, при отсутствии ККВ позиции этой зоны могут заниматься пакетами и при недогрузке в режиме КП каналами низкого приоритета.
Граница зон в режиме АК может смещаться вправо и влево. Кроме того, при АК предусматривается возможность заполнения пакетами пауз между сообщениями в ККВ и ККН. Служебная информация по организации и ликвидации каналов при АК передается в режиме КП. В кадр включается служебная информация, определяющая границы между пакетами, передаваемыми в данном кадре, сведения о завершенности последнего пакета, содержащегося в кадре, а также информация об изменении состояния передачи в закоммутированных каналах, в частности границы пауз.
Основным критерием для оценки эффективности сравниваемых методов при передаче речи считают объем пропускной способности тракта, требуемый для реализации одного речевого канала. Метод коммутации более предпочтителен, если для передачи одного речевого канала требуются меньшие затраты пропускной способности тракта.
Избыточная служебная информация при АК включает три компоненты: избыточность, связанная с организацией и ликвидацией коммутируемого канала; служебная информация, используемая для формирования кадров АК, а также служебная информация, определяющая границы пауз в речевом канале.
Общий объем полезной и служебной информации, передаваемой за одну сессию, определяется так :
, (5.1)
где Тс — продолжительность речевой сессии; — объем служебной информации, затрачиваемой на организацию и ликвидацию коммутируемого канала в режиме АК; — удельный объем служебной информации в кадрах АК, приходящейся на один коммутируемый канал; — среднее число кадров АК в речевой сессии; rф — объем служебной информации, необходимый для определения границ одного фрагмента в речевом канале при АК; Nф — среднее число речевых фрагментов в сессии; — доля пауз между речевыми фрагментами.
В каждом кадре АК передается МАК знаков речевой последовательности, содержащих по mАК битов каждый. Следовательно, общее число кадров АК, необходимых для передачи бит речевой последовательности, равно
. (5.2)
Относительная избыточность кадра АК , приходящаяся на речевой канал, составляет
, (5.3)
где — избыточность кадра АК, бит; МАК — число позиций знаков кадра, относящихся к одному речевому каналу; LАК — общее число информационных позиций кадра.
Среднее число фрагментов речи за время сессии может быть определено из условия
(5.4)
Тогда требуемый объем пропускной способности тракта для передачи речевого сообщения при АК равен
, (5.5)
где lAK — длина информационной части кадра АК, бит.
Для передачи речевого сообщения при ГКФП и ГКПП объем пропускной способности тракта определяется так:
, (5.6)
,
где — объем избыточности в кадрах ГКФП и ГКПП; — число информационных битов в кадрах ГКФП и ГКПП; - объем служебной информации, связанной с организацией и ликвидацией сессий при ГКФП и ГКПП соответственно.
Для более детального исследования систем ГК используют методы теории массового обслуживания. Системы ГК формализуют системами массового обслуживания.
Наиболее распространенной в литературе моделью, описывающей системы ГК, является следующая модель СМО.
Имеется линейное обслуживающее устройство (N + S), на которое поступают два простейших потока заявок.
Первый — поток телефонных вызовов или сообщений имеет интенсивность и среднее время обслуживания одного вызова . Второй — поток пакетов данных, имеет интенсивность и среднее время обслуживания пакета . Заявки первого потока могут обслуживаться только на приборах с номерами с 1-го по N-й, заявки второго — на приборах с номерами с (N+1)-го по (N+S)-й при ГКФП, а при ГКПП так же на приборах с номерами с 1-го по N-й, не занятых в данный момент обслуживанием заявок первого потока. В случае ГКЗП к двум возможным состояниям временного канала в режиме КК (отсутствие или наличие соединения) добавляется третье состояние — паузы при наличии соединения. Заявки первого потока обслуживаются по системе с отказами, заявки второго — по системе с ожиданием.
На практике, как правило, , поэтому с большой степенью точности решение задачи нахождения вероятности потери заявки первого типа дает В-формула Эрланга для вероятности блокировки СМО типа M/M/N/O.
Для анализа систем ГК используют как точные — численные методы расчета, так и приближенные. Многочисленные примеры ГТС и возможные методы расчета их характеристик можно найти в работе, а также в обзоре.
Приближенные методы расчета позволяют получить качественные характеристики множества возможных конфигураций ЦСИО с ГК, необходимые для сравнения и принятия решения при проектировании. В качестве примера приведем приближенный метод расчета среднего времени пребывания пакета в системе ГКФП, ГКПП и ГКЗП. Процесс обслуживания пакетов рассматривается в моменты времени, соответствующие началу временного сегмента. Пакеты данных поступают на однолинейное обслуживающее устройство, которое включено с вероятностью и выключено с вероятностью . Если обслуживающее устройство выключено, пакеты ставятся в очередь. Значение вероятности зависит от i-го способа ГК. Среднее время пребывания пакета в системе определяется так:
(5.7.)
где ,
,
,
I — число канальных интервалов, необходимых для передачи одного пакета; — доза пауз при передаче телефонного сообщения; [х] — большее целое х; t — время передачи пакета.
Адекватной моделью систем с ГК и АК являются СМО, функционирующие в случайной среде. Рассмотрим одну [47] из интересных моделей ГК, отличающихся строгостью исследования.
Имеется случайный процесс , принимающий значения в множестве {0, 1, ..., п}. Имеется также однолинейная СМО с ожиданием, функционирование которой зависит от состояний процесса следующим образом. Во время нахождения процесса в состоянии i в СМО поступает поток требований с экспоненциальным (с параметром ) распределением интервалов между моментами поступления. Поступающие требования (пакеты) имеют длину с распределением Bi(t). Обслуживание требований ведется со скоростью . Интересующими нас характеристиками являются распределения суммарной длины требований в СМО и виртуального времени ожидания, в частности первые моменты этих распределений.
Под состоянием i процесса понимаем наличие в кадре (предполагается, что рассматривается принцип ипмпульсно-кодовой модуляции с временным уплотнением) п-i свободных окон, отведенных для передачи речи (речью будем называть все виды информации, передаваемой в сети в режиме КК). При ГК окно считаем свободным, если соответствующий логический канал не занят обслуживанием разговора, при АК — если логический канал не занят разговором или занят, но в данный момент идет пауза в разговоре. Если считать, что в кадре п окон отдано для передачи речи, т — для передачи данных, в одном окне может быть передано R единиц длины данных, и что граница в кадре может смещаться только в пользу данных, то при наличии п-i свободных речевых окон имеем
. (5.8)
В состоянии i процесс находится в течение времени, имеющего показательное распределение с параметром , после чего с вероятностью Pl он переходит в состояние l, .
Для СМО описанного вида получим следующий результат. Пусть W*(t )—суммарная длина требований в системе в момент t, тогда
, (5.9)
так как F(l, x) — стационарное совместное распределение процессов и W*(t), Ф(1, s )—его преобразование Лапласа—Стилтьеса. Функция Ф(1, s) определяется следующим образом:
, (5.10)
где ,
.
Величины F(I, +0) находятся из системы линейных алгебраических уравнений:
,
, (5.11)
где ,
, ,
,
где - корни уравнения в области Re s>0, и . Средняя суммарная длина L(l) требований в системе при условии, что в данный момент среда находится в состоянии l, равна
, (5.12)
.
Рассмотренные модели систем ГК могут быть использованы для расчета вероятностно-временных характеристик разнородного трафика и далее в задачах оптимизации структуры ЦСИО.