- •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:
Что приобретает первостепенное значение при построении средств проектирования ЦСИО?
Какие различают области применения ППП?
В чем заключается сущность метода логического анализа проблем ПАБЛА?
Какие ограничения включает система ?
Что означает оператор g1?
Какие наименования входят в класс ССЗ Субзадачи?
Лабораторная работа №3 транспортная система цсио с коммутацией каналов
Цели и задачи самостоятельной работы:
Ознакомление с транспортными системами разных типов. Ознакомление с математической постановкой транспортной системы ЦСИО с КК. Приобретение навыков расчета коэффициента выигрыша от применения быстрой коммутации каналов.
Теоретические сведения.
По способу предоставления пользователям основного физического ресурса сети — пропускной способности каналов связи — транспортные системы ЦСИО могут быть трех типов: транспортные системы (ТС), предоставляющие каждому пользователю пропускную способность каналов вне зависимости от типа трафика на все время сеанса связи (так называемые ТС с “жестким” закреплением физических ресурсов за соединением); ТС, предоставляющие каждому пользователю пропускную способность каналов на коллективной основе с поддержанием режима соревнования за этот ресурс между пользователями для всех типов трафика (так называемые TС с “нежестким” закреплением физических ресурсов за соединением); ТС смешанного (гибридного) типа, где для нагрузки, требующей изохронной передачи (речь, факсимиле, телеметрия и т.д.), организуется режим, характерный для ТС 1-го типа, а для нагрузки, не требующей изохронной передачи (данные, диалог, файлы и т. д.), режим, характерный для ТС 2-го типа.
Транспортная система ЦСИО с КК — ТС 1-го типа. В ТС ЦСИО с КК сеансу передачи информации предшествует фаза установления соединения между абонентами, ВВХ которой, зависят от входной нагрузки сети, длительности сеанса связи и т.п. и определяют оперативность сети по обслуживанию абонентов. В сети общего пользования реализуется ТС КК с возможной потерей запроса на установление соединения, если в требуемом направлении отсутствуют свободные каналы.
Качество обслуживания оценивается по значению вероятности потери заявки на установление соединения P(S). Вероятность P(S) определяется B-формулой Эрланга для вероятности блокировки системы массового обслуживания (СМО) типа M/M/S/0, которая формализует процесс обслуживания системы КК, когда на полнодоступный пучок каналов емкостью S поступает пуассоновский поток вызовов интенсивностью ; длительность занятия канала имеет экспоненциальное распределение с параметром ( — интенсивность обслуживания); число мест ожидания равно нулю:
(3.1)
Возможна реализация ТС с КК в режиме ожидания заявок на установление соединения от источника к адресату. В этом режиме от вызывающего абонента ближайшим УК принимается адрес получателя, с которым должно быть установлено соединение. По адресу начинается создание тракта (установление соединения) между вызывающим и вызываемым абонентами. Тракт составляется из каналов, соединяющих узлы коммутации. Если между какой-либо парой смежных УК, через которые должен пройти тракт, свободный канал отсутствует и нет обходного пути, то процесс создания тракта приостанавливается с сохранением уже созданной части тракта, а заявка на предоставление канала становится в узле коммутации в очередь. Когда канал сможет быть предоставлен заявке, процесс создания тракта будет продолжен.
Процесс установления соединения при КК с ожиданием характеризуется средним временем с момента поступления заявки в сеть до момента получения ответа от адресата, подтверждающего, что соединение установлено. Очевидно, величина для различных пар узлов “источник—адресат” будет отличаться и зависеть от количества и пропускных способностей каналов в пучке, интенсивностей потоков заявок, поступающих на оконечные устройства, длительности сеанса передачи информации и т.д. Поэтому оперативность ТС характеризуется матрицей средних значений времен установления соединения ( ) между парой групп абонентов, одна из которых подключена к узлу i, другая — к j. Оперативность ЦСИО в целом можно характеризовать усреднением по интенсивности информационных потоков всех величин :
,
где — интенсивность потока вызовов от абонентов, подключенных к узлу i, к абонентам, подключенным к узлу j.
Среднее время установления соединения между узлами i и j определяется из соотношения:
, (3.2)
где Wm — среднее время ожидания освобождения каналов на входах (узлах коммутации) т-й магистрали; Mij— номера магистралей, входящих в маршрут, по которому создается тракт между узлами i и j; b — число транзитных узлов в маршруте; tK — среднее время коммутации в узле входящего канала с исходящим; tc — среднее время извещения абонентов о том, что соединение установлено.
Характеристику Wm можно определить из второй формулы Эрланга как функцию
, (3.3)
где Sm — среднее время занятости канала т-й магистрали на установление соединения и передачу информации при экспоненциальном законе распределения этого времени; — средняя интенсивность пуассоновского потока заявок на входах т-й магистрали; hm — количество каналов, арендуемых в т-й магистрали.
Величина Sm определяется из соотношения
, (3.4)
где tП — среднее время сеанса передачи информации; aml — коэффициент увеличения продолжительности занятия канала т-й магистрали за счет ненулевой длительности ожидания освобождения канала 1-й магистрали, следующего за каналом т-й магистрали создаваемого тракта, а также ненулевой продолжительности времени коммутации в узле входящего канала с исходящим.
Коэффициент aml определяется для каждой пары магистралей:
, (3.5)
где — средняя интенсивность потока от i-го узла-источника к j-му узлу-адресату, передаваемого по маршруту, проходящему по каналам магистралей т и l в указанной последовательности.
Величина является суммой тех , для которых маршрут установления соединения между узлами i и j проходит через т-ю магистраль.
Последовательное вычисление по формулам (3.2) — (3.5) в обратном порядке с использованием метода последовательных (итерационных) приближений с начальным значением при условии , позволяет получить значение .
Однако величины характеризуют лишь оперативность ТС ЦСИО, не локализуя “узкие места” в сети, т.е. перегруженные пучки каналов. Для определения таких “узких мест” (с целью их устранения посредством увеличения количества арендуемых каналов в соответствующих магистралях или перераспределения части информационных потоков в обход этих магистралей) вычисляются следующие характеристики пучка каналов магистрали :
информационная нагрузка
, (3.6)
удельная информационная характеристика
, (3.7)
среднее время ожидания освобождения канала Wm.
Таким образом, постановка задачи анализа оперативности ЦСИО с КК в режиме ожидания состоит в вычислении по формулам (3.2) — (3.7) характеристик при заданных структуре ЦСИО маршрутах установления соединения между каждой парой (i, j) информационно-тяготеющих узлов, а также величинах tK, tC, tП, .
Одним из основных критериев для оценки эффективности способов коммутации считают [72] объем пропускной способности тракта, требуемый для реализации одного канала. Рассмотрим один из методов расчета [72] объема пропускной способности тракта, требуемого для реализации одного канала в ЦСИО с коммутацией и временным делением каналов, обладающего большой наглядностью.
Речевой канал определяется сессиями связи средней продолжительности ТС, в течение которой поступают фрагменты речи со скоростью передачи СР, бит/с.
Объем пропускной способности тракта, который требуется для передачи одной речевой сессии, можно определить соотношением
,
где V — объем данных (полезная и служебная информация, передаваемая в течение сессии, бит).
В течение сессии независимо от того, передается ли фрагмент речи или пауза, по тракту должна вестись передача со скоростью СР, бит/с. Следовательно объем данных, передаваемых при КК, определяется величиной
,
где — объем служебной информации, затрачиваемой для организации и ликвидации сессии КК, бит; — удельный объем служебной информации, затрачиваемой на организацию передачи кадров в режиме КК, относящийся к одному каналу, бит; —среднее число кадров в сессии.
Если предположить, что для одной сессии выделяется МКК позиций из общего числа LKK информационных позиций кадра и объем служебной информации в кадре составляет бит, то
,
где LKK — число информационных знаков в кадре; МКК — число знаков, выделяемых одному каналу КК.
С учетом этих определений объем пропускной способности тракта, требуемый для речевого канала при КК, равен
, (3.8)
Величина зависит от продолжительности сессии, скорости поступления речевой информации от источника и числа информационных битов, передаваемых для данного канала в одном кадре:
, (3.9)
где — число битов в одном знаке в режиме КК.
Подставляя (3.9) в (3.8), получим
, (3.10)
где — длина информационной части кадра КК, бит.
Одна из модификаций КК — быстрая коммутация каналов (БКК) предназначена в основном для абонентов, ведущих диалоговый обмен.
Способ БКК характеризуется тем, что при возникновении паузы в диалоге между абонентами производится разъединение соединения. При возникновении потребности в передаче информации последующее установление соединения происходит без повторного набора номера. Во время пауз абоненты, участвующие в диалоге, считаются занятыми для других абонентов.
БКК может быть реализован различными способами, которые по месту, где осуществляется управление разрывом физического соединения в паузах диалога, делятся на две категории: с инициативой от сети и с инициативой от оконечного оборудования данных (ООД).
Способ БКК с инициативой разрыва соединения от сети не нашел практического использования в ЦСИО из-за ряда серьезных недостатков. Во-первых, возможны потери некоторой части информации, обусловленные задержками при восстановлении канала. Эти потери, являясь допустимыми для речевой информации (система TASI), совершенно недопустимы при передаче данных. Во-вторых, возможно проявление свойства непрозрачности сети в отношении последовательности бит, заключающегося в невозможности передачи абонентами двоичных комбинаций, означающих паузы.
Способ БКК с инициативой разрыва от ООД может быть реализован в виде последовательности обычных вызовов, независимо осуществляемых на каждый фрагмент диалога по системе с отказами и повторными попытками. Один из основных недостатков данного варианта БКК — высокие требования к производительности управляющих устройств, возрастающие по сравнению с КК пропорционально среднему числу фрагментов в одном диалоге. Увеличения производительности можно избежать, если организовать для каждого диалога логическое соединение аналогично сети КП-В. Другой недостаток этого варианта — возможность получения отказов при восстановлении соединения после паузы диалога. Вариантом БКК, устраняющим этот недостаток, является обслуживание по системе с ожиданием фрагментов активности диалога.
Выигрыш в результате применения БКК оценивают коэффициентом К, характеризующим степень использования скорости группового тракта (ГТ) передачи:
, (3.11)
где — средняя интенсивность установления диалоговой связи одним абонентом; d — среднее число фрагментов в одном диалоге; l — средний объем запросного сообщения; N - число абонентов, использующих ГТ; и — соотношение средних объемов запросного и ответного сообщений; 0.5 — коэффициент, учитывающий полудуплексный режим обмена по дуплексному каналу; S, С — соответственно число и скорость передачи магистральных каналов, выбранные исходя из обеспечения требуемого времени ответа при осуществлении диалога.
Для определения предельно достижимого уровня использования каналов необходимо найти такую оптимальную пару {S, С}, при которой коэффициент К максимален. Основой для решения этой задачи является нахождение параметров среднего времени и дисперсии ожидания в системе массового обслуживания M/G/m.