
- •Математические модели в сетях связи Экзаменационные вопросы и ответы
- •1. Моделирование сетей связи, задачи моделирования, виды моделей. Математические модели сетей связи: назначение, области применения (предметная область).
- •Структура сети связи
- •2. Сеть связи как система массового обслуживания. Основные процессы в сети связи, показатели (параметры) функционирования сети связи.
- •3. Показатели качества обслуживания трафика. Понятия потерь (для сетей с кк и кп), задержки доставки данных, вариации задержки (джиттера).
- •4. Обозначения систем массового обслуживания по Кендаллу-Башарину.
- •5. Модель трафика как потока заявок. Понятие случайного потока. Характеристики потока.
- •6. Простейший поток заявок – математическая модель, основные свойства простейшего потока.
- •7. Случайный процесс. Понятие самоподобного трафика, коэффициент Херста, метод оценки коэффициента Херста.
- •8. Понятие абонентской нагрузки. Удельная абонентская нагрузка. Поступающая (производимая), обслуженная, потерянная нагрузка.
- •9. Модель сети с кк как системы массового обслуживания: система м/m/V при дисциплине обслуживания с потерями. Постановка задачи, оценка потерь в сети связи, 1 формула Эрланга.
- •10. Сети с кп. Дисциплины обслуживания заявок (пакетов), модели обслуживания, показатели качества. Система м/m/V (до с ожиданием), 2 формула Эрланга.
- •11. Формула Полячека-Хинчина. Область применения, параметры. Частные случаи для моделей m/m/1 и m/d/1. Время ожидания в очереди, время доставки сообщения (пакета).
- •Свертка:
- •16. Измерения параметров трафика. Объекты измерений, анализируемые параметры, план измерений.
- •Объект измерений:
- •17. Точечные оценки параметров (математическое ожидание и др.).
- •18. Интервальные оценки параметров трафика (доверительные интервалы).
- •19. Гистограммы. Интервалы между пакетами, длина пакетов. Смысловое значение гистограмм. Функции плотности вероятности и функции распределения.
- •20. Имитационное моделирование. Принцип построения дискретных событийных моделей. Упрощенная структура системы моделирования и алгоритм функционирования.
- •21. Получение потока событий с заданными свойствами. Получение случайных чисел с заданной функцией распределения. Метод обратной функции.
- •22. Расчет необходимой пропускной способности канала (линии связи) на примере услуг VoIp.
- •23. Задачи динамического программирования. Общее определение подхода к решению задачи. Пример постановки задачи, решаемой методом динамического программирования.
- •24. Постановка задачи выбора оптимальной структуры сети (минимальной протяженности линий). Алгоритмы поиска кратчайшего остова графа. Алгоритм Краскала.
- •25. Постановка задачи выбора оптимальной структуры сети (минимальной протяженности линий). Алгоритмы поиска кратчайшего остова графа. Алгоритм Прима.
- •26. Постановка задачи оптимального размещения оборудования в сети, заданной графом. Минимум расстояний до всех вершин графа (узлов сети) – поиск центра графа.
- •27. Постановка задачи оптимального размещения оборудования в сети, заданной графом. Минимум суммы расстояний до всех вершин графа (узлов сети) – поиск медианы графа.
- •28. Кластерный анализ, постановка задачи кластеризации. Алгоритм forel.
- •29. Кластерный анализ, постановка задачи кластеризации. Алгоритм k-средних.
- •30. Надежность сети связи, общие определения. Коэффициент готовности сети связи.
- •31. Надежность простейших сетевых структур. Оценка коэффициента готовности (вероятности исправного состояния) для параллельной и последовательной структур, метод декомпозиции.
- •36. Задачи прогнозирования развития технологий связи (проникновения). Основные характеристики уровня развития. Логистическая модель прогнозирования (логистическая регрессия).
- •38. Пример постановки задачи оптимизации надежности сети связи (максимум надежности).
- •39. Задачи оптимизации. Безусловная оптимизация. Условная оптимизация.
- •40. Экстремумы функций: определения локального и глобального экстремумов.
- •41. Безусловная оптимизация. Необходимые и достаточные условия существования экстремума функции нескольких переменных.
- •42. Условная оптимизация. Метод множителей Лагранжа.
- •43. Условная оптимизация. Условия Каруша-Куна-Таккера.
- •44. Численные методы оптимизации. Общая структура алгоритма. Привести примеры численных методов условной и безусловной оптимизации.
- •45. Оптимизация функции одной переменной. Метод дихотомии.
- •46. Оптимизация функции одной переменной. Метод золотого сечения.
- •47. Оптимизация функции нескольких переменных. Безусловная оптимизация. Покоординатный спуск.
- •48. Оптимизация функции нескольких переменных. Безусловная оптимизация. Симплекс метод Нелдера-Мида (поиск по деформируемому многограннику).
- •49. Оптимизация функции нескольких переменных. Условная оптимизация. Метод штрафных функций.
- •50. Оптимизация функции нескольких переменных. Невыпуклые функции. Эволюционный метод (генетический алгоритм).
4. Обозначения систем массового обслуживания по Кендаллу-Башарину.
A |
B |
C |
K |
N |
D |
Поступающий поток вызовов |
Закон распределения времени обслуживания |
Структура системы обслуживания (число обслуживающих устройств) |
Дисциплина обслуживания |
Способ выбора из очереди |
Сведения о порядке выбора свободного канала |
M — простейший поток D — детерминированный поток Ek — поток Эрланга GI — общий вид распределения |
M — простейший поток D — детерминированный поток Ek — поток Эрланга G — общий вид распределения |
S — любая структура V — число приборов |
LL (lossless) — без потерь L (loss) — с явными потерями W — с ожиданием R — с повторением |
SP — равновероятный FF — первым пришел, первым ушел LF — последним пришел, первым ушел PR — приоритетный |
S — последовательный R — случайный |
5. Модель трафика как потока заявок. Понятие случайного потока. Характеристики потока.
Поток трафика (пакетов, вызовов, …) — последовательность событий, происходящих через какие-либо интервалы или в какие-либо моменты времени.
Следует различать детерминированный и случайный потоки вызовов.
Детерминированный поток вызовов — последовательность вызовов, в которой вызовы поступают в определенные, строго фиксированные неслучайные моменты или через определенные, строго фиксированные, неслучайные промежутки времени.
Случайный поток вызовов отличается от детерминированного тем и только тем, что моменты поступления вызовов и промежутки времени между вызовами являются не строго фиксированными, а случайными величинами.
Детерминированные потоки являются частным случаем случайных потоков.
В теории массового обслуживания и теории телетрафика основное внимание уделяется рассмотрению случайных потоков вызовов.
Поток вызовов может быть определен тремя эквивалентными способами:
-
Последовательностью моментов времени
;
-
Последовательностью промежутков времени между моментами событий
;
-
Последовательностью чисел
, определяющих количество вызовов, поступающих в течение заданных отрезков времени
,
,...,
.
Для задания случайных потоков, как и любых других случайных величин и процессов, используются функции распределения.
Функция распределения вероятностей некоторой случайной величины X:
Математическое
ожидание числа вызовов, поступающих
в интервале времени
,
называется ведущей функцией потока.
Это неотрицательная, неубывающая
функция, и в практических задачах
принимает конечное значение.
Потоки с непрерывной ведущей функцией называются регулярными, а со ступенчатой сингулярными.
Свойства потока:
-
Стационарность. Поток вызовов является стационарным, если при любом
совместный закон распределения числа вызовов за промежутки времени
,
,...,
зависит только от длины промежутков
времени и не зависит от момента
.
Т.е. независимо от того, где на оси времени
расположен промежуток времени
,
вероятность поступления
вызовов одна и та же.
Другими словами, вероятность
появления
событий за промежуток времени длительностью
есть функция, зависящая только от
и
(и не зависящая от начала отсчета).
-
Ординарность. Обозначим через
вероятность поступления
и более вызовов за промежуток
. Поток вызовов является ординарным, если при
:
Другими словами, появление двух или более событий за малый промежуток времени практически невозможно.
-
Отсутствие последействия. Поток вызовов является потоком без последействия, если вероятность поступления
вызовов за промежутки
,
не зависит от вероятностного процесса поступления вызовов до момента
.
Другими словами, вероятность
появления
событий в любом промежутке времени не
зависит от того, появлялись или не
появлялись события в моменты времени,
предшествующие началу рассматриваемого
промежутка.
Характеристики потоков заявок
Основные характеристики потока вызовов:
-
Ведущая функция потока — математическое ожидание числа вызовов, поступающих в промежутке времени
-
Параметр потока — характеристика потока вызывающих моментов, которая относится не ко всему отрезку
, а лишь к фиксированному моменту
. Предел отношения вероятности поступления хотя бы одного вызова за время
к длине этого отрезка времени
:
Параметр потока есть плотность вероятности
наступления вызывающего момента в
момент
.
Тогда вероятность поступления одного
и более вызовов за время
:
Для стационарного потока, вероятность
поступления определенного числа вызовов
за некоторый промежуток времени одна
и та же и не зависит от месторасположения
на оси времени этого промежутка.
Следовательно, и плотность вероятности
поступления вызовов стационарного
потока, т. е. его параметр
,
есть величина постоянная, не зависящая
от момента t, т. е.
:
-
Интенсивность потока — математическое ожидание числа вызовов, поступающих в единицу времени.