- •Моделирование и оптимизации сетей связи
- •Содержание
- •Введение
- •1. Понятие оптимизации
- •2. Этапы оптимизации
- •3.2 Модели сети связи как СМО
- •3.2.2 Примеры аналитических модели сетей связи как (СМО)
- •Обозначения СМО по Кендаллу (Kendall’s notation)
- •M/M/V (ДО с потерями)
- •M/M/V (ДО с ожиданием)
- •Аппроксимация Клейнрока
- •3.2.4 Последовательность СМО
- •Пример последовательности СМО M/M/1
- •Оценка задержки и джиттера (IPTD, IPDV)
- •Потери пакетов данных (IPLR)
- •Ошибки в пакетах данных (IPER)
- •3.2.5 Потоки отличные от простейшего
- •Оценка коэффициента Херста и АКФ
- •Пример реализаций простейшего, самоподобного и антиперсистентного потоков
- •3.3 Модели надежности сети связи
- •Общие определения
- •3.5 Метод добавления-удаления (IE – inclusion-exclusion)
- •Выводы
- •3.4.2 Общая структура имитационной событийной модели
- •Функционирование событийной имитационной модели
- •3.4.3 Последовательности событий
- •Получение потока событий с заданными свойствами
- •Пример для экспоненциального распределения
- •Эмпирический закон распределения
- •On/off моделирование самоподобного потока
- •Примеры систем имитационного моделирования
- •Содержание
- •4.2 Надежность сети связи
- •5. Аналитические методы оптимизации
- •5.1 Экстремумы функции
- •5.2 Безусловная оптимизация
- •5.3 Условная оптимизация
- •5.3.2 Выпуклые функции
- •5.3.3 Условия Каруша-Куна-Таккера (ККТ)
- •6. Численные методы оптимизации
- •6.1 Общий алгоритм численных методов
- •Покоординатный спуск (пример)
- •6.3.2 Метод Хука-Дживса (поиск по образцу)
- •6.3.2 Метод Хука-Дживса (поиск по образцу)
- •Метод Хука-Дживса (пример)
- •6.3.3 Симплекс метод Нелдера-Мида (поиск по деформируемому многограннику)
- •Симплекс метод Нелдера-Мида (пример)
- •6.3.4 Комплексный метод Бокса (Условная оптимизация)
- •6.3.5 Метод штрафных функций (Условная оптимизация)
- •6.3.4 Некоторые другие методы оптимизации выпуклых функций
- •6.4 Стохастические методы
- •6.4.1 Слепой случайный поиск
- •6.4.2 Эволюционный метод (генетический алгоритм)
- •Генетический алгоритм
- •Генетический алгоритм (пример)
- •6.5 Динамическое программирование
- •Динамическое программирование (пример) размещение узла в сети связи
- •размещение узла в сети связи – поиск центра графа
- •размещение узла в сети связи – поиск центра и медианы графа
- •Литература
3.3.5 Метод включения-исключения (IE – Inclusion – Exclusion)
Пусть граф сети имеет l путей между заданными двумя узлами
E |
j |
Событие, которое заключается в том что все элементы пути Tj |
|
исправны |
Pr (E j ) = ∏pi
i Tj
Система из l работает, когда работает хотя бы |
|
|||||||
один путь |
|
|
|
|||||
3.5 Метод добавления-удаления (IE – inclusion-exclusion) |
||||||||
|
|
l |
|
|
|
|
|
Неравенства Бонферрони |
P = P |
|
|
E |
j |
|
|
|
|
r |
|
|
|
|
|
|
||
|
j=1 |
|
|
|
|
|
P ≤ S1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
l |
|
|
|
|
|
|
|
P ≥ S1 − S2 |
P = ∑(−1) |
k −1 |
Sk |
|
|||||
|
|
|
P ≤ S1 − S2 + S3 |
|||||
k =1 |
|
∑Pr (Ei1 Ei2 |
Eik ) |
|||||
Sk = |
|
P ≥ S1 − S2 + S3 − S4 |
||||||
|
|
|||||||
1≤i1≤i2≤ ≤ik≤l
33
Метод включения-исключения (пример)
|
|
|
|
|
|
|
|
Pr (MP1 ) = p1 p2 |
P1 |
|
|
|
P2 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
Pr (MP2 ) = p4 p5 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
P3 |
|
|
|
|
|
Pr (MP3 ) = p1 p3 p5 |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
Pr (MP4 ) = p2 p3 p4 |
P4 |
|
|
|
P5 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
S1 = Pr (MP1 ) + Pr (MP2 ) + Pr (MP3 ) + Pr (MP4 ) = p1 p2 + p4 p5 + p1 p3 p5 + p2 p3 p4
S2 = Pr (MP1MP2 ) + Pr (MP1MP3 ) + Pr (MP1MP4 ) + Pr (MP2 MP3 ) + Pr (MP2 MP4 ) + Pr (MP3 MP4 ) =
= p1 p2 p4 p5 + p1 p2 p3 p5 + p1 p2 p3 p4 + p1 p3 p4 p5 + p2 p3 p4 p5 + p1 p2 p3 p4 p5
S3 = Pr (MP1MP2 MP3 ) + Pr (MP1MP2 MP4 ) + Pr (MP1MP3 MP4 ) + Pr (MP2 MP3 MP4 ) =
= 4 p1 p2 p3 p4 p5
S4 = Pr (MP1MP2 MP3 MP4 ) = p1 p2 p3 p4 p5
P = S1 − S2 + S3 − S4 = p1 p2 + p4 p5 + p1 p3 p5 + p2 p3 p4 −( p1 p2 p5 + p1 p2 p3 p5 + p1 p2 p3 p4 +
+ p2 p3 p4 p5 + p1 p2 p3 p4 p5 ) + 2 p1 p2 p3 p4 p5
34
Выводы
•Оптимизация сети связи является комплексной задачей для решения которой требуется решение задач различного характера начиная с уровня элемента сети до уровня управления и планирования ее развития;
•Для решения задач на различных уровнях используются различные методы оптимизации, позволяющие решить задачи данного уровня.
•Для постановки задачи оптимизации требуются математические модели элементов сетей связи, позволяющие построить целевую функцию, т.е. построить зависимость некоторого параметра или параметров, отражающих эффективность, от значений параметров управления.
35
3.4Имитационное моделирование
3.4.1Дискретные событийные модели
•Имитационное моделирование - это метод исследования, при котором исследуемая система заменяется ее моделью, которая достаточно точно описывает ее свойства. Модель используется для проведения экспериментов.
Врезультате эксперимента получают данные, которые являются результатами измерений и подлежат статистической обработке для получения оценок численных значений исследуемых параметров.
•При построении имитационных моделей сетей связи, как правило, применяются дискретные событийные модели (discrete event driven).
36
