- •Математические модели в сетях связи
- •Содержание
- •1. Развитие технологий и услуг связи
- •1.1 Показатели развития
- •1.2 Тенденции развития технологий и услуг
- •1.3 Развитие технологий М2М
- •2. Задачи моделирования
- •2.1 Задачи моделирования, предметная область
- •2.2 Пример моделей развития технологий и услуг
- •2.3 Иллюстрации (надежность сетей связи)
- •2.4 Задачи модели по уровням ВОС (OSI)
- •3. Сети связи
- •3.1 Состав сети связи
- •3.2 Структура сети связи
- •3.3 Узел связи
- •3.4 Линия связи
- •3.5 Пространственное разделение каналов
- •3.6 Частотное разделение каналов
- •3.7 Временное разделение каналов (формирование ИКМ)
- •3.8 Временное разделение каналов (формирование пакетов)
- •4. Математическое моделирование
- •Введение
- •4.1 Сеть связи как СМО
- •2 Сеть связи как СМО
- •2.1.4 Технические нормы на показатели функционирования сетей передачи данных Минкомсвязи
- •2.1.5 Показатели надежности (Минкомсвязи)
- •3. Модели систем массового обслуживания
- •Обозначения СМО по Кендаллу (Kendall’s notation)
- •4.2 Характеристики потоков заявок
- •4.3 Простейший поток вызовов
- •4.4 Другие виды потоков
- •4.5 Поток с простым последействием
- •4.6 Поток с ограниченным последействием
- •4.7 Поток Пальма, потоки Эрланга
- •2.4 Другие виды потоков
- •4.8 Случайный процесс, характеристики трафика как случайного процесса
- •4.9 Автокорреляционная функция
- •Пример реализаций простейшего, самоподобного и антиперсистентного потоков
- •5.2 Поток освобождений
- •Изменение нагрузки, ЧНН, концентрация нагрузки
- •Расчет нагрузки
- •7. Пропускная способность
- •9.2 Функция распределения времени ожидания
- •9.3 Среднее время ожидания
- •9.4 Формула Полячека-Хинчина
- •9.5 Частные случаи
- •10 Основные результаты
- •11 Сети СМО
- •Сети СМО
- •Сложение случайных чисел (справка)
- •Последовательность СМО
- •Пример
- •11.2 Объект измерений
- •11.3 Анализируемые параметры
- •11.4 План проведения измерений
- •11.5 Обработка результатов
- •11.5.1 Точечные оценки
- •11.5.2 Интервальные оценки
- •11.5.3 Доверительный интервал для вероятности
- •11.5.3 Гистограммы, функции распределения
- •11.5.4 Функция распределения
- •12.2 Общая структура имитационной событийной модели
- •12.4 Получение потока событий с заданными свойствами
- •Эмпирический закон распределения
- •13. Пример расчета пропускной способности
- •Порядок расчета
- •расчет необходимой пропускной способности
- •Вариант расчета для общего случая
- •Модели выбора структуры
- •14.2 Пути, маршруты, веса, длина пути
- •14.3 Некоторые определения
- •14.4 Матричные представления
- •14.5 Деревья, остов графа
- •Алгоритмы теории графов (задачи динамического программирования)
- •14.5 Структура с наименьшей протяженностью линий (задача поиска кратчайшего остова (SST) графа)
- •14.5 Пример алгоритма Краскала
- •14.5 Кратчайший остов (SST) графа (алгоритм Прима)
- •14.5 Пример алгоритма Прима
- •14.5 Пример алгоритма Прима (продолжение)
- •Размещение узла в сети связи
- •размещение центров графа
- •размещение центров графа
- •размещение медиан графа
- •размещение медиан графа
- •размещение узла в сети связи – поиск центра и медианы графа
- •Вычисление длин кратчайших путей между вершинами
- •Алгоритм Флойда-Уоршалла
- •Алгоритм Флойда-Уоршалла (нахождение всех кратчайших путей в графе)
- •Пример реализации алгоритма Флойда-Уоршелла на VB
- •Алгоритм Дейкстры (описание 2)
- •Алгоритм Дейкстры (пример)
- •Алгоритм Дейкстры (поиск кратчайшего пути)
- •Некоторые алгоритмы поиска путей
- •Приближенные решения
- •муравьиный алгоритм
- •муравьиный алгоритм
- •Задачи кластерного анализа
- •Кластерный анализ
- •Кластерный анализ
- •Алгоритм кластеризации FOREL
- •Алгоритм кластеризации k-средних
- •Пример кластеризации
- •Применение кластерного анализа для выбора структуры сети
- •3.3 Выбор координат базовой станции при произвольном законе распределения трафика по территории
- •4.4 Моделирование и реализация, публикации
- •Модели надежности сети связи
- •3.3 Модели надежности сети связи
- •Общие определения
- •Иллюстрации (надежность сетей связи)
- •3.5 Метод добавления-удаления (IE – inclusion-exclusion)
- •Имитационное моделирование (надежность)
- •Задачи прогнозирования
- •Оптимизация сети связи
- •1. Исходные данные
- •2. Свойства трафика
- •Задачи прогнозирования (примеры)
- •Задачи прогнозирования (примеры)
- •Ассоциативный метод
- •Результаты(пример)
- •Аналитические модели 1. Линейная регрессия
- •Миграция трафика
- •Миграция на примере ОТТ сервисов
- •Задачи оптимизации
- •2 Надежность сети связи
- •Аналитические методы оптимизации
- •Экстремумы функции
- •Безусловная оптимизация
- •Условная оптимизация
- •2 Выпуклые функции
- •3 Условия Каруша-Куна-Таккера (ККТ)
- •Численные методы оптимизации
- •1 Общий алгоритм численных методов
- •Покоординатный спуск (пример)
- •3.2 Метод Хука-Дживса (поиск по образцу)
- •Метод Хука-Дживса (пример)
- •3.3 Симплекс метод Нелдера-Мида (поиск по деформируемому многограннику)
- •Симплекс метод Нелдера-Мида (пример)
- •3.4 Комплексный метод Бокса (Условная оптимизация)
- •3.5 Метод штрафных функций (Условная оптимизация)
- •3.4 Некоторые другие методы оптимизации выпуклых функций
- •4 Стохастические методы
- •4.1 Слепой случайный поиск
- •4.2 Эволюционный метод (генетический алгоритм)
- •Генетический алгоритм
- •Генетический алгоритм (пример)
- •Случайные графы (модели сети беспроводной связи)
- •Случайные графы
- •Случайные графы
- •Изменение связности сети
- •Влияние числа узлов сети на дисперсию связности
- •Приоритетное обслуживание
- •Алгоритм распределения трафика
- •Оптимизация структуры сети
- •Расписание управления трафиком
- •Качество обслуживания
- •Постановка задачи
- •Модель расписания управления трафиком
- •Задача оптимизации расписания управления
- •Модель реакции трафика
- •Условия переноса трафика
- •Описание стоимости времени
- •Пример оптимизации расписания управления
- •Балансировка трафика
- •Балансировка трафика
- •(нечеткие методы)
- •(нечеткие методы)
- •1. Распределение случайной величины
- •Случайная величина
- •Распределение случайной величины
- •Примеры функций распределения случайной величины (1)
- •Примеры функций распределения случайной величины (2)
- •Плотность распределения случайной величины
- •Примеры плотности распределения (1)
- •Примеры – равномерное распределение (2)
- •Числовые характеристики случайной величины (1)
- •Числовые характеристики случайной величины (2)
- •Числовые характеристики случайной величины (3)
- •2. Некоторые распределения вероятностей
- •3. Численные методы оптимизации Ф1П
- •ОДУ (Справка)
- •4. Модель ВОС (OSI)
- •Модель взаимодействия открытых систем (ВОС)
- •4. Параметры некоторых кодеков
- •Параметры кодеков
- •5. Курсовые проекты
- •Задание на курсовое проектирование
|
2.4 Другие виды потоков |
|
Стационарность |
Ординарность |
Отсутствие |
|
|
последействия |
Потоки с простым последействием
Симметричный поток
Примитивный поток
Потоки с ограниченным последействием
Поток Пальма
Простейший поток
Поток Эрланга
51
4.8 Случайный процесс, характеристики трафика как случайного процесса
Поток трафика в сети связи может быть представлен как случайный процесс передачи данных, представленный значениями объема переданных данных за последовательные интервалы времени. X = (X1 , X 2 ,..X t ..)
Для потоков, отличных от Простейшего часто используют такие характеристики, как
-Автокорреляционная функция потока
-Коэффициент Херста
52
4.9 Автокорреляционная функция
Поток |
X = (X1 , X 2 ,..X t ..) |
t =1,2,... |
||||
Автокорреляционная функция потока |
|
|||||
r(k) = |
N∑−k (X i − X )(X i+k − X ) |
|
||||
i=1 |
(N − k)σ 2 |
|
|
|||
|
|
|
|
|||
Агрегированный поток |
|
|
||||
X (m) = (X |
(m) , X |
2 |
(m) ,..X |
(m)..); |
r (k) |
|
|
1 |
|
t |
|
m |
|
X t (m) = |
1 (X tm−m+1 + |
+ X tm ) |
|
|||
|
m |
|
|
|
|
|
35 |
|
|
|
|
|
200 |
|
|
|
|
|
|
30 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
25 |
|
|
|
|
|
150 |
|
|
|
|
|
|
20 |
|
|
|
|
|
100 |
|
|
|
|
|
|
15 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
|
|
|
|
|
50 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
00 |
0.5 |
1 |
1.5 |
2 |
2.5 |
0 |
0 |
0.5 |
1 |
1.5 |
2 |
2.5 |
|
|
|
|
|
x 106 |
|
|
|
|
|
|
x 106 |
|
|
|
|
|
|
10000 |
|
|
|
|
|
|
1000 |
|
|
|
|
|
8000 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6000 |
|
|
|
|
|
|
500 |
|
|
|
|
|
4000 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2000 |
|
|
|
|
|
|
00 |
0.5 |
1 |
1.5 |
2 |
2.5 |
0 |
0 |
0.5 |
1 |
1.5 |
2 |
2.5 |
|
|
|
|
|
x 106 |
|
|
|
|
|
|
x 106 |
rm (k) = r(k); |
Самоподобные потоки |
m = 2,3,... строго самоподобный в широком смысле |
|
lim r (k) = r(k) |
асимптотически самоподобным |
m→∞ m |
|
• |
строго самоподобный в узком смысле |
m1−H X (m) = X |
0 < H <1 коэффициент Херста
H = 0,5 простейший поток H > 0,5 самоподобный поток H < 0,5 антиперсистентный поток
53
Пример реализаций простейшего, самоподобного и антиперсистентного потоков
Простейший поток H=0,5 |
Самоподобный поток H=0,9 |
Антиперсистентный поток |
H=0,3 |
||
450,00 |
|
|
|
400,00 |
|
|
|
350,00 |
|
|
|
сообщений |
|
|
|
300,00 |
|
|
|
250,00 |
|
|
|
200,00 |
|
|
|
Число |
|
|
|
150,00 |
|
|
|
100,00 |
|
|
|
50,00 |
|
|
|
0,00 |
|
121 161 201 241 281 321 361 401 441 481 521 561 601 641 681 721 761 801 841 881 921 961 |
|
1 |
41 81 |
||
|
|
Время (с) |
54 |
|
|
|
|
5. Модели систем обслуживания
5.1Время (длительность) обслуживания
Втеории массового обслуживания (телетрафика) длительность обслуживания поступивших вызовов обычно принимается либо постоянной, либо случайной величиной.
t
Постоянная длительность принимается, например, в моделях обслуживания пакетов в узлах сети и при моделировании передачи пакетов фиксированной длины.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t |
|
t |
|
||
Случайная длительность обслуживания задается функцией распределения вероятностей
F(t)=P(T<t), t≥0.
Наиболее простой и распространенной функцией распределения вероятности случайной длительности обслуживания является показательная:
|
|
F(t) = p(T < t) =1−e−µz ; µ = |
1 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t |
|
|
где t |
математическое ожидание времени обслуживания. |
|
|
|
|
55
