автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.14, диссертация на тему:Разработка и исследование алгоритмов управления системы дополнительного обслуживания в интеллектуальных сетях



^С ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО СВЯЗИ И ИНФОРМАТИЗАЦИИ МОСКОВСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ СВЯЗИ И ИНФОРМАТИКИ

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ АЛГОРИТМОВ УПРАВЛЕНИЯ СИСТЕМЫ ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ В ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ СЕТЯХ

Специальность 05.12.14 - Сети, узлы связи и распределение информации

На правах рукописи

ШТЕЙНБЕРГ ЭРНЕСТ ЛЕОНИДОВИЧ

УДК 681.327.8

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ушной степени кандидата технических наук

Москва 1998

Работа выполнена в Московском Техническом Университете Связи и Информатики

Научный руководитель; доктор технических наук,

профессор Лазарев В.Г.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Жожикашвили В.А.

кандидат технических наук, доцент Назаров А.Н.

Ведущая организация: Институт Проблем Информатики

Российской Академии Наук

Защита состоится "/Ч " Мл^ 199 8 г. в Iчасов на заседании диссертационного совета К. 118.06.02 при Московском Техническом Университете Связи и Информатики по адресу 111024, Москва, Авиамоторная ул., 8а.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского Технического Университета Связи и Информатики.

Автореферат разослан " ? " 199 Р г.

Ученый секретарь диссертационного совета к.т.н., профессор

Е.В.Демина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В последние годы активно развивается интеллектуальная технология обработки заявок на выполнение дополнительных видов услуг. Интеллектуализация информационных сетей является одной из тенденций их развития и совершенствования. К этому закономерно подводят возможности, обеспечиваемые новыми базовыми технологиями, с одной стороны, и стремительный рост потребностей в интеллектуальных услугах средств связи, с другой. В связи с этим, решение задач повышения эффективности проектирования и эксплуатации информационных сетей, и в частности интеллектуальных сетей, является актуальным.

Согласно рекомендации Сектора по стандартизации телекоммуникационных сетей Международного союза электросвязи - МСЭ-Т (ранее Международного консультативного комитета по телеграфии и телефонии - МККТТ) <3.1200 технология интеллектуальных сетей (ИС) может использоваться как на перспективных цифровых сетях интегрального обслуживания (ЦСИО), так и на существующих аналоговых сетях, на которых имеются узлы коммутации с программным управлением, и в первую очередь на базе телефонной сети общего пользования, как самой разветвленной и составляющей основу информационной структуры государства.

Реализация технологии интеллектуальной сети требует решение различных проблем определения принципов ее построения, выбора архитектуры и организации функционирования. Одним из направлений работы по созданию интеллектуальной сети является построение системы выполнения дополнительных видов обслуживания. Должна быть создана информационно-вычислительная сеть системы дополнительного обслуживания, не зависящая, в соответствии с концепцией интеллектуальной сети, от сети коммутации.

С учетом изложенного представляется актуальным анализ процессов, связанных с реализацией дополнительных видов обслуживания, сравнение различных вариантов организации выполнения дополнительных видов обслуживания и выбор оптимального варианта по заданному критерию качества работы интеллектуальной сети.

Цель работы состоит в разработке и исследовании моделей информационных сетей и алгоритмов управления системы дополнительного обслуживания, в моделировании процесса предоставления абоненту дополнительных видов обслуживания (ДВО), а также интеграции предложенных алгоритмов и моделей в инженерную методику выбора параметров системы выполнения ДВО для обеспечения заданного качества функционирования системы выполнения ДВО интеллектуальной сети.

Методы исследования. В диссертационной работе применены методы теории коммутации и сетей связи, теория коллективного поведения автоматов,

теория вероятностей, теория массового обслуживания, моделирования сетей связи.

Научная новизна. Объект исследования в виде сети связи с интеллектуальным сервисом является новым и имеющиеся в настоящее время результаты исследований показывают неэффективность существующих методов управления ресурсами сети, основанных на централизованном принципе построения сетевой информационной базы данных, применительно к невысоким скоростям передачи информации. В работе разработаны и исследованы алгоритмы управления дополнительными видами обслуживания в интеллектуальной сети, основанные на теории коллективного поведения автоматов.

Основные научные результаты работы заключаются в следующем:

- анализ и сравнение различных вариантов организации системы выполнения дополнительного обслуживания интеллектуальной сети показал, что при невысоких скоростях передачи данных (до 64 кбит/с), по критериям эффективности использования ресурсов сети и качеству обслуживания, целесообразна организация децентрализованной сетевой информационной базы данных. При этом в узле коммутации организуется сателлитная база данных для хранения наиболее часто запрашиваемых сервисных логических программ или данных;

- разработаны игровой адаптивный алгоритм управления замещением сервисных логических программ и данных в сателлитной базе данных узла коммутации интеллектуальной сети и игровой адаптивный алгоритм управления замещением сервисных логических программ и данных пользователя в основных сегевых базах данных центров управления различных зон. В основу этих алгоритмов положена теория коллективного поведения стохастических автоматов в случайных средах;

- в результате сравнительного анализа игрового и существующих алгоритмов замещения сервисных логических программ и данных в сателлитной базе данных узла коммутации интеллектуальной сети получены результаты, показывающие эффективность игрового метода замещения сервисных логических программ в сателлитной базе данных. Применение данного алгоритма позволяет до 45% сократить число обращений к сателлитной базе данных и до 15% уменьшить ее объем по сравнению с существующими алгоритмами. Данный алгоритм позволяет получить результаты близкие к теоретическому оптимальному алгоритму;

- разработаны, базирующиеся на теории коллективного поведения стохастических автоматов в случайных средах, игровой алгоритм адаптивного управления маршрутизацией и поиском информации в информационно-вычислительной сети ДВО и игровой алгоритм управления поиском мобильного абонента в сети сотовой связи. Применение данных алгоритмов позволяет сократить нагрузку на сеть сигнализации и число обращений к базам данных.

Практическая ценность и реализация результатов работы. Разработанпые алгоритмы и реализующие их программы могут быть использованы и готовом виде, при проектировании сетевой информационной базы данных интеллектуальной сети.

Программы моделирования для нахождения вероятности отсутствия требуемой сервисной логической программы в сателлнтной базе данных и среднего времени ожидания выполнения ДВО в интеллектуальной сети могут быть использованы для анализа и оптимизации существующих сис¥ем управления выполнением ДВО.

Результаты диссертационной работы являются частью исследований, проводимых ИППИ РАН. Результаты работы использовались в учебном процессе МТУСИ и при выполнении научно-исследовательских работ в 4ЦНИИ МО РФ. Практическая ценность результатов диссертационной работы отражена в документах о знедрении.

Основные результаты работы -докладывались: на научно-практическом семинаре «Проблемы внедрения и эксплуатации цифровых систем коммутации» РНТОРЭС (Москва, 1995); на семинаре «Информационные сети и системы» МАИ (Суздаль, 1995); на.Ы научной сессии, посвященной дню радио. РНТОРЭС (Москва, 1996); на Международной конференции по информационным сетям и системам. МАИ ЯОНИИС (С.-Петербург, 1996); на Немецко-Российском семинаре «Интегральные сети и управление потоками информации», Дортмундский Университет (Дортмунд, 1996); на III международной конференции «Применение Компьютерных систем» (Польша 1996); на научно-технической конференции «Сети связи и сетевые технологии». (Суздаль, 1997); на международном семинаре «Информационные сети, системы и технологии» (Ярославль, 1997).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ Список приводится в конце автореферата. .

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложения. Работа содержит 103 машинописных страницы текста, 63 рисунка и список литературы, включающий 75 наименований.

Основные положения, представляемые к защите:

- для анализа в качестве модели информационно-вычислительной сети ДВО в работе принята система массового обслуживания с одним обслуживающим устройством и бесконечной очередью, а распределение интервалов между поступлением требований во входном потоке и время обслуживания - экспоненциальными;

- разработанный игровой алгоритм управления замещением сервисных логических программ и данных в сателлитной базе данных и игровой алгоритм управления замещением программ и данных пользователя в основных сетевых базах данных различных зон позволяет сократить число обращений к

сателлитной и основным базам данных, в зависимости от условий, на 10%-45% по сравнению с существующими алгоритмами;

- разработанный игровой алгоритм управления замещением сервисных логических программ и данных в сателлитной базе данных и игровой алгоритм управления замещением программ и данных пользователя в основных сетевых базах данных различных зон позволяет уменьшить объем сателлитной и основных баз данных, в зависимости от условий, на 5%-15% по сравнению с существующими алгоритмами;

- разработанный игровой алгоритм маршрутизации и поиска информации, в отличие от существующих, не требует обмена большого количества служебной информацией между центрами управления ДВО. Это позволяет сократить нагрузку на сеть и эффективно использовать ее ресурсы. Кроме того, алгоритм быстро адаптируется к изменяющимся условиям на сети;

- разработанный игровой алгоритм поиска мобильного абонента не вызывает частых обращений к основному регистру расположения. При увеличении числа пользователей на сети и относительно невысокой степени их мобильности это позволит существенно уменьшить нагрузку на сеть сигнализации и сократить время поиска мобильного абонента.

Содержание диссертации

Во введении дана общая характеристика и приведены основные результаты работы.

В первой главе исследуются основные задачи обоснования принципов построения интеллектуальной сети, стратегия архитектурного построения сетей информационного обслуживания и этапы развития коммуникационной среды И С. Производится обзор перспективных информационных технологий и услуг, предоставляемых цифровыми сетями интегрального обслуживания (ДСИО) и широкополосными ЦСИО (Ш-ЦСИО), а также интеллектуальными сетями (ИС). Оценивается возможность их реализуемости в интеллектуальных сетях. Исследуются задача внедрения интеллектуального сервиса на сетях связи с относительно низкой скоростью передачи данных.

Одним из перспективных путей достижения открытости узлов коммутации (УК) и сети в целом является использование принципов распределенного управления (РУ) коммуникационными процессами. Данные принципы составляют концептуальную основу интеллектуальной сети. В ИС на каждый УК сети возлагается выполнение только основных функций по коммутации и передаче, а все дополнительные услуги реализуются в специально создаваемых общесетевьгх элементах: центрах коммутации услуг (ЦКУ), центрах управления обслуживанием (ЦУО) и административных центрах управления услугами (АЦУУ). Наличие в сета интеллектуальной надстройки и организация специального взаимодействия с ней всех УК

с,

позволяет эффективно внедрять новые информационные услуги и коммуникационные технологии, оставляя неизменными массовые элементы сети - УК.

Архитектурной основой модели перспективной сети информационного обслуживания (ИО) должны служить эталонная модель взаимодействия открытых систем (ЭМ ВОС), модели ЦСИО и ИС. В качестве функционального элемента модели может рассматриваться служба связи, под которой понимают совокупность программно-аппаратных средств, обеспечивающих в соответствии с установленными протоколами связь определенного вида и качества.

Поскольку интеллектуальная сеть связи практически не зависит от типа коммуникационной среды, то она может строиться на базе большинства существующих коммуникационных сетей, в том числе и телефонных сетей общего пользования, выделенных цифровых коммутируемых сетей, специализированных сетей связи или на базе всех отмеченных сетей связи. При этом обобщенная схема развития сетей связи может быть охарактеризована четырьмя основными этапами:

Этап! характеризуется наличием сформированной аналоговой телефонной сети, низкоскоростной сети телеграфной связи и интенсивным развитием средств передачи данных, радиовещания и телевидения.

Э т а п 2 - внедрение цифровых методов передачи и коммутации. Создание интегральной цифровой сети при сохранении аналоговых абонентских линий, сетей телексной связи, радиовещания и телевидения. Отличительной особенностью данного этапа развития является наличие обособленной СПД, использующей системы коммутации каналов (КК) и пакетов (КП).

Э т а п 3 - создание узкополосной цифровой сети интегрального обслуживания, объединяющей сеть телекс, телефонную сеть и СПД, внедрение базового варианта 3 интеграции сетей КК и КП.

Э т а п 4 - переход к широкополосной цифровой сети интегрального обслуживания, обеспечивающей передачу файлов, организацию видеоконференций, доступ к базам данных, работу видеотелефона и т.п. на основе организации широкополосных цифровых каналов связи, внедрение базового варианта 4 интеграции сетей КК и КП.

Следует отметить, что современное состояние сетей связи соответствует этапу 2 развития, что указывает на широкие перспективы развития сетей связи. Однако уже в настоящее время существует реальный путь качественного совершенствования любой коммуникационной сети - это путь внедрения средств и методов искусственного интеллекта в прикладные службы

п

предоставления информационных услуг и административные службы управления ресурсами коммуникационной сети.

Постоянно возрастающие потребности абонентов в предоставлении новых услуг и их модификации, как для отдельных абонентов, так и для целых групп абонентов, привело к необходимости объединения всех видов связи на базе ЦСИО и отделения процессов введения, модификации и выполнения дополнительных видов обслуживания - ДВО (услуг) от процессов выполнения основных видов обслуживания, связанных с установлением и разъединением соединений, передачей данных и т. п.

Принцип отделения процессов выполнения ДВО от процессов выполнения основных видов обслуживания является одной из главных особенностей новой технологии обслуживания заявок абонентов, названной технологией интеллектуальных сетей.

В узлах коммутации с программным управлением, в которых наиболее просто реализуется технология интеллектуальных сетей, разделение процессов выполнения дополнительных и основных видов обслуживания сводится к тому, что программное обеспечение для выполнения ДВО отделяется от программного обеспечения основных видов обслуживания. При этом с целью повышения эффективности использования ресурсов сети осуществляется концентрация функций выполнения ДВО для группы УК в специально создаваемых центрах управления ДВО (видами сервиса).

Таким образом, под интеллектуальной сетью понимается сеть, в которой наряду с раздельным и независимым программным обеспечением для выполнения основных и дополнительных видов обслуживания используются элементы искусственного интеллекта.

Технология ИС может использоваться как на телефонных сетях, так и на сетях передачи данных. Однако наибольший эффект технология ИС дает при использовании в качестве основы ЦСИО.

Во второй главе исследуются принципы архитектурного построения интеллектуальной сети и основных параметров системы выполнения дополнительных видов обслуживания применительно к децентрализованной организации сетевой информационной базы данных для хранения программ, обеспечивающих выполнение дополнительных видов обслуживания. Производится сравнительный анализ централизованного и децентрализованного методов управления дополнительными видами обслуживания. Описываются существующие методы замещения СЛП в СаБД.

Концепция ИС предполагает наличие следующих функциональных модулей:

1) Точка коммутации сервиса ТКС. Модуль ТКС распознает вызов, требующий выполнения ДВО.

2) Интерпретатор вида сервиса ИБС. Модуль И ВС включает логические средства и данные, необходимые для обслуживания заявки на тот или иной вид сервиса.

3) Сетевая информационная база данных СИБД. В СИБД хранятся данные о номерах и адресах абонентов, параметры маршрутов установления' соединений, сервисные логические программы (СЛП) выполнения различных видов сервиса. СЛП выполнения определенного вида сервиса составляется из не зависящих от вида сервиса и друг от друга функциональных компонент (ФК), представляющих законченные программные процедуры обработки запроса. При введении новых видов сервиса в случае необходимости набор ФК расширяется. *

4) Модуль управления сетевыми ресурсами УСР.

Функциональные модули ИС должны быть размещены в некоторой физической среде. Физическая среда определяется типом коммутируемой сети связи. Поскольку одной из главных особенностей технологии ИС является принцип отделения процессов выполнения ДВО от процессов выполнения основных видов обслуживания, т.е. система выполнения ДВО не зависит от типа коммугируемой сети связи, технология ИС может быть реализована на базе гаобой коммутируемой сети, в том числе на базе выделенной цифровой коммутируемой сети, ведомственной сети, персональной сети связи, информационно-вычислительной сети, сети передачи документальной информации.

Процесс выполнения сервиса в ИС осуществляется по следующей схеме. Модуль ТКС в узле коммутации распознает потребность в ДВО и посылает через сеть сигнализации в ЦУС запрос о необходимости выполнения ДВО. ИБС в ЦУС определяет вид ДВО. Из СИБД считывается необходимая для выполнения ДВО информация: СЛП и сопровождающие данные. Время дешифрации вида обслуживания, считывания и выполнения соответствующей СЛП составляет задержку процесса обслуживания заявки абонента.

СИБД может быть централизованной, децентрализованной и распределенной.

При централизованной организации СИБД сервисные логические программы размешаются в памяти ЦУС, при этом управление выполнением ДВО может быть централизованным или децентрализованным. При централизованном принципе управление осуществляется нокомандно из центра. При децентрализованном управлении СЛП выполнения ДВО пересылается в буфер УК и управление осуществляется управляющей ЭВМ УК. Решение задачи выбора принципа управления зависит от типа коммутируемой сети связи, так как скорость передачи по линиям связи существенно влияет на время предоставления ДВО. Если ИС реализуется на базе ЦСИО с высокими скоростями передачи по линиям связи, и особенно Ш-ЦСИО, централизованное управление принципиально способно обеспечить требуемое быстродействие в предоставлении сервиса, т. е. такой принцип построения СИБД и управления выполнением ДВО оправдан. При использовании в качестве основы ИС аналоговых каналов ЦУС может быть совмещен с центром технической эксплуатации ЦТЭ, который соединен аналоговыми каналами связи со всеми

УК данного районного узла. Для существующих сетей скорости передачи по каналам значительно ниже 64 кбит/с, поэтому время задержки в предоставлении ДВО, связанное с пересылкой команд СЛП в УК, существенно увеличивается, т. е. покомандное управление из ЦУС при низкой скорости передачи на существующей сети с аналоговыми телефонными каналами может оказаться менее эффективным.

При децентрализованной организации СИБД, наряду с основной БД (ОВД) в ЦУС (ЦТЭ) имеется сателлитная база данных (СаБД) в узле коммутации. Наиболее часто используемые программы ДВО для «приближения» к абонентам дублируются из основной БД, находящейся в центре управления сервисом, в сателлитную БД узла коммутации. Содержимое СаБД может быть статическим и включать наиболее часто используемые (по оценке экспертов) СЛП. Поскольку частота использования ДВО меняется, целесообразно предусмотреть динамический механизм смены содержимого сателлитной БД при изменении набора используемых СЛП. При децентрализованной организации СИБД должны быть выбраны размер сателлитной БД и алгоритм замещения СЛП в сателлитной БД. Управление размещением СЛП в двухуровневой СИБД интеллектуальной сети может быть реализовано на основе используемых в вычислительной технике алгоритмов замещения страниц памяти программ и микропрограмм при иерархической организации памяти ЭВМ. Следует отметить, что в общем случае количество уровней децентрализованной СИБД сервисных логических программ может быть больше двух.

Преимущество децентрализованного управления по сравнению с централизованным можно оценить отношением Тдво(Ц) при централизованном управлении и ТцюСПЦ) при децентрализованном

ТдвоШ)

VI = —-Т~гГГГ\ ' ТД'ОТ ~ время предоставления ДВО.

Тдво \ДЦ)

Эффективность децентрализованной организации информационной базы данных можно оценить в виде относительного сокращения среднего времени предоставления ДВО при введении сателлитной базы данных, равного отношению Тдво при отсутствии СаБД к Гдво при наличии СаБД.

В третьей главе исследуются вопросы теории коллективного поведения автоматов в случайных средах' для решения задач адаптивного управления дополнительными услугами в ИС. Разрабатывается игровой алгоритм замещения сервисных логических программ в сателлитной базе данных узла коммутации интеллектуальной сети. Также разрабатывается игровой алгоритм замещения СЛП и данных пользователя в центрах управления ДВО различных зон интеллектуальной сети, игровой алгоритм управления поиском и маршрутизацией информации в интеллектуальной сети и игровой алгоритм управления поиском мобильного абонента в зонах регистрации сети сотовой

ш

связи. Данный метод, также, предлагается для поиска абонента с универсальным номером в интеллектуальной сети.

Конечные автоматы - объекты, имеющие конечное число внутренних

состояний <р1 (¡= I, 2,... ,п), конечное число входных сигналов $ (1=1, 2.....и

конечное число выходных сигналов /„(т=1, 2, ...,к). Предполагается, что автоматы функционируют в дискретном времени, т. е. время / принимает целочисленные значения 1, 2, 3..... Автомат задается каноническими

Уравнение (1) определяет смену внутренних состояний автомата под воздействием входной переменной S(t), а уравнение (2) - зависимость выходного сигнала от внутреннего состояния автомата.

Функция перехода автомата (1) может быть задана различными способами. Удобно задавать функцию 0[<p(t), Sft t l)] системой матриц. Каждому значению S¡ входной переменной соответствует матрица состояний ||«,у (Sy|| (ij = l, 2,..., п), которая'определяет смену состояний автомата под воздействием входного сигнала S¡.

Для детерминированного автомата матрицы ||a¡/Sy|| являются

простыми, т. е. каждая их строка содержит в точности один элемент, равный единице, а все остальные элементы строки равны нулю. При этом, если <p(t)=q>„ S(t+1) —S¡ и a-ij (S¡)=/, то <p(t)

Стохастический автомат - автомат со стохастическими матрицами состояний ||щ (5(Л| (0 < a¡, (S¡) < I, ^сгД.Ч,) '-!). Элемент a¡j(Si) матрицы

i

состояний определяет вероятность перехода автомата из состояния <p¡ в состояние <p¡ под воздействием входного сигнала S¡.

Поведение автомата во внешней среде Е означает, что выходные сигналы автомата А являются входными сигналами для некоторого устройства Е, которое в свою очередь порождает входные сигналы для автомата А. Внешнюю среду, вообще говоря, также можно рассматривать как некоторый автомат (детерминированный или стохастический), поведение которого зависит от его внутреннего состояния, внешних входных сигналов и, быть может, времени.

Выходные сигналы f(t) автомата А - действия, а входные сигналы S(t) -реакция среды. Реакции среды, воспринимаемые автоматом А, разбиваются на два класса: класс благоприятных реакций S(t) = +1 (выигрыш) и класс неблагоприятных реакций S(t) = - / (проигрыш, штраф). Внутри каждого из этих классов реакции среды для автомата неразличимы Таким образом, множество входных сигналов содержит только два элемента: + ¡n i.

уравнениями:

<p(i+/)=<Pf<p(t), S(t+l)J; f(0=F[<p(t)J.

(1) (2)

Язык теории игр, не покрывая всех возможных видов коллективного поведения, позволяет, однако, построить ряд интересных и содержательных моделей.

Рассматривая игру N автоматов А/, Лз..... А и предполагается, что

входные переменные 8/'.) принимают только два значения, 5/0 - + 1 и $/0 = -/, соответствующие единичным выигрышам и проигрышам автомата А] в момент времени г.

Выходная переменная//0 каждого автомата А^ принимает Щ значений из множества у}, //, Эти значения - чистые стратегии автомата А, или

просто стратегии. ЕсжД(0 -/¡* то автомат А, использовал в момент времени I свою а-ю чистую стратегию.

Партия игры, разыгрываемая в момент времени / - набор /(0 - {(¡(0, т ..., ¡и{0} чистых стратегий, используемых в момент времени г автоматами

А,, А2, .... Аы . Исход партии/(0 - набор 1) = {8,0+1), Б2(1+1).....

значений входных переменных (единичных выигрышей и проигрышей) этих автоматов в момент времени ?+1.

Игра Г автоматов Л;, А}.....Ах задана, если для каждой партии/(0 задана

вероятность р=([, Б) ее исхода 5(1+1), причем при всех/имеет место равенство

Игра Г автоматов А/, А;.....А и состоит из последовательности партий

/(,0, 1=1, 2, ..., исходы 3(1+1) которых определяются вероятностями р([(0, Я((+1)).

Для каждой партии игры Г можно определить математическое ожидание выигрыша автомата Ау в партии/- как

а/0 - £ М ^■Л'. .....

- р([> $1../>]■}> -Л §*1> -.

В теории игр игра Г считается заданной, если указаны:

а) игроки (1=1, 2,..., И);

б) множество стратегий игроков/7 0=1, 2,..., И);

в) функции выигрыша цф, определенные для каждой ситуации (партии).

Исследования алгоритмов и методов управления потоками информации в сетях связи, основанных на использовании теории коллективного поведения автоматов в случайных средах показывают их высокую гибкость и адаптивность к изменяющимся условиям на сети, что является предпосылкой к

разработке и исследованию, основанных на этих же принципах, адаптивных алгоритмов управления дополнительными видами обслуживания в интеллектуальной сети.

При управлении дополнительными видами обслуживания в децентрализованных сетевых информационных базах данных, распределенных по различным зонам, возникает несколько основных задач:

• выбор алгоритма адаптивного замещения СЛП в сателлитной базе данных каждой децентрализованной СИБД;

• выбор алгоритма адаптивного замещения СЛП и/или данных в СИБД различных зон;

• выбор алгоритма поиска и маршрутизации СЛП и/или данных в СИБД.

При двухуровневой организации СИБД для хранения СЛП, обеспечивающих выполнение соответствующих ДВО, часть программ из основной информационной базы данных, расположенной в центре управления ДВО (ЦУ-ДВО) интеллектуальной сети связи, дублируегся в сателлитной базе данных в узле коммутации. Содержимое СаБД может быть статическим и включать наиболее часто используемые (по оценке экспертов) СЛП. Поскольку частота использования СЛП может меняться, целесообразно предусмотреть механизм изменения содержимого СаБД. Управление памятью программ ДВО в интеллектуальной сети может быть организовано на основе используемых в вычислительной технике алгоритмов замещения страниц памяти программ и микропрограмм.

В связи с тем, что в СИБД различных зон могут храниться различные СЛП и данные, при отсутствии СЛП иАши некоторых данных в СИБД одной зоны, они могут быть получены из СИБД другой зоны. Кроме того, для пересылки необходимых данных, например, результатов расчета оплаты разговора при сервисе 800, создается сеть передачи данных, в качестве которой может использоваться система сигнализации N0? или информационная сеть.

При игровом адаптивном алгоритме замещения СЛП, программы ДВО размещаются в СаБД на основе результатов обслуживания в предыдущие моменты времени. Устройства динамического управления представляются в данном случае в виде коллектива стохастических автоматов с переменной структурой, функционирующих в случайной среде. В качестве среды рассматривается информационная сеть связи с изменяющимися во времени параметрами.

Автомат П функционирует в среде, если входная переменная х автомата П в момент I зависит от действия у, произведенного им в момент Входная переменная х принимает два значения х/=0 и х21. Первое значение - штраф, второе - поощрение.

В качестве стохастического автомата принимается автомат П -(/'/,где /', - вероятность появления состояния выхода у, (в нашем случае - частота использования (-ой СЛП), Р, 0 и -1.

Если в момент времени I было совершено действие у, и автомат оштрафован, то изменение элементов /', происходит следующим образом: Р,(1+1) --=Р,({) *а /[1 +(а- 1) *Р,(1)];

М

Если в момент времени Г было совершено действие у, и автомат был поощрен, то изменение элементов Pi происходит следующим образом:

р^ 1) -Р,(0 7Ф+(Р- О *РШ р/^1)-р/о/[1+(р-})*р,т

где 0 < а < !, Р > 1, т.е. при штрафе (поощрении) Р/1) умножается на а ф), и вся строка нормируется (для обеспечения +') = 1 )•

/я]

Подбирая коэффициенты а и /? можно добиться оптимального функционирования системы. Таким образом, эти коэффициенты показывают степень инертности системы. Чем меньше коэффициенты, тем более инертна система.

В памяти ЭВМ УК организуется таблица размещения СЛП, где заносятся имена СЛП и частоты их использования. Вся таблица СЛП делится на две части: список СаБД, где находятся имена и частоты использования программ, находящихся в СаБД; и список ОСИБД, где находятся имена и частоты использования СЛП, находящихся в ОСИБД. В списке СаБД располагаются имена СЛП имеющие наибольшее значение частоты запросов. Все имена программ размещаются в таблице СЛП в порядке частоты использования СЛП.

При запросе от абонента дополнительной услуги в УК проверяется, где находиться соответствующая СЛП: в СаБД или ОСИБД. Если СЛП находится в СаБД - она идет на выполнение ("запускается"), если же программа хранится в ОСИБД - она переписывается из ОСИБД в буфер УК и, также "запускается".

Вызываемая СЛП поощряется умножением частоты использования данной СЛП на коэффициент р £ I и частоты обращения к программам ДВО нормируются с учетом этого поощрения, после чего имена СЛП вновь располагаются в порядке частоты их использования. Все изменения вносятся в таблицу размещения СЛП.

После нормировки проверяется, не переместилось ли имя СЛП из списка ОСИБД в список СаБД. В случае если такая перестановка произошла, программа, имя которой переместилось в список СаБД, после выполнения переписывается из буфера в область памяти СаБД на место СЛП, имя которой перешло в список ОСИБД. При отсутствии перестановок, состав СЛП в СаБД не изменяется.

Таким образом, в СаБД всегда находятся наиболее часто используемые СЛП, и в случае изменения потребностей пользователей на сети, игровой адаптивный метод замещения СЛП в СаБД позволит быстро и эффективно отреагировать на эти изменения. Результаты, имитационного на ЭВМ исследования игрового алгоритма размещения СЛП в СаБД показали его эффективность. Данный алгоритм позволяет получить результаты, близкие к теоретическому оптимальному алгоритму.

Игровой адаптивный алгоритм распределения сервисных логических программ между ОСИБД аналогичен алгоритму замещения СЛП в СБД УК. Наиболее часто запрашиваемые СЛП и/или данные переписываются из ОСИБД одной зоны в ОСИБД другой зоны.

В распределенной сетевой информационной базе данных интеллектуальной сети поиск и пересылка сервисной логической программы и/или данных, для выполнения соответствующей дополнительной услуги, может занимать длительный промежуток времени. Для уменьшения этого времени целесообразно использовать адаптивную маршрутизацию информации и эффективный механизм поиска СЛП.

При игровом алгоритме маршрутизации и поиска СЛП, выбор направления передачи информации и поиск СЛП осуществляется на основе результатов обслуживания в предыдущие моменты времени. При этом нет необходимости передавать большой объем служебной информации между центрами управления дополнительными видами обслуживания (ЦУ-ДВО), что, в свою очередь, не создает дополнительной нагрузки на сети. Устройства динамического управления представляются в данном случае в виде коллектива стохастических автоматов с переменной структурой, функционирующих в случайной среде.

При совместном взаимодействии систем управления замещением СЛП в СаБД и между ОСИБД, а также систем управления маршрутами, можно достичь существенного сокращения времени предоставления ДВО, повысить эффективность использования ресурсов сети и улучшить качество обслуживания вызовов на интеллектуальной сети.

В сети сотовой связи для связи с мобильным терминалом (МТ) необходим механизм определения местоположения. Существующие методы для управления расположением требуют, чтобы каждый МТ периодически сообщал о своем расположении в сети. Сеть сохраняет информацию о расположении каждого МТ в базах данных, и эта информация отыскивается для каждого вызова. В настоящий момент методы для управления расположением имеют централизованную архитектуру базы данных, при этом отслеживание и поиск МТ включает в себя передачу сигналов через различные компоненты сети сигнализации. Нахождение местоположения зоны регистрации вызываемого МТ заключается в поиске базы данных, к которой в данный момент относится вызываемый абонент.

Если число мобильных абонентов увеличится - возрастет нагрузка на сеть сигнализации и существующие схемы станут неэффективными. Таким образом, существует необходимость в новых, улучшенных схемах, которые смогут поддерживать непрерывно увеличивающееся число абонентов.

Одним из способов увеличения эффективности использования, сетевых ресурсов является применение игрового алгоритма поиска мобильного абонента в сети сотовой связи, который предлагается в работе.

Обычно абоненты сотовой связи не имеют хаотичную траекторию движения по зонам регистрации. Их передвижения в большинстве случаев имеют определенные закономерности, которые можно проследить и выявить зоны, где абонент бывает часто. При поиске, вначале опрашиваются зоны, где велика вероятность нахождения абонента.

Механизм игрового алгоритма базируется на теории коллективного поведения вероятностных автоматов в случайных средах и аналогичен вышеописанным алгоритмам управления замещением СЛП и поиска и маршрутизации информации в сетях связи.

Для часто запрашиваемых абонентов в центре мобильной коммутации (ЦМК) выделяется массив памяти - таблица, где заносятся вероятности нахождения абонента в зонах регистрации, где он часто бывает. При вызове абонента информация о его местонахождении берется не из основного регистра размещения (ОРР), а из таблицы местонахождения абонента в ЦМТ, что в свою очередь не создает нагрузки на ОРР и сеть сигнализации.

В четвертой главе исследуются процедуры выбора параметров системы выполнения ДВО для обеспечения заданного качества функционирования системы выполнения ДВО в интеллектуальной сети. Производится сравнительный анализ существующих алгоритмов замещения СЛП в СаБД и игрового алгоритма.

Интеллектуальная сеть должна обеспечивать некоторый уровень качества выполнения ДВО. Одним из критериев качества дополнительного обслуживания является условие

Тдво ^ Тдоп,

т.е. средняя задержка, обусловленная предоставлением ДВО и связанная с выполнением соответствующей СЛП, не должна превышать заданное (допустимое) значение Тдоп, величина которой может быть задана как

Тдоп = кТоо,

где Тоо - среднее время основного обслуживания;

ж - величина, определяющая, какую долю от времени основного обслуживания может составлять допустимое время дополнительного обслуживания.

Процедура выбора параметров системы выполнения ДВО, принципа управления ДВО и адаптивного алгоритма замещения СЛП в СаБД включает шаги:

- оденка области значений тдво, в которой обеспечивается

заданный уровень качества выполнения ДВО;

- определение области значений основных параметров И С, обеспечивающих требуемое качество дополнительного обслуживания;

- определение объема СаБД и выбор алгоритма замещения СЛП в СаБД.

Рассматриваемая в диссертационной работе инженерная методика позволяет выбрать основные параметры системы выполнения ДВО, обеспечивающие заданное качество дополнительного обслуживания.

В заключении сформулированы результаты диссертационной работы:

В диссертационной работе разработаны и исследованы адаптивные алгоритмы управления дополнительными видами услуг и потоками информации на интеллектуальных сетях связи. При этом получены следующие результаты.

1. Исследована задача внедрения интеллектуального сервиса на сетях связи с низкой скоростью передачи данных. Рассмотрены вопросы перспективных информационных технологий и услуг с оценкой их реализуемости в интеллектуальных сетях.

2. Произведен анализ архитектурного построения интеллектуальной сети и основных параметров системы выполнения дополнительных видов обслуживания применительно к децентрализованной организации сетевой информационной базы данных для хранения программ, обеспечивающих выполнение дополнительных видов обслуживания. Произведен сравнительный анализ централизованного и децентрализованного методов управления дополнительными видами обслуживания.

3. Исследованы вопросы теории коллективного поведения автоматов в случайных средах. Результаты исследования применены для решения задач адаптивного управления дополнительными услугами в интеллектуальной сети.

4. Разработан игровой алгоритм замещения сервисных логических программ в сателлитной базе данных узла коммутации интеллектуальной сети. Составлена программа моделирования, написанная на языке СИ, просчитывающая вероятности отсутствия требуемой сервисной логической программы в сателлитной базе данных в зависимости от объема СаБД. Произведено исследование и сравнительный анализ существующих алгоритмов замещения СЛП в СаБД и игрового алгоритма.

5. Разработан игровой алгоритм замещения СЛП и данных пользователя в центрах управления ДВО различных зон интеллектуальной сети. Составлена программа моделирования на языке СИ, вычисляющая вероятность отсутствия требуемой СЛП в СаБД или ОСИБД и среднее время предоставления ДВО в зависимости от объема СаБД и ОСИБД, интенсивности запросов на СЛП, скорости передачи данных, быстродействия ЭВМ ЦУ-ДВО.

6. Разработан игровой алгоритм управления поиском и маршрутизацией информации в интеллектуальной сети. Составлена программа моделирования,

написанная на языке СИ, вычисляющая вероятность нахождения требуемой СЛП или данных в сети в зависимости от вероятности установления соединения с требуемым ЦУ-ДВО и вероятности отсутствия требуемой СЛП в данном ЦУ-ДВО.

7. Разработан игровой алгоритм управления поиском мобильного абонента в зонах регистрации сети сотовой связи. Данный метод, также, предложен для поиска абонента с универсальным номером в интеллектуальной сети.

8. Для обеспечения заданного качества функционирования системы выполнения ДВО в интеллектуальной сети, исследована и дополнена инженерная методика выбора параметров системы выполнения ДВО.

9. Материалы диссертационной работы характеризует единая направленность разработок, отвечающая задачам современного развития науки. Таким образом, полученные в диссертации результаты содержат новое решение актуальной научно-технической задачи, имеющее существенное значение в области создания и проектирования как интеллектуальной сети в целом, так и отдельных ее компонентов.

Публикации по теме диссертации

1. В.Г.Лазарев, Е.И.Пийль, Э.Л.Штейнберг. Пути развития цифровых сетей связи и их протоколов на базе интеллектуальной технологии. Тезисы докладов научно-практического семинара "Проблемы внедрения и эксплуатации цифровых систем коммутации". РНТОРЭС Москва 1995.

2. В.ГЛазарев, Р.Г.Шерер, ЭЛ.Штейнберг. Игровой метод управления размещением сервисных логических программ в сателлитной базе данных интеллектуальной сети. Семинар "нформационные сети и системы", Москва- Суздаль 1995.

3. Э.Л.Штейнберг. Игровой адаптивный метод замещения сервисных логических программ в сателлитной базе данных узла коммутации интеллектуальной сети. LI научная сессия, посвященная дню радио. РНТОРЭС Москва 1996.

4. В.Г.Лазарев, Р.Г.Шерер, Э.Л.Штейнберг. Игровой метод управления ДВО интеллектуальной сети. Международная конференция по информационным сетям и системам. МАИ ЛООНИС С.-Петербург 1996.

5. V.G.Lazarev, E.L.Shteinberg, R.G.Shehrer . The adaptive method of additional services control in the intelligent network. Proceeding of the German-Russian seminar "Integrated Networks and Flows Control". Dortmund University, Dortmund 1996.

6. V.G.Lazarev, E.L.Shteinberg, L.A.Dukhanina, E.I.Pijl, R.G.Shehrer. Computer System of Services control in the Intelligent Network. Proceedings of the Third International Conference, Szczecin - Poland 1996.

7. В.Г.Лазарев, Е.И.Пинль, Э.Л.Штейнберг. Распределенная система управления услугами в ИС. Сборник тезисов научно-технической конференции "Сети связи и сетевые технологии", Суздаль 1997.

8. В.Г.Лазарев, Э.Л.Штейнберг. ' Применение технологии интеллектуальной сети в системе поиска мобильного абонента. Международный семинар "Информационные сети, системы и технологии", Москва-Ярославль, 1997.

Подписано в печать 25.03.98. Формат 66x8446. Печать офсетная. Объем 1,2 усл.п.л. Тираж 100 экз. Заказ 153._

ЗАО «Ияформсвязьиздат». Москва, ул. Авиамоторная, 8.