автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.14, диссертация на тему:Исследование и разработка методов автоматизированного управления развитием и качеством функционирования городских сетей электросвязей



Государственный комитет Российской Федерации по связи и информатизации Московский технический университет связи и информатики

.........: На правах рукописи

......

Лд ЪЗ - - .....^ ^

-'Докучаев-Владимир Анатольевич

1-Су-.....¿,

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЕМ И КАЧЕСТВОМ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ГОРОДСКИХ СЕТЕЙ ЭЛЕКТРОСВЯЗИ

Специальность 05.12.14 Сети, узлы связи и распределение информации

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва - 1999г.

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

Введение................................................................................... 9

Глава 1. Анализ существующих методов и средств управления развитием и качеством функционирования сетей связи.................................... 26

1.1. Содержательное описание объекта исследования........................... 26

1.2. Анализ основных тенденций развития сетей электросвязи в Российской Федерации.................................................................. 41

1.3. Разработка последовательности автоматизированного принятия решений по развитию городской сети электросвязи.............................. 48

1.4. Анализ существующих систем автоматизированного управления развитием и качеством функционирования сетей связи......................... 56

1.5. Анализ методов автоматизированного принятия решений при управлении развитием городских сетей электросвязи............................ 69

1.6. Оценка характеристик пропускной способности многолинейных

систем связи с повторными вызовами............................................... 75

1.6.1. Развитие методов анализа моделей с повторными

вызовами............................................................................. 75

1.6.2. Основные методы расчета многолинейных моделей систем с повторными вызовами............................................................ 83

1.6.3. Основные направления исследования.................................. 86

Выводы......................................................................................................... 87

Глава 2. Разработка и исследование математической модели обслуживания первичного простейшего и двух потоков повторных

вызовов последовательно включенными полнодоступными пучками

каналов....................................................................................... 89

2.1. Особенности построения сети заказно-соединительных линий на базе цифровых систем передачи............................................................ 89

2.2. Построение и анализ математической модели совместного функционирования пучков ЗСЛ и МГК............................................. 96

2.2.1. Схема функционирования модели............................................. 96

2.2.2. Анализ случайного процесса, описывающего совместное функционирование пучков каналов ЗСЛ и МГК............................ 99

2.3. Разработка системы уравнений статистического равновесия............. 100

2.3.1. Условия существования стационарного режима...................... 100

2.3.2. Принцип формирования системы уравнений статистического равновесия в виде одного равенства........................................... 101

2.3.3. Запись системы уравнений статистического равновесия в виде одного равенства................................................................... 103

2.4. Определение вероятностных характеристик......................................... 104

2.5. Соотношения между вероятностными характеристиками................... 108

2.6. Решение системы уравнений статистического равновесия 110 итерационным методом.......................................................................

2.7. Разработка процедуры итерационного расчета.................................. 114

2.8. Анализ численных результатов.............................................................. 115

Выводы......................................................................................................... 121

Глава 3. Разработка метода оценки качества обслуживания первичного простейшего и двух потоков повторных вызовов последовательно

включенными полно доступными пучками каналов................................. 122

3.1. Разработка метода оценки качества обслуживания вызовов пучком

ЗСЛ........................................................................................... 122

3.1.1. Анализ особенностей совместного функционирования пучков

ЗСЛ и МГК........................................................................... 122

3.1.2. Описание упрощенной модели совместного

функционирования пучков ЗСЛ и МГК для расчета пучка ЗСЛ...... 123

3.2. Разработка система уравнений статистического равновесия и оценка характеристик упрощенной модели........................................................................................................................125

3.3. Численная оценка точности упрощенной модели для расчета пучка

ЗСЛ................................................................................................................................................................................................................132

3.4. Разработка инженерного алгоритма расчета пучка ЗСЛ....................................136

3.4.1. Инженерная модель функционирования пучка ЗСЛ..................................136

3.4.2. Комбинированная модель с потерями и ожиданием..................................136

3.4.3. Определение оценок........................................................................................................................................140

3.4.4. Определение стационарных вероятностей..................................................................142

3.4.5. Определение интенсивности повторной нагрузки..........................................143

3.4.6. Оценка погрешности инженерного алгоритма......................................................143

3.5. Разработка метода оценки качества обслуживания вызовов пучком

МГК..................................................................................................................................................................................149

3.5.1. Идея алгоритма...........................................................................................................................149

3.5.2. Описание упрощенной модели совместного

функционирования пучков ЗСЛ и МГК для расчета пучка МГК....................149

3.6. Разработка системы уравнений статистического равновесия и оценка характеристик упрощенной модели..............................................................................................................151

3.7. Численная оценка точности упрощенной модели для расчета пучка

МГК................................................................................................................................................................................................................155

3.8. Разработка инженерного алгоритма расчета пропускной способности пучка МГК................................................................................................................................................................................160

3.8Л. Идея метода..................................................................................................................................................................160

3.8.2. Комбинированная модель с потерями и повторными

вызовами..........................................................................................................................................................160

3.8.3. Определение оценок вероятностных характеристик................................163

3.8.4. Определение интенсивности повторной нагрузки........................................165

3.8.5. Оценка погрешности инженерного расчета оценки качества

обслуживания вызовов пучком МГК................................................... 165

3.9. Разработка рекомендаций по расчету сетей с повторными

вызовами................................................................................... 168

3.9.1. Обоснование необходимости разработки новых методов.......... 168

3.9.2 Анализ модели Коэна....................................................... 173

3.9.3 Рекомендации по расчету емкости пучка ЗСЛ........................ 176

3.9.4. Рекомендации по расчету емкости пучка МГК...................... 179

Выводы........................................................................................................ 181

Глава 4. Разработка метода оптимизации схемы организации связи городской цифровой первичной сети............................................... 182

4.1. Анализ структуры городской сети электросвязи в условиях применения цифровых систем коммутации и передачи......................... 182

4.2. Исследование требований к городской цифровой первичной сети

связи......................................................................................... 187

4.3. Анализ технико-экономических показателей цифровых линий

передачи.................................................................................... 192

4.4. Содержательная постановка задачи оптимизации схемы организации связи......................................................................................... 195

4.5. Математическая постановка задачи оптимизации схемы организации связи......................................................................................... 200

4.6. Общая последовательность решения задачи оптимизации схемы организации связи........................................................................ 207

4.6.1. Построение дерева вариантов схемы кабельных участков....... 207

4.6.2. Последовательность оптимизации плана распределения

каналов................................................................................ 209

4.6.3. Разработка последовательности ветвления дерева вариантов

схемы кабельных участков..................................................... 213

4.7. Разработка процедуры автоматизированного выбора типа технических средств на кабельном участке......................................... 222

4.8. Обоснование точности аппроксимации функции стоимости цифровой кабельной линии передачи с учетом неопределенности прогнозирования потоков телефонной нагрузки......................................................... 225

4.9. Разработка процедуры сравнения альтернативных вариантов схемы

организации связи......................................................................... 229

Выводы........................................................................................................ 234

Глава 5. Разработка алгоритмов расчета кольцевой структуры городских первичных сетей синхронной цифровой иерархии................................ 236

5.1. Общие положения и функции оборудования СЦИ.......................... 236

5.2. Анализ архитектуры транспортной сети....................................... 237

5.3. Основные задачи построения транспортной сети............................ 239

5.4. Анализ топологии сетей СЦИ.................................................... 240

5.5. Анализ опыта проектирования сетей СЦИ.................................... 243

5.6. Разработка алгоритма расчета числа первичных цифровых трактов

для городской сети СЦИ................................................................ 247

5.7. Разработка алгоритмов распределения цифровых трактов для городской транспортной телекоммуникационной сети СЦИ................... 248

5.7.1. Алгоритм 1..................................................................... 248

5.7.2. Алгоритм 2................................................................... 250

5.8. Исследование влияния параметров сети на план распределения первичных цифровых трактов......................................................... 251

5.9. Архитектура автоматизированной системы "СЕТЬ-Т"..................... 255

Выводы..................................................................................... 257

Глава 6. Разработка алгоритма автоматизированного управления

развитием структуры межстанционных связей городской телефонной

сети.............................................................................................. 259

6.1. Особенности цифровизации существующих ГТС............................... 259

6.2. Основные задачи проектирования межстанционных связей аналого-цифровых городских телефонных сетей.......................................... 264

6.3. Математическая постановка задачи оптимизации структуры межстанционных связей ГТС...................................................................... 267

6.4. Последовательность оптимизации структуры межстанционных

связей городской цифровой телефонной сети................................................ 271

6.5. Обоснование алгоритма оптимизации структуры межстанционных

связей городской цифровой телефонной сети....................................... 279

6.6. Архитектура автоматизированной системы управления развитием структуры межстанционных связей городской телефонной сети

"СЕТЬ-1"................................................................................... 281

Выводы........................................................................................................ 285

Заключение................................................................................ 287

Литература................................................................................. 291

Приложение 1 (к главе 2 раздел 2.3.2). Формирование левой и правой

части системы уравнений равновесия.................................................. 320

П. 1.1. Формирование левой части системы уравнений

статистического равновесия...................................................... 321

П. 1.2. Формирование правой части системы уравнений

статистического равновесия..................................................... ' 328

Приложение 2 (к главе 3 разделы 3.4.6 и 3.8.5). Результаты расчета модели совместного функционирования пучков ЗСЛ и МГК (инженерный

алгоритм).................................................................................. 334

Приложение 3 (к главе 3 разделы 3.10.3 и 3.10.4). Результаты расчетов вероятностных характеристик качества обслуживания вызовов пучками ЗСЛ и МГК при их совместном функционировании с использованием разработанных алгоритмов и таблиц Ионина-Седола........................... 343

Приложение 4 (к главе 4). Архитектура автоматизированного рабочего места оператора цеха систем передачи первичной местной сети АМТС -

"Трасса"........................................................................................................................................................................349

П.4.1. Общие положения..................................................................................................................350

П.4.2. Подсистема "Ведение БД"..............................................................................................351

ПАЗ. Подсистема составления отчетов..............................................................................352

Приложение 5 (к главе 5). Описание функционального состава

оборудования и сетей синхронной цифровой иерархии (СЦИ)................................354

П.5.1. Функции оборудования систем передачи синхронной

цифровой иерархии................................................................................................................................355

П.5.2. Выбор метода функциональной защиты............................................................362

П.5.3. Блок-схема алгоритма расчета сети СЦИ....................................................368

Приложение 6 (к главе 6 раздел 6.6). Описание подсистем автоматизированной системы управления развитием структуры

межстанционных связей городской телефонной сети "СЕТЬ-1"..............................373

П. 6.1. Подсистема "Ведение БД"................................................................................................374

П.6.2. Подсистема "Решение прикладных задач"......................................................378

П.6.3. Подсистема "Составление отчетов"......................................................................38

Приложение 7. Акты о реализации результатов, полученных

диссертации..............................................................................................................................................................384

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Городские сети электросвязи (ГСЭ) являются составной частью Взаимоувязанной сети связи (ВСС) России и их дальнейшее развитие направлено на более полное удовлетворение потребностей абонентов в услугах связи на базе новых телекоммуникационных технологий.

Трудность исследования ГСЭ обуславливается тем, что они относятся к классу больших и сложных систем, развивающихся как в пространстве, так и во времени. Развитие ГСЭ осуществляется в нескольких направлениях: растет емкость сети, появляются новые технические средства связи, расширяется количество услуг, предоставляемых абонентам, и т.д. Постепенно накапливаясь, количественные изменения в развитии ГСЭ вызывают коренные качественные изменения, протекающие в виде скачков. Прогресс общества, экономики, науки, техники приводит даже к трансформации целей развития отдельных подсистем ГСЭ.

Высокие темпы прироста емкости сети, внедрение цифровых систем коммутации и передачи, создание широкополосных цифровых сетей с интеграцией служб, интеллектуальных сетей требуют совершенствования методического и информационного обеспечения для замкнутого инвестиционного цикла "проектирование, строительство и эксплуатация ГСЭ". Все это приводит к многовариантности стратегий развития городских цифровых сетей электросвязи, многокритериальное™ оптимизационных задач в условиях неопределенности исходных данных, необходимости применения количественных и качественных критериев при принятии решений.

В этих условиях одним из основных путей повышения эффективности решения задач структурно-параметрической оптимизации ГСЭ является создание взаимоувязанной совокупности автоматизированных методов решения задач управления развитием и качеством функционирования сетей с использованием современных информационных технологий в рамках концепции систем управления сетями, принятой на ВСС России в соответствии

с рекомендациями МСЭ-Т. Применение этих методов позволяет разрешить противоречивые требования к системе принятия решений, связанные, с одной стороны, с увеличением объема возможных сценариев развития сети, а с другой, - с необходимостью их качественной разработки в сжатые сроки с минимальными затратами.

Вопросам разработки методов управления развитием и качеством функционирования сетей связи и создания на их основе автоматизированных систем посвящено достаточно большое число работ, в том числе и за рубежом. Однако в этих работах рассматривались методы структурно-параметрической оптимизации применительно к определенному типу сетей: коммутации каналов, пакетной коммутации и т.д. Методы оптимизации первичной сети (в зарубежной литературе - сеть каналов передачи или транспортная сеть) рассматривались, в основном, применительно к сетям малой и средней размерности.

В диссертации разработка методов автоматизированного управления развитием и качеством функционирования ГСЭ проводилась в соответствии с "Отраслевой программой эффективного использования вычислительной техники и автоматизированных систем на период до 2000 г." в рамках хоздоговорных научно-исследовательских работ, выполненных на кафедре автоматической электросвязи Московского технического университета связи и информатики (МТУСИ) по заданию Государственного комитета Российской Федерации по связи и информатизации (Госкомсвязи России).

Цель работы. Диссертация посвящена решению проблемы создания автоматизированных методов поддержки принятия решений по развитию, реконструкции и совершенствованию эксплуатации аналого-цифровых городских сетей электросвязи, имеющей важное народно-хозяйственное значе�