автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.14, диссертация на тему:Исследование и разработка средств повышения эффективности функционирования центров коммутации при использовании сжатия телеграфных сообщений

МИНИСТЕРСТВО СВЯЗИ СССР Московский ордена Трудового Красного Знамени _институт связи_

На правах рукописи

Маркарян Артур Еоресович

УДК 621.394.74

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА СВДСТВ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТЕН С СП ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ЦЕНТРОВ КОШУТАЩ® ПРИ ЖПОЛЬЗСВАШТ. СКАТЙЯ ТЕЛЕГРАФНЫХ СООБЩЕНИЙ

пецеальнооги 05.12.14 - Сети, узды связи и распределение

информации

05.12.02 - Теория связи, системы и устройств} передачи информации по накалял сз-зи

Автореферат диссертации на соискание ученой стяттаж кандидата тохни-чесг.пх нсу.-;

Москва 199 т

Работа выполнена в Московском ордена Трудового Красного Знамени институте связи»

КеучньИ руководитель - кандидат технических наук, депонт А.С.Адаемоз

СО сальные спзояента: лог. гор технических наук, пролаз сор С.И.Самойленко; кандидат технических наук, старший научный сотрудник А.К.Печенккн

Бедуцая.организация - Институт пройлек передачи ин|ормации Академии наук СССР.

/Защита диссертации состоится n/fQ " О/сГЛиМЛ 1991 г. в "/f? ч ЗО ган на заседании специализированного совета К 118.06.02 в Московском ордена Трудового Красного Знамени инсти туте связи по адресу: 105855, Москва, ул.Авиамоторная, дом 8а. С диссертацией южно ознакомиться в библиотеке института.

ознакомиться в околио

-аз шдлл I

Автсрзёерат разослан " и О "•• wry v\<J{ 1991 г.

Ученый секретарь специализированного совета К 118.06.02

канд. техн. наук, доцент

$3uCliC/tO Е.в.даш

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА. РАБОТЫ

Актуальность темы. Развитие техники связи 1к в нашей стране, так и за рубежом связано со все более интенсив-т внедрением вычислительной техники в различные устройства и сис-зш. Одним из первых мест на сети связи страны, где стали продук-тно применять вычислительную технику, явились центры коммутации юбщений (ЦКС), реализованные на базе вычислительных машин ЕС-ЮЗО, :-ЮЗЗ, позднее ЕС-1045. Основные принципы, заложенные в эти ЦКС, > существу отражали понимание этих проблем десяти-лвадцатклетней шности. В это же время появились научные результаты, воплощенные рекомендации по созданию сетей ЭВМ, которые позволяют более раци-[алыго строить центры коммутации, обеспечивая эффективное функцко-■.ровакке всей сети в целом. В соответствии с этил в Ереванском от-¡лении Центрального НИИ связи были развернуты работы по созданию ятров коммутации, включенных в целевую комплексную научно-техни-скуго программу 0Д.025 и отвечающих современным требованиям и реко-ндациям.

Важной задачей при этом является построение центра с максималь-возможной пропускной способностью, под котосой следует понимать личество обрабатываемых знаков или сообщений в единицу времени, дествует много подходов дая решения этой задачи, например, исполь-вание более мояных современных ЭВМ, что по существу реализовано в 1 при переходе от ВС-1030 до 1X1-1045, а также использование эффек-31шх методов обработки сообщений, среди которых выделим направле-г, связанное с сокращением избыточности поступающих текстов сооб-

Вопросами избыточности текстов телеграфных сообщений (ТС) задался ряд исследователей, кроме того имеется значительное колл-!тво работ, посвященных изучению избыточности литературных тэкс-1. Однако исследования избыточности текстов ТС проводились сравнимо давно, в то время как телеграфный текст как специфическая ;ть литературного языка претерпевал естественную эволвцгоо с уче-! введения новых тарифов на сети, изменения характера корреспонден-: и т.д. В связи с этим в диссертационной работе проведена оценка ыточности современных телеграфных текстов, определен характер подающей нагрузки, которая является исходным параметром при разра-ке и проектировании узлов коммутации, сетей связи и т.д., а так-разработан метод устранения избыточности в 1С, который в прошлом мог быть практически реализован из-за отсутствия необходимой тех-и. '

Бааной сосгавляпдей работа является рассмотрение предлагаемых методов снатжя 1С во взаимосвязи с различными процедурами обработай сообщений, обеспечиваицих функционирование центра на базе машин серии СМ и "Злектроника", реализующих пакетную передачу сообщений в соответствии с протоколом HDLC.

Поскольку" сокращение избыточности связано с уменьшением помехоустойчивости, го необходимо провести исследования, оценивающие этот процесс при условии, когда в .канале действуют одиночные и независимые ошибки, что характерно для временных систем передачи, а также дая случая, когда-в канале возникают пакеты ошибок.

Теоретические положения работы должны быть проведены экспериментально, что и было осуществлено в диссертационной работе.

Цель работы. Цель работы состоит в исследовании и определении статистических характеристик поступапцих текстовых сообщений, разработке методов сжатия, обеспечиващих повышение пропускной способности центра коммутации и увеличение использования каналов связи, и, следовательно, улучшение характеристик сети в целом.

Методы исследования. Б качестве математичес кого аппарата используются элементы теории вероятностей, математической статистики, теории кодирования, теории массового обслуживания. -

Научная новизна.

1. Показано, что распределение длин телеграфных сообщений, п< редаваемых ИКС, можно аппроксимировать распределением Эрланга с m раыетрадга t = 15 и ju - 0,011. Установлено, что средняя длина телеграфного сообщения вместе со служебным заголовком ЦКС составляв1 272,7 знаков, -что меньше значения, принимаемого при проектировали: ИКС, на 9,9£.

2. Показан статистически неустойчивый характер частостей поя леняя одно-, двух- и т.д. символьных сочетаний в текстах телеграф сообщений. Установлено, что отличие частостей появления символов сравнению с исследованием, проведенным примерно десять лет тому н зад, является статистически значимым.

3. Разработан метод сжатия телеграфных текстов, позволяющий при пакетной передаче сообщения в соответствии с протоколом канал кого уровня X. 25/2 производить процедуры сжатия и декомпрессии с обяений в центре кощттации на базе СЫ-1420 без увеличения времен задераки сообщения в центре.

4. Предложена аналитическая модель протокола X. 25/2, учиты-

валцая сложный характер функции плотности распределения времени передачи кадров, для расчета характеристик протокола при передаче телеграфных сообщений.

Личный вклад. Все результаты, представленные в работе, получены автором лично.

П р а к т и ч-е окая ценность. Практическая ценность диссертационной работы состоит в следующем:

1. Получены новые, более точные данные о телеграфной нагрузке (распределение длин телеграмм, средняя длина телеграмма, средняя длина слова и т.д.}, позволящив обоснованно подходить к проектированию узлов и сетей связи.

2. Предложен и реализован в системе функционального программного обеспечения центра коммутации метод пакетной передачи по протоколу X. 25/2 в сочетании со сжатием телеграфных сообщений.

3. Предложен и реализован в системе функционального программного обеспечения центра коммутации редактор телеграфного текста, устраняющий ошибочно передаваемые служебные знаки, что на 4,4$ уменьшает -время передачи текста сообщения по каналу связи.

4. Проведены экспериментальные исследования, подтверхдавдив правильность полученных результатов.

Внедрение результатов работы. Результаты исследований явились частью научно-исследовательской работы, проводимой в отраслевой лаборатории систем передачи данных и телеграфной техники Московского электротехнического института связи по договору с Главным телеграфным управлением Министерства связи СССР (тема Л 200/86). Кроме того, исследования проводились в рамках работ теш & 20-83-54 по создании ЦКС-М и теш Л 17-86-54 по созданию ЦКС-2. Результаты работ внедрены в системы программного обеспечения этих центров коммутации.

Апробация работа. Основные положения и результаты' диссертационной работы были обсуждены и одобрены на XII Всесоюзной научной сессии, посвященной Дню радио (Москва, 1986), на 1У Всесоюзной шкале-семинаре по распределенным автоматизированным системам массового обслуживания (Кутаиси, 1987), на Всесоюзном семинаре по проблемам создания и производства высококачественных систем и комплексов дат промышленных АСУ на базе малых и микро-ЗВМ (Ереван, 1388), на научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава Московского института связи.

ш

5

Публикации. По материалам 'диссертации опубликовано пять работ.

Объем работы. Диссертационная работа сострит из введения, четырех глав, заключения и 4 приложений. Работа содержит 197 страниц машинописного текста, 20 рисунков, 20 таблиц. В списке литературы 101 наименование.

Основные положения, выносимы--на защиту.

1. При пакетной передаче сообщений в соответствии с протоколом канального уровня X. 25/2 в центре коммутации сообщений на tía мини-ЭВМ CM-I420 наиболее эффективной является пословное (объем словаря 1024 слова) сжатие сообщений с учетом сложности программн реализации.

2. Расчет характеристик протокола X. 25/2 при передаче телеграфных сообщений требует учета характера функции плотности распределения времени передачи кадров, существенно отличающегося от экспоненциального распределения, принимаемого при расчетах в сетя

ЭВМ.

3. Наилучшим по критерию быстродействия методом сжатия для поиска слова в выбранном словаре является способ, основанный на анализе дяины слова и двух букв с наименьшим значением коэффициен та неоднозначности.

4. Способ повышения верности, реализованный в протоколе канального уровня X. 25/2, в сочетании с предложенным методом сжати в целом обеспечивают требуемую верность передачи при повышении пр цускной способности центра коммутации и уменьшении времени задеря ки сообщения в центре.

В первой главе анализируются действушие и ра рабатываемые для использования на телеграфной сети ВДС с целью вы явления возможностей более эффективной обработки сообщений на осн ве использования средств сжатия сообщений. Средства устранения из быточности (сжатия данных) по многим причинам целесообразно испол зовать в местах зарождения информации или вблизи источника. В это связи в работе обоснована задача исследования ЦКС для внедрения средств сжатия.

Проведен анализ центра ЦКС-Т, построенного на базе ЭВМ ЕС-Ю и имеющего организацию, ориентированную только на телеграфную сет общего пользования. Анализ показал, что подключение абонентов дру гих служб, а также введение новых процедур обработки сообщений в этом центре, например сжатия, связано с существенными изменениями

сак в части аппаратного, так и программного обеспечения и неизбеж-ю приведет к падению эффективности функционирования центра.

Анализ структуры центра ЦКС-Т2, которая во- многом аналогична ;труктуре ЦКС-Т, показал, что в нем также оказывается нецелесообразным использование средств сжатия.

Проведен анализ возможности реализации программных средств зжатия в центре коммутации сообщений ЦКС-М, который обладает по зравнению с ранее разработанными центрами такими особенностями, как шогомашинная архитектура, максимальное использование серийных технических и программных средств, широкое использование и разработка протоколов, основанных на рекомендациях ЩКТТ по сетям передачи данных общего пользования для создания протоколов межмашинного обмена.

Центр ЦКС-М представляет собой иерархическую двухуровневую систему управления, включанвдую центральный'вычислительный комплекс (ЦБК) и предпроцессоры телеграфных низкоскоростных связей (ПТН), которые строятся соответственно на базе ЭВМ СМ-1420 и микро-ОВМ "Электроника МС-1212". ЦБК выполняет процедуры накопления принимаемых сообщений, управления очередями и направлениями связи, управления маршрутизацией и коммутацией сообщений. Для развязки функций приема и передачи сообщения от технологических особенностей обработки сообщений по различным типам связей эта обработка возлагается на ПТН, обеспечивающий выполнение процедур по управлению каналами связи на информационном и физическом уровнях. Подобное разделение функций между ЦБК ж ПТН, управление потоком сообщений, поступающих в ЦБК из ПТН, позволяет освобождать значительные ресурсы процессора и оперативкой памяти в ЦБК, которые могут быть использованы для реализации средств сжатия. ^

С вычислительной точки зрения обработка сообщения в ЦБК представляет- собой совокупность взаимодействующих последовательных процессов, которые реализованы отдельными задачами, являющимися единицей работы для операционной системы, в качестве которой используется ОС-ЕВ версии 3.0. Жесткие ограничения на обьем, занимаемый задачами памяти в оперативном запоминающем устройстве (ОЗУ), характерное для малых ЭВМ, и вместе с тем необходимость резервирования части виртуального адресного пространства задачи дм доступа к резидентным в ОЗУ общим структурам данных большого объема приводит к тому, что отдельные задачи в ЦБК выполняют небольшой объем функций по обработке сообщений. В этом случае связь между задачами оказывается сильной из-за необходимости обеспечения значительного обмена инфор-. мации между ниш, высокое значение имеет коэффициент мулътлпро-

ш

граммирования в "системе, что требует, как показано в диссертации необходимость учета дополнительных расходов ресурса процессора П1 сравнению с ЭВМ классической архитектуры.

Проведенный, расчет свободного ресурса показал, что для реаш зации средств сжатия в ЦБК может быть выделено процессорное время, равное 105 мс, и объем 037, не превышающий 32 Кслов.

Основное отличие ЦКС-2 от ЦКС-М заключается в осуществлении передачи сообщений по магистральной сети в виде пакетов в.соотве' сгвии с международным стандартом Х.25. Для реализации пакетной п< редачи б состав технических средств ЦКС-2 введен дополнительный 1 сравнению с ЦКС-М функциональный элемент - среднескоростной пред-процессор данных (ПДС), выполняющий функции по физическому взаимс действию ЦКС, концентраторов сети по среднескоростным канатам и бит-ориентированные процедуры канального уровня.

Перспективный центр ЦКС-1 планируется создать на базе ЗВМ ЗС-1045. Учитывая, что в нем должны быть реализованы многие принципы, нашедшие отражение в создании центров на базе СМ ЭВМ, а тш же наличие достаточных ресурсов ЭВМ, в работе делается вывод о вс мощности реализации средств сжатия в этом центре.

Вторая глава посвящена исследованию статистичес ккх характеристик сообщений, передаваемых по телеграфной сети общего пользования (0П). Изменение нагрузки телеграф ^й сети 0П, связанное с внедрением ЦКС на телеграфной сети 0П, уменьшением удельного веса учрежденческих ТС и расширением сети АТ, а также с циальными изменениями, изменениями тарифов и проч., обуславливав1 необходимость новых статистических исследований основных характер тик ТС.

На основе выборочного исследования 10^ сообщений составлена гистограмма распределения длин ТС. Для среднего значения длины ТС вместе со служебным заголовком ЦКС получено значение 272,7 знаков кода МТК-2. Полученную гистограмму оказалось возможным аппроксими ровать на уровне значимости = 0,7 распределением Эрланга поря ка = 15 и значением параметра ^ = 0,011. Ошибка выборки при ' этом не превышала 0,24$. Установлено, что средняя длина полезной информационной части ТС (ИТС) составляет 114,7 знаков, средняя дл на слова из ИТС составляет 7,01 знака. Полученные данные отличают ся от известных, что подтверждает необходимость данного исследова ния.

Проведено исследование статистики структуры ТС, связанное с распределением вероятностей появления символов и их сочетанийа

пае слов. Поясним подробнее. Пусть У.1* •••> Я/хЧ }>

1е ¡Х'1 - мощность множества X*(IX I = 84), множество симво-зв алфавита телеграфного источника, кодирующего сообщения между-фодным кодом МТК-2 в варианте для аппаратов с русско-латинским рифтом. Множество кодовых слов кода ШК-2 обозначим Х± , т.е. ^ =£00000 , 00001, .... ИШ } , \ХА •= 32. Множество всевоз-:жных последовательностей (блоков ^длиной пь кодовых слов 5означим Ут , т.о. Хт = Хс . Тогда, для множест-

1 всевозможных блоков длиной т символов из алфавита X1 имеем

Хт-{Х'}*{Х<}т~1' ; I. 2, ... . эти

иоки символов играют роль букв п -буквенного (п. =/Л"п/) - алфа-1та Хт . В работе анализируется также структура слов в ТС. Под словом" понимается элемент'множества Xе, определяемого следую-ам образом: Xе' {//}* .где ль-4, К ( К = 69 -

аксимальная длина строки телеграфного аппарата); Х£ ' £Х } \ {Х5] > Х3*{< (возврат каретки); (пробел); = (перевод строки)} ;

-{Х{} \ [^з } • - представляет подмножество кодовых слов ода МТК-2, соответствующих подоножесгву , т.е. Хд ={00010, 30100 , 01000}.

Для получения статистических результатов, учитывающих вероят-остнув зависимость между составляпдши текст символами, произво-ался подсчет всего множества этих составляющих внутри выбранного екста с использованием механизма бесповторной: выборки, т.е. реали-овалась схема зависимых испытаний. В качестве текста 1С рассматри-ался ТС в целом вместе с заголовком ИКС, ТС без заголовка ЦКС и олько полезная информационная часть ТС (ИТС). Объемы выборок ля исследования вероятностей появления символов алфавита Хп при т? = I, 2, 3 составили соответственно л/^ = 1,53'Ю7, Ы^ = 3,84* 10^, Ы3 - 4,63* 10^ символов, что позволило с вероятностью адежности, равной Р = 0,95, и при относительной ошибке выборки, ;е превышающей 5$, исследовать вероятности появления наиболее часто ютречаемых символов с суммарной частостью появления Р(х') > 0,999, Г(Хг) > 0,999, р(Х3) > 0,95, аде запись Р(Хп) ; Пъ = > I, 2, 3 обозначает суммарную частость появления наиболее часто ютречаемых символов алфавита Хп. Определены доверительные интер-1алы для вероятности события Р(х£.2>„.) , заключавшегося в том, что ¡имвол Х£ Хп иринадаежрт словарю объема Д. --с?"" при т = 2; !г = 64-12 и пь= 3; п. = 74-14.

. Для определения множества наиболее часто встречаемых слов ана-шзировалась только ИТС, так как другие часта ТС содержат неболь-

шое количество часто нов торящихся слов. '

Для составления словарей наиболее часто встречаемых-слов была осуществлена выборка объемом 50 тысяч ТС. Исследована структура словарей объемом .2"' , где гь = 6+12.

Аналогично было проведено исследование статистики структуры ТС из телеграфной нагрузки, соответствующей предпраздничному (пр< новогоднему) периоду, как периоду с наибольшим удельным весом йрм дничных телеграмм в нагрузке, а также наибольшей продолжительное Еа основе проведенных статистических исследований установлены границы теоретически минимально достижимых скоростей кодирования ТС с учетом вероятностей появления кодовых слов кода МТК-2, ] статистической связи между двумя, тремя кодовыми словами МТК-2, ; также при кодировании телеграмм с учетом вероятностей появления символов алфавита X1 и статистической связи между двумя, тремя символами алфавита источника 1С. Установлена граница теоретическ] минимально достижимой скорости кодирования ТС при кодировании сан X, £ Xе из ШО с учетом разных вероятностей их появления. Опред лена эффективность различных способов сжатия при словарном кодир Банки на основе реального кодирования текстов ТС общим объемом 10® телеграфных знаков. Б качестве показателя эффективности сжатия используется величина <? = /, где , %в - соответственно средние скорости кодировании первоначальным и сжатым кодам Исследовались различные типы кодирований: блоков постоянной длин: в качестве которых рассматривались символы алфавита Л"7* и послед вательности длиной гть кодовых слов кода МТК-2 Хпг ( пг = I, 2, 3 равномерным (ВВ) и'неравномерным (ВУ) кодами, а также слов Х.6у равномерным (УВ) и неравномерным кодами (УУ). Отдельно рассматривалось кодирование, при котором комбинации перехода от одного . да к другому предваряют группу из одного (кодирование типов ВВ^ BVi ) и более блоков ( ВВг , ЬУг , УЬ, УУ ). Бри кодированиях типа йУу , йУг , УУ кодирование сообщений из словаря осуществлялось кодом Хаффмена, причем комбинации перехода к коду МТК-2 так соответствовало слово кода Хаффмена, т.е. дерево кода содержало ({Л) + 1) вершин, домеченных значениями вероятностей ...

р(Хш) , р(^1ти). где Р(хс) ' вероятности появ-

ления сообщений из словаря; 12)| - мощность словаря; р (¡^¡ц) ** =[^-£7 р£с[|суммарная вероятность появления сообщений, не прина,

лежащих словарю. Для перехода от кода МТК-2 к коду Хаффмена при кодированиях типа 81$ и УУиспользовалась последовательность из двух знаков МТК-2 с вероятностью появления менее ГО"''. При коди-

ровашш сообщений, принадлежащих словарю, равномерным кодом использовался простейший нумерационный алгоритм кодирования, ставящий в соответствие сообщению кодовое слово постоянной длины ¡¿fféjj = r L^a 1-Z7I J | которое представляет собой двоичную запись номера сообщения в словаре (LXJ - округление до целого с избытком значения переменной Z ) .

Сравнительный анализ результатов проведенного исследования • позволяет делать вывод, что наибольшей эффективности кодирования (с учетом ограничения на объем выделяемой памяти, указанного в первой главе) можно добиться при словарном кодировании кодом Хаффмена (кодирование bVi ) последовательностей, состоящих из трех кодовых слов кода МТК-2 , кодируя таким способом ТС, включая заголовок ЦКС. Однако при таком кодировании, как показано в третьей главе, время задержки сообщения в центре при пакетной перёдаче оказывается в три раза больше, чем при пословном кодировании типа V3 с помощью словаря объемом 1024 слова, что обусловливает худшие показатели эффективности центра по сравнению со вторым способом кодирования. Установлено, что при кодировании равномерным кодом наибольшая эффективность достигается при пословном кодировании. Однако, да*е при увеличении объема словаря по показательному закону, рост эффективности кодирования VB замедляется. Так, при увеличении объема словаря от 128 до 256 слов величина эффективности кодирования VB по сравнению о кодом МТК-2 повышается на 14,6? (от 1,010 до 1,158), при увеличении от 256 до 512 слов - на 3,8$, от 512 до 1024 слов -на 3,3$,от 1024 до 2048 слов - лишь около 1,2$.

Установлено, что средняя скорость кодирования, достигаемая на потоке ТС праздничного периода (поздравительные ТС в потоке составляли 4CÇS от общего числа ТС в потоке), оказывается ниже, чем обычного потока, не более чем на 3,9$,

Исследованы статистические характеристики-ошибочно передаваемых символов в ТС, образующие так называемый "телеграфный брак". Исследование показало, что только имеющиеся в ИТС лишние знаки перевода регистров, пробела, возврата каретки и перевода строки составляют 4,4$ от общего числа знаков 1С, считая также знаки заголовка ЦКС. Приводится статистическое обоснование полученного результата, который свидетельств'""!! о значимости автоматического редактирования текста ТС.

В третьей главе предлагается метод создания аналитической модели протокола канального уровня Х.25 и проводится исследование программной сложности разработанных средств сжатйя

соо^-ний.

Протокол исследуется в основной фазе - фазе переноса информации, в котором совпадает с процедурой HDLC , являющейся стандартом Международной Организации Стандартов (МОС). В отличие от существующих аналитических моделей протокола X. 25/2, которые созданы в предположении о постоянном значении времени передачи кадра по каналу связи (КС) или же об экспоненциальном характере функции . плотности распределения (ФПР) времени передачи кадра, что имеет место лишь в случае длинных сообщений, разработанный метод позволяет исследовать основные характеристики протокола при произвольном распределении длин передаваемых сообщений.

Доказано, что если длина передаваемых сообщений имеет ФПР, описнваекую законом Эрланга порядка t , то ФПР длины кадров при максимальной длине кадра, равной ¿о-+ è0 , где - длина заголовка, ¿а - максимальная дайна пакета, имеет вид:

^)I(e.k) [i, С сfa)-У^]♦

где А ¿а ; (£- к) - ФПР длины сообщений; * - биномиальные коэффициенты; S (¿-¿а) - дельта-функция Дирака;

= Z-K • \ръ С j -¿jj ; Z *Ju/ê0 ; PKag _ вероятность того, что кадр имеет длину -¿о . Для Р^щ получено выраже-

ние: w

'код

, (г-*)

g (г-1)!

^ = (г-iV* U п

Учитывая, что между длиной кадра и временем передачи £> кадра по КС с пропускной способностью С имеется простая функциональная зависимость , легко осуществим переход к ФПР времени передачи кадра (Ь) . Выражение (I) позволяет вычислять дь (¿) для кадров, которые образованы из сообщений, имеющих ФПР длины, подчинявшееся экспоненциальному закону (при г =1), нормальному закону (при 20), нормированному закону Эрланга £-го порядка.

Использованием аппарата преобразований Лапласа для среднего времени передачи Е(В) кадра от одной станции к другой получено выражение:

где через А£ обозначена функция, зависящая от целочисленного аргумента п :

В основе разработанного метода лежит использование смешанных случайных величин (СВ) для описания механизмов восстановления протокола и создание математической модели протокола которая представляется системой массового обслуживания типа М\ё\{. Для описания механизма восстановления используется СВ й, характеризующая задега-ку, связанную с занятостью обратного КС, и СВ V , которая равна значению 1? при выполнении неравенства и приника-

ет значение У= ЬоиЬ в случае выполнения неравенства Ъ^б ^ где В обозначает СВ, соответствующую интервалу времени иэду окончаниями передачи двух последовательно переданных станцией информационных кадров; ±А - время передачи заголовка кадра- Ьои£ -интервал тайм-г^та, отсчитываемый станцией и обозначаемый^ терчж-нах протокола 7} . Доказано, что преобразования Лапласа ФПР СВ V и и , соответственно У*(Я), равны:

(4)

Лап£а"ф^гаТОТ ™3°™ КС? В*(3) ~ преобразовшше

< ! „ ; ияте1™°°гь поступаэдих на станцию пакетов; 5 - параметр преобразования Лапласа;'

где ^ - коэффициент использования обратного КС; ¿р - суммарное время обработки кадра на станции и распространения сигнала по КС.

Установлено, что среднее время доставки кадров Е(У) от одной станции к другой в наиболее типичном случае КС, характеризующейся независимой битовой ошибкой с вероятностью , можно определить согласно выражению:

Е(У)-Е(5)- {1 ^СВ(В) ре Щ у, ,

Путем использования аппарата теории систем массового обслуживания в работе получены также выражения для расчета основных показателей эффективности протокола - пропускной способности и средней времени задержки кадра в узле связи, которые могут быть использованы при проектировании вычислительных сетей, сетей передачи данных и общего пользования.

Показано, что разработанные в настоящей работе программные средства сжатия позволяют повысить пропускную способность протокола I, 25/2 за счет увеличения информационной скорости передачи сообщений и использования дополнительных возможностей, которые проявляются при пословном кодировании сообщений. Причем увеличение нормированной пропускной способности протокола Ина/, = Н]С ( Н и С -соответственно пропускная способность протокола и КС) имеет место для каналов с вероятностью ошибки Ре , меняющейся в широких пределах. Так использование этих средств позволяет повысить величину

ННар при максимально допустимом значении коэффициента использования ИЗ ^ = 0,8 и максимальной дгане передаваемых кадров ¿о , меняющейся в пределах Ь> = 10044000 бит, соответственно в 1,27-1,41 раза даш КС с = 5'Ю"4, в 1,27-1,31 раза дам КС с = Ю"4 и -приблизительно в 1,26 раза для КС с Р( Ю-5.

Показано, что известные метода определения характеристик протокола для трафика, образуемого телеграфными сообщениями, именцши сравнительно небольшую среднюю длину, обладают большой погрешностью, которая в некоторых случаях превышает 20%. Установлено, что в случае, когда имеют место предположения известных методов о характере распределения длин кадров, результаты расчета характеристик протокола согласно существующим методам и предлагаемому полностью совпадают (расхождение не превышает 2%).

Далее в работе исследуется сложность программной реализации средств сжатия, образующих отдельную подсистему в функциональном программном обеспечении ЦКС-М-подсистеаду сжатия и декомпрессии

(возвращения в первоначальный вид сжатого сообщения) телеграфных сообщений (ПС СГС). Исходя из фактора сложности реализации и статистических характеристик источника ТС, исследованных во второй главе, установлено, что наиболее эффективным является пословное сжатие ТС, осуществляемое с помощью словаря объемом 1024 слова.

Показана необходимость выбора алгоритма поиска слова в машинном словаре, который должен"быть сильным, с учетом сложности алгоритма сжатия, требуемого для формирования клоча поиска. Из всех процедур, связанных со сжатием текстов ГС, наиболее значительные временные расходы связаны с поиском слова в словаре. Учитывая, что время поиска слова имеет определявшее значение для быстродействия функционирования ПС СТС, в работе экспериментально было измерено это время с помощью линейных часов ЭВМ CM-I420 для программ на языке макроассемблера, реализующих различные алгоритмы поиска (последовательный, двоичный, табличный). Установлено, что для выбранного словаря наиболее быстрым является табличный поиск, основанный на анализе длины слова и выборе в качестве ключа двух букв слова с ка-икеньшм значением коэффициента неоднозначности 1Р , определяемого согласно выражению Ip= ¿ZT fL 3L , где fc - частость сло-

а Sitfmuv

ва l -го ранга; bi - количество обращений к словарю для иденти-иккации слова I -го ранга со словом словаря. Расчет величины I/> для сильных алгоритмов поиска требует достаточно представительной выборки и в данной работе производился при значении ßr?in.=

Проведенный анализ программной сложности ПС СТС показал, что среднее время, затрачиваемое подсистемой для сжатия одного ТС, составляет 7,47 мс, процедура декомпрессии требует в среднем 2,45 мс. Объем памяти, занимаемый ПС СТС, составляет 22,5 Кслов.

Создана аналитическая модель, описывающая процесс обслуживания в ИКС в виде двухфазной системы массового обслуживания, в которой первая фаза соответствует обработке сообщения процессором, а вторая фаза моделирует передачу сообщения по КС. Анализ, проведенный с использованием этой модели, показал, что разработанная ПС СТС в сочетании с пакетной передачей согласно протоколу X. 25/2 позволяет повысить мощность ЦКС-М на межцентровых КС, что достигается за счет как увеличения пропускной способности КС, так и уменьшения задержки сообщения в центре коммутации. Количественное выраже1гие увеличения мощности центра зависит от количества и характеристик подключенных к нему межцентровых КС. Например, в случае, когда к центру подключены КС с пропускной способностью 2400 бит/с, функцидни-

рование ГО СТО позволяет повысить приведенную мощность на один КС в 1,36-1,40 раза.

В четвертой главе проводится исследование помехоустойчивости передачи сжатых телеграфных сообщений по меж-центровнм низкоскоросгным каналам ЦКС-ЦКС в коде МТК-2.

При передаче ТС, подвергнутых процедуре сжатия, отличия принятой последовательности символов от переданной ммут иметь разный характер. Если в слове Х6ХС , принадлежащем словарю, т.е. СИбд , происходит необнаруживаеыая ошибка, то это слово декодируется как другое слово. Такого рода сшибки можно назвать ошибками опознания. Пусть Рв'ш и /^обозначают соответственно вероятности ошибок опознания в знаке источника сообщения при передаче соответственно обычных и сжатых ТС. Величину ¡Раи ..характеризующую относительное изменение помехоустойчивости при переходе от одного способа передачи к другому, назовем коэффициентом изменения помехоустойчивости. ,

Процедурам сжатия ТС, основанным на использовании принципа словарного кодирования, присущи и ошибки другого рода, так называемые "вставки" и "выпадения". "Выпадение" есть событие, связанное с искажением последовательности кодовых слов, обозначающих сигнал перехода от одного способа кодирования к другому. "Вставка" есть событие, заключающееся в том, что символы источника при искажении в КС могут превратиться в управляющий; ситная перехода. При обычной передаче ТС аналогом ошибок типа "выпадений." и "вставок" являются ошибки, связанные с искажением символов перевода регистров.

Исследование проведено дяя двух моделей дискретного канала: с одиночными и независимыми, а также с пакетирующимися ошибками.

Для расчета помехоустойчивости передачи ТС по каналам с памятью использовалась модель дискретного канала, заданная распределе нием вероятности того, что на длине последовательности в /ь

разрядов возникает одна или более ошибок в зависимости от длины последовательности п,, определяемая соотношением ^'^ро ,

где ра - вероятность битовой ошибки; Ы. - коэффициент группирования ошибок. Тогда вероятность ошибки кратности £ и более на длине блока /г- в зависимости от Ь выражается следующим обра-

Р [>{)=п ■П {"г' ~ п-

Доказано, что величина коэффициента может быть определена согласно выражению:

А •Ыо ¿(Лиг*). '

где' А - число. стартстопннх знаков, требуемых для передачи одного слова х£Э ; Ид - длина информационной части кодовой комбинации, соответствующей

одноц7 символу источник; Л^, - среднее количество символов в слове Х£Л ; К - количество двоичных разрядов в кодовом слове сжатого кода слова. Х£д; ^^ - среднестатистическое значение коэффициента сжатия. Установлено, что вероятность' ошибок опознания при передаче сжатых ТС по каналам с памятью обеспечивается не больше вероятности ошибок при обычной передаче при следующих значениях величин К ж А : ( К =7, А = 2); ( К = ю, А = 3); ( К = II, А = 3); С К= 12, А = 3).

Показано, что для каналов' без памяти с вероятностью битовой ошибки, равной б , величина может быть определена следушцим об-

с- г -я,.^

Установлено, что помехоустойчивость сжатых сообщений по каналам без памяти выше на один-два порядка по сравнению с обычной передачей для всех словарей объемом ; К = 7*13, за исключением случая ( К = Ю, А = 2).

Получены выражения, позволяющие оценить коэффициенты изменения вероятности выпадения /Р'ьип, и вставки

при передаче сжатых 1С по сравнению с обычной передачей. Установлено, что при использовании сигнала перехода от одного способа кодирования к друтому, состоящего из двух символов алфавита источника; вероятность выпадения возрастает по сравнению с обычной передачей в два раза, вероятность вставки уменьшается не менее, чем на порядок для обеих моделей каналов.

В заключении приведены основные результаты работы и выводы, состоящие в следущем:

1. Получены статистические характеристики телеграфных сообщений, которые существенным образом отличаются от имеющихся сведений, что принципиально важно дня проектирования узлов и сетей.

2. Выявлено, что из-за недостаточной квалификации операторов-1 ^телеграфистов по каналам связи передается и коммутируется в узла* юг

около 4,4/5 (от общего объема) знаков, не несущих полезной информации, а именно: лишние знаки пробела, перевода с регистра на регистр и т.д. В соответствии с этим разработана программа, осуществляющая автоматическое редактирование текста в центре коммутации, что позволяет устранить названный выше "телеграфный брак".

3. Произведено экспериментальное исследование эффективности различных способов кодирования, основанных на статистических свойствах источника ТС и использушцих принцип словарного кодирования. Установлено, что в сочетание с пакетной передачей при пословном сжатии текста ТЗ обеспечиваются более -высокие показатели эффективности функционирования центра коммутации по сравнению со сжатием, основанным на словарном кодировании пг- буквенных блоков { т, = = I, 2, 3). '

4. Проведенный анализ ресурсов центра ЦКС-М показал, что они достаточны дня-,реализации средств стажия с объемом словаря до 1000-2000 слов. При этом необходимо реализовать быстрые процедуры поиска слов в словаре, основанные на статистических особенностях словаря. В- диссертации показано, что наиболее быстрым является способ, основанный на анализе длины слова и выборе двух букв, имепцих наименьшее значение коэффициента неоднозначности.

5. Доказано, что при пакетной передаче ТС функция распределения вероятностей времен передачи кадров носит сложный характер и ФПР названной случайной величины существенно отличается от экспоненциального. Проведенные исследования позволили выработать новый подход к математическому описанию вышеназванного процесса, что дает возможность обоснованно подходить к сравнению способов передачи со сжатиэм и без него, оценивать время доставки сообщения, помехоустойчивость и ряд других параметров, яр обходимых при проектировании и разработке центра коммутации. Предложенный математический аппарат дает также возможность с новых позиций подходить к оптимизации дашны пакета с учетом исходного распределения вероятностей длин сообщений,поступащих в центр.

6. Рассмотрены вопросы передачи сжатых телеграфных текстов кодом МТК-2, проведена оценка помехоустойчивости при условии, когда в канале действуют независимые и пакетирующиеся ошибки. Результаты этих исследований позволили выбрать помехоустойчивые коды, которые имеют несложную реализацию и обеспечат требуемую вероятность ошибки.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Адкемов A.C., Маркарян А.Ж., Халидов P.A. Анализ статистики телеграфных сообщений на сети общего пользования // Электросвязь. - 1986. - Й II. - С. 17-19.

2. Аджемов A.C., Маркарян А.Ж.- О возможности сжатия телеграфных сообщений на сети общего пользования // Тезисы докладов (LI Всесоюзной научной сессии, посвященной Дню радио. - Часть 2.-.1.: Радио и связь, IS8S. - С. 13.

3. Маркарян A.I. Сжатие сообщений на телеграфной сети общего тользования // Тезисы докладов 1У Всесоюзной школы-семинара по рас-тределенным автоматизированным системам массового обслуживания, -'утаиси, 1987. - С. 41-42.

4. Адаемов A.C., Маркарян А.Н. Сокращение избыточности телеграфных сообщений на сети общего пользования // Труды учебных ин-¡титутов связи. - Ленинград. - 1988. - Л 139. - С. 24-31.

5. Григорян К.В., 1улиян Т.Е., Маркарян A.S., Мартиросян В.А., 1атевосян К.А. Комплекс программных средств повышения надежности ДОЗ на базе СМ и микро-ЗВМ // Тезисы докладов Всесоюзного семинара ю проблемам создания и производства высоконадежных систем и комп-шксов для промышленных АСУ (АСУ ТП, АСУП, ГАП, САПР и др.) на ба->е малых и юткро-ЭВМ. - М., 1988. - С. 33-34.

Подписано в печать 20.06.1991 г. Формат 60x84/16. Пзчать офсетная. Объем 1,0 усл.п.л. Тираж 100 экз. Заказ 407 . Бесплатно.

Отдел оперативной печати ШС. Москва, ул. Авиамоторная, 8.