автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.13, диссертация на тему:Модели и методы исследования вероятностно-временных характеристик процессов обработки АТМ-ячеек на физическом уровне

На правах рукописи

НГУЕН ТИЕН БАН

МОДЕЛИ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЕРОЯТНОСТНО-ВРЕМЕННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПРОЦЕССОВ ОБРАБОТКИ АТМ-ЯЧЕЕК НА ФИЗИЧЕСКОМ УРОВНЕ

05.12.13 — Системы, сети и устройства телекоммуникаций

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург

2003

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном университете те лекоммуникаций им. проф. М. А. Бонч-Бруевича

Научный руководитель: к.т.н., проф. О. С. Когновицкий Официальные оппоненты: д.т.н., проф. С. П. Присяжнюк

Ведущая организация: ЛОНИИС, Санкт-Петербург

Защита состоится 23 октября 2003 г. в 14:00 часов на заседании специализированного совета К.219.004.01 при Санкт-Петербургском государственном университете телекоммуникаций им. проф. М. А. Бонч-Бруевича по адресу: 191186 Санкт-Петербург, наб. р. Мойки, 61.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан 22 сентября 2003 г.

к.т.н. А. Д. Дойнике»

У ченый секретарь диссертационного совет К.Т.Н., доц.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Одним из основных направлений развития средств телекоммуникаций в последнее время является создание широкополосных цифровых сетей интегрального обслуживания B-ISDN, использующих технологию ATM в качестве транспортного механизма. Сети B-ISDN способны обеспечить функционирование самых различных приложений в общей высокоскоростной сетевой среде с заданным качеством обслуживания. Выделяя только те ресурсы, которые требуются приложению, технология ATM обеспечивает высокую эффективность сетей при значительном сокращении накладных расходов. Потенциал этой технологии достаточен, чтобы в ближайшем будущем обеспечить большую прозрачность локальных и глобальных сетей, постепенно стирая границы между ними за счет формирования логического соединения между любыми двумя точками.

В настоящее время интенсивно развивается информационная технология мультимедиа, которая предъявляет высокие требования к семантической и временной прозрачности сетей. Задача анализа показателей качества обслуживания в ATM-сетях рассматривалась в большом количестве работ. Однако большинство из них сконцентрировано на разработке методов управления ресурсами и борьбы с перегрузками на уровне ATM, а процессы обработки ячеек на физическом уровне и вопросы повышения их эффективности изучены еще недостаточно.

Физический уровень стека протоколов B-ISDN обеспечивает контроль за ошибками, согласование скоростей передачи, упаковку и выделение ячеек, скремблирование и т. д. Параметры качества обслуживания в ATM-сетях существенным образом зависят от эффективности обработки информации на этом уровне. Поэтому сегодня, при постоянном увеличении требований к эффективности и надежности сетей, задача анализа и детального исследования вероятностно-временных характеристик (ВВХ) процессов обработки АТМ-ячеек на физическом уровне является, несомненно, актуальной и своевременной.

Цель и задаче исследования. Целью диссертационной работы является разработка математических моделей процессов обработки ATM-ячеек на физическом уровне и аналитических методов исследования их ВВХ, а также выбор способов повышения эффективности широкополосных сетей на основе технологии ATM.

С учетом сформулированной цели в работе были поставлены и решены следующие задачи:

1. Формализованное описание процессов обработки информации на физическом уровне в транспортных сетях ATM и качественный анализ их особенностей.

2. Анализ и расчет эффективности алгоритма защиты заголовков АТМ-яческ от ошибок с целью оценки вероятностей ложнр^т^Щ^^^^^Псти-рания ячеек в узлах сети. библиотека I

С. Петербург/- л- ! оэ я&шшbW \

3. Разработка вероятностных моделей исследования процессов выделения ячеек и методов определения их характеристик.

4. Анализ алгоритма синхронизации дескремблера по распределенным образцам в системе скремблирования на уровне ячеек с целью выявления вариантов его улучшения.

5. Предложение альтернативных алгоритмов фазирования дескремблера, вариантов аппаратной реализации и сравнение их эффективности.

6. Разработка математических моделей процессов установления, удержания и обнаружения сбоя фазы дескремблера и методов расчета их характеристик.

Методы исследования. Проводимые исследования базируются иа теории вероятностей, теории случайных процессов, теории графов, теории кодирования, теории рекуррентных регистров сдвига и теории двойственного базиса поля Галуа. При проведении численных расчетов использовались профессиональные компьютерные пакеты, в частности Visual Studio 6.0, Matlab 6.5 с применением Communication Toolbox и др. Программное обеспечение, необходимое для решения задач, реализовано на языке С.

Научная новизна. Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Формализованное описание адаптивного алгоритма контроля ошибок в заголовках ячеек при помощи вероятностной модели. Рассчитаны и оценены корректирующие способности применяемого кода, вероятности ложной маршрутизации и стирания ячеек из-за ошибок в канале.

2. Разработка математических моделей процессов установления и удержания синхронизма, а также обнаружения и устранения сбоев синхронизации на уровне ячеек. Используя аппарат марковских и полумарковских процессов, получены аналитические выражения для ВВХ этих процессов.

3. Математическая формализация алгоритма синхронизации дескремблера по распределенным образцам с применением теории рекуррентных регистров сдвига с обратными связями и методов исчисления над полем GF(2).

4. Предложение альтернативного алгоритма фазирования дескремблера, вариантов реализации и метода вычисления величины фазового сдвига с использованием двойственного базиса поля Галуа.

5. Разработка моделей и исследование процессов скремблирования ячеек на основе аппарата вероятностных графов и принципа декомпозиции случайного процесса, что позволило представить исследуемые процессы в более наглядной форме и упростшъ анализ статистических характеристик.

6. Применение методов решения линейных разностных уравнений для анализа процессов обеспечения синфазности скремблера и дескремблера, что позволило получить явные аналитические выражения для исследуемых ВВХ.

Практическая ценность. Аналитический метод исследования процессов обработки ATM-ячеек на физическом уровне, основанный на построении мгпематических моделей, позволяет избежать дорогих и громоздких экспериментальных оценок качества трактов передачи. На основе этих моделей мож-

но рассчитать и проанализировать статистические характеристики для оценки показателей эффективности и надежности широкополосных сетей на этапе их разработки.

Полученные результаты позволяют решить задачи выбора оптимальных параметров и схем реализации при проектировании оборудования сетевого окончания, обеспечивающих повышение скорости и достоверности обработки информации на уровне пользователь-сеть, а также улучшение качественных параметров сети B-ISDN в целом.

На основе анализа и оценки помехоустойчивости процессов обработки ячеек на физическом уровне можно решить задачу выбора соответствующей физической среды передачи для обеспечения требуемых показателей качества предоставляемых услуг в сетях интегрального обслуживания.

Основные положения и выводы диссертационной работы должны найти применение в проектных организациях в сфере телекоммуникаций, а также в учебных заведениях при изучении курса широкополосных цифровых сетей интегрального обслуживания на технологии ATM.

Реализация результатов работы. Результаты диссертации могут быть использованы научно-исследовательскими, производственными и эксплуатационными организациями при разработке нового и совершенствовании существующего оборудования сетевого окончания для широкополосных сетей B-ISDN.

Апробация работы и публикации. Представленные материалы в диссертации были доложены и обсуждены на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава и конференциях аспирантов и молодых специалистов СПбГУТ в 2001 — 2003 тт. Основные результаты исследования по теме диссертационной работы опубликованы в 6 печатных работах.

Личный вклад автора. Основные научные положения и теоретические выводы, содержащиеся в диссертационной работе, получены автором самостоятельно.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения и приложений. Работа содержит 162 страниц машинописного текста, 44 рисунка, 5 таблиц и список литературы из 105 наименований.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Вероятностная модель адаптивного механизма контроля ошибок в заголовках ячеек и метод расчета его характеристик.

2. Модели процессов установления синхронизма, удержания синхронизма и обнаружения сбоя синхронизации на уровне ячеек и методы исследования их ВВХ.

3. Математическая формализация алгоритма синхронизации дескрембле-ра по распределенным образцам с последовательными коррекциями и схема реализации.

4. Алгоритм синхронизации дескремблера с накоплением образцов, варианты реализации с коррекцией и установкой регистра сдвига.

5. Метод определения величины фазового сдвига между скремблером и дескремблером на основе двойственного базиса поля Галуа.

6. Общая модель процесса фазирования дескремблера и метод ее декомпозиции, базирующийся на применении аппарата вероятностных графов.

7. Модели процессов корректирования, верификации, удержания и обнаружения сбоя фазы дескремблера и методы исследования их ВВХ.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проблемы, сформулированы цели и задачи работы, перечислены основные результаты диссертационной работы, определены практическая ценность и область применения результатов, приведены сведения о апробации работы и представлены основные положения, выносимые на защиту.

В главе 1 приведены особенности, основные принципы технологии ATM, в том числе функции физического уровня. Физический уровень разделен на два подуровня: подуровень, зависящий от физической среды (PMD — Physical Medium Dependent) и подуровень конвергенции с системой передачи (ТС — Transmission Convergence Sublayer).

Подуровень, зависящий от физической среды, определяет скорость передачи битового потока через данную физическую среду, а также обеспечивает синхронизацию между передачей и приемом. На этом подуровне осуществляется линейное кодирование и, если необходимо, электроннооптичесиое и оптоэлектронное преобразование сигналов.

Подуровень конвергенции с системой передачи определяет порядок передачи ячеек ATM в битовом потоке и выполняет следующие функции:

- согласование скорости ячеек;

- формирование поля контроля ошибок в заголовке на передающей стороне и обнаружение/исправление ошибок на приемной стороне;

- адаптацию потока ячеек к кадру передачи на передающей стороне и выделение ячеек из кадра на приемной стороне;

- генерацию кадра системы передачи и его восстановление на приеме;

- скремблирование и дескрембяироваяие передаваемого двоичного потока.

В качестве цифровых систем передачи могут использоваться системы

SDH, PDH и др. Кроме того, в интерфейсе пользователь-сеть ITU-T предложена структура передачи на основе ячеек (cell-based format), в которой кадр эквивалентен ячейке.

В главе 2 проведены анализ и расчет эффективности алгоритма защиты заголовков ATM-ячеек от ошибок. Контролирующий ошибки в заголовке ячейки циклический (40,32)-код с производящим полиномом Р(х) = x&+z2+x+l работает в двух режимах. В режиме исправление, если возникает однократная ошибка в заголовке, то она исправляется, а если обнаружена многократная ошибка, то ячейка стирается. В обоих случаях приемник переключается в режим обнаружение. В этом режиме каждая ячейка с обнаруженной сшшб-

кой (однократной или многократной) в заголовке стирается. Если ошибок не обнаружено, то приемник возвращается в режим исправление.

Введены обозначения: Р<-ж и Рт — вероятности принятия заголовка без ошибок и с необнаруживаемой ошибкой; Рпи и рта — вероятности появления ошибки, которую код правильно и ложно исправляет; Рао — вероятность обнаружения ошибки, которую код не исправляет.

Использовав свойства циклических кодов, получены формулы:

Рбо = Р(о,40). Рпи = Р(1.40), я» - "¡Г ~Р(г.40),

Poo — 1 — (Рбо + Рпи "Ь Рта + Pbo)i где P(i,n) в общем случае обозначает вероятность появления г-кратной ошибки в п-элементной комбинации, а А (г) — число кодовых слов веса г.

Поведение приемника при обработке заголовков ячеек исследовано при помощи модели цепи Маркова с двумя состояниями.

Пользуясь свойством эргодичности цепи, найдены финальные вероятности режимов исправление и обнаружение:

/в — Рбо + РнО) /о ~ Рщ) + Р*!И Роо.

Характеристики механизма контроля ошибок в заголовке ячейки определены через соответствующие условные характеристики отдельных режимов и финальные вероятности;

Рцд =

(Рбо + РвоХРбо + Piш) + (Рт +

Рли "t" Роо)Рбо,

Рад — (Рбо + РВО)(Рно + Рта) Г (Рая + Рли Ь Poo) Paot

Per — (Рбо Рщ,)Роо + (Рщ "Ь Рш "Ь Pmj)2j где Рщ, и Рда — вероятности правильного и ложного декодирования заголовка (трансляции ячейки по правильному и ложному маршруту), а Рст — вероятность стирания ячейки.

В главе 3 разработаны модели и методы расчета характеристик процессов установления, удержания и обнаружения сбоя синхронизма при выделении ячеек в узлах АТМ-сети.

Суть процесса поиска границ ячеек заключается в нахождении возможных комбинаций заголовков. В правильном заголовке ячейки 5-й байт должен содержать контрольную сумму НЕС (Header Error Control) предыдущих 4 байтов. В первоначальный момент времени или после потери синхронизма приемник находится в режиме поиска и бит за битом проверяет входяший поток данных. При обнаружении границы первой ячейки по правильному НЕС он переходит в режим предварительного синхронизма. В этом режиме проверка осуществляется ячейка за ячейкой. При обнаружении ó правильных Н£С под-

рад разрешается переход в режим синхронизма, тоща как при обнаружении неправильного НЕС происходит возврат в режим поиска. В синхронном режиме приемник проверяет ячейку за ячейкой и при обнаружении а неправильных НЕС подряд вернется в поисковый режим.

Процесс установления синхронизма исследован на основе модели полумарковского процесса (рис. 1). В режиме поиска шаг развития равен 1 бит, а в режиме предварительного синхронизма — 424 бит (длине ячейки). Введено обозначение А,- (« = 0,1, • • •, 423) для комбинации, начинающейся с ¿-го раз-рада ячейки и имеющей длину 424 бит. На каждом шаге процесса приемник выбирает в качестве ячейки некоторую комбинацию А,- и проверяет ее «поле НЕС». Состояние Si означает; что комбинация А; выбрана для проверки в режиме поиска, а (т = 1, 2, ■ • 6) — в режиме предварительного синхронизма и при этом обнаружено т правильных НЕС подряд. Процесс начинается в одном из состояний £о,хь • • • , «423 и с вероятностью единица поглощается в состоянии Лж (правильный синхронизм) или (ложный синхронизм).

1-4

Рис. 1. Модель процесса установления синхронизма

Для исследования процесса использован метод вложенных цепей Маркова. Динамика процесса полностью определяется матрицей переходных вероятностей и матрицей функций распределения времен пребывания в состояниях.

Если проверяемая комбинация есть действительная ячейка (Ао), то НЕС будет правильным коща в заголовке ошибок нет или ошибка является необ-наруживаемой. При проверке комбинации А, (г Ф 0) приемник принимает ложное решение о нахождении ячейки если участок Н„ составленный из 40 первых разрядов комбинации А,-, по структуре совпадает с разрешенной комбинацией кода. В системах на основе SDH проверяются все 8 бит НЕС, а в системах на основе ячеек — только 6 бит НЕС] — НЕС6, так как НЕС7 и НЕС8 используются для фазирования дескремблера.

Определены вероятности р (для систем на основе SDH) и р (для систем на основе ячеек) того, что в принятом заголовке не будут обнаружены ошибки:

где В{г) — число комбинаций веса г, разряды которых без учета разрядов НЕСи НЕСз совпадают с разрядами разрешенных комбинаций кода.

Вероятность того, что для случайного набора 40 бит контрольная сумма совпадет, равна q — 1/256 (для систем на основе SDH) или q — 1/64 (для систем на основе ячеек, когда не учитываются 7- и 8-й разряды поля НЕС).

Переходные вероятности процесса выражены через р и q (или pnq), как показано на рис. 1. За единицу времени принят бит.

Пусть pjti — вероятность перехода из состояния s3 в si, тJti — условное время пребывания процесса в Sj при условии, что следующим состоянием будет sn a Tj -- Pj,iTj,i — безусловное время пребывания в состоянии Sj.

Пользуясь свойством поглощающих цепей Маркова, определена фундаментальная матрица N. элемент «у шторой дает среднее число моментов пребывания процесса в состоянии при начальном состоянии

Среднее время установления синхронизма при распределении начальных СОСТОЯНИЙ 7Г = [щ Щ ■ ■ ■ 7Г42З]:

Вероятность ложной синхронизации (поглощения в определена через элементы фундаментальной матрицы:

423

где

,6+1\424-г

Nq -

¿=1

В частном случае, если л« — щ - ■ ■ ■ — Щ23 — 1/424, то

„__(1-^4

0 ~ 424^* [1 - (1 - д»+1)423(1 - р5+1)]" Процесс удержания синхронизма исследован на основе модели цепи Маркова (рис. 2). Процесс начинается в состоянии лг0 и заканчивается поглощением в 5а (потеря синхронизма). Переходные вероятности выражены через

Sj (i — 1, 2, • • •, а) — обнфужено i неправильных НЕС подии

При помощи аппарата производящих функций определены:

- среднее значение и дисперсия времени удержания синхронизма

т -izilz^! л 1 2«+i 1-Р. ^ р(1_р)«' wi-p)la ptt-p)a р2 '

- вероятность удержания синхронизма по крайней мере на t ячеек

гд,е

х «1 + К1 - рГ+(«+i)b(i - р)"32;

- вероятность ложного выхода из синхронизма из-за ошибок в канале

^ р(1-р)* + (ос+1)1р(1-р)«}*

^ ~ 1 + р(1 - р)* + {ос 4- 1)[р(1" Р)*Г

Процесс обнаружения потери синхронизма исследован с помощью модели, аналогичной рис. 2 (вместо ря!-р переходные вероятности будут q и 1 — q соответственно). Приняв за начало развития процесса момент вхождения в ложный синхронизм или наступления сбоя, определены среднее значение и дисперсия времени обнаружения потери синхронизма, а также вероятность обнаружения сбоя за время, не превышающее t ячеек.

В главе 4 проведены математическая формализация и анализ алгоритма синхронизации дескремблера по распределенным образцам с применением теории рекуррентных регистров сдвига с обратными связями. Предложен альтернативный метод фазирования дескремблера с накоплением образцов на приемной стороне и варианты аппаратной реализации.

Система скремблирования ATM-ячеек с принципом синхронизации де-скрсмблера по распределенным образцам (Distributed Sample Scrambling) формально описана схемой на рис. 3. На передающей стороне исходная двоичная последовательность {bt} складывается по модулю 2 с псевдослучайной последовательностью (ПСП) {г^}, генерируемой генератором ПСП (ГПСП) скрем-блера. На приеме принятая последовательность складывается с ПСП {щ}, генерируемой ГПСП дескремблера. Когда дескремблер синхронизирован со скрембпером последовательности {k} и {k + ik + Vt} будут идентичными. Генераторы ПСП построены на основе рекуррентных регистров сдвига с обратными связями с характеристическим полиномом г31 + ж28 + 1.

ГПСП (T.g) Выделение

образцов (аД

Обршпы

Прихлые оСфюцы

Сравнение

Коррекция

Ф..Ц)

И ;г'

'SIUS- Обрашн

Выделение образцов (а,)

ПСП

ПСП ft)

поспсдоватетыюсг&

ГПСП (T,g)

{Ь, + и, + й,1

Схрембгвфоватоя поспедошхеяыгося.

Пргашш яоследомтежввсть

Дегареайляроваиия последовательность

Скреыблер Дескремблер

Рис. 3. Принцип синхронизации дескремблера по распределенным образцам

Для описания ГПСП введены обозначения: Ь — длина регистра сдвига;

= ••• — вектор состояния регистра в момент времени I;

Т — матрица переходов состояний = ТУг); g — генерирующий вектор (щ — gd{).

Метод синхронизации дескремблера с последовательными коррекциями.. В момент и — и + оц (и — начальная точка отсчета времени) из ПСП скремблера и дескремблера выделяются образцы ^ и г, (рис. 3). Образец з передается дескремблеру и на приеме сравнивается с ¿¿. При несовпадении образцов к содержимому регистра сдвига дескремблера в момент {¡ —¿о+ & добавляется по модулю 2 двоичная комбинация к, , называемая корректирующим вектором. Если образцы совпадают, то коррекция не осуществляется. После Ь последовательных таких операций содержимое регистров сдвига скремблера и дескремблера становится одинаковым.

Ясно, что необходимо решить две фундаментальные задачи, первой из которых является определение моментов выделения образцов, а второй — выбор моментов коррекции дескремблера и корректирующих векторов.

Положив а] - - 0 (не теряя при этом общности), показано, что значения <х, должны быть такими, чтобы матрица

Д :

gT"2 gT«*

gfO-L

к{ - <

была, невырожденной, a |Зг- и k, должны удовлетворять соотношениям

V j=H i } Т^Д-1^, г -= Ц

гд,е î,i — единичный L-мерный вектор-столбец, г'-й компонент которого равен 1, а остальные — нулю, nj равно 0 или 1.

В частном случае, если

— (i - 1)а> » = 1,2, & = eh + Э, Э < «;

теп можно использовать один общий корректирующий вектор

к^-^д-Чь,

что позволяет упростить аппаратную реализацию дескремблера.

Следует отметить, что в методе синхронизации дескремблера с последовательными коррекциями принятые образцы сохраняются только до момента очередной коррекции, поэтому в случае обнаружения ложного синхронизма щюцедура проверки образцов и коррекции регистра должна начинаться сна-чЕла, и для установления новою синхронного состояния дескремблера потребуется по крайней мере 31 новая коррекция.

Метод синхронизации дескремблера с накоплением образца«. В предложенном альтернативном методе синхронизации дескремблера принятые образцы Zi накапливаются в буферном накопителе емкостью L. После заполнения нЕИсопителя можно определить состояние ГПСП скремблера в некоторый момент t = to + |3 (3 ^ ах) и установить синхронизм между скремблером и де!Скремблером. Время восстановления синхронизма при этом может сократиться поскольку ранее накопленные образцы были сохранены.

Предложены два варианта аппаратной реализации: с установкой и коррекцией регистра сдвига

Схема с установкой регистра сдвига. Пусть dt и dt — состояния регистров сдоига скремблера и дескремблера соответственно, a z -- [zi • - • zi\T — содержимое буферного накопителя.

Показано, что

<VtP = Др z.

1Д,е

ч$ =

При заданных а,- и р матрица Др известна, тогда по веетору ъ можно определить с^+р и установить регистр сд вига дескремблера в момент ¿о + {} так, чтобы с^р — <1г„+р. Вариант аппаратной реализации приведен на рнс. 4.

НЕС^НЕС,

Принятые образцы

ЕМ №

гзо

п

Буферный накопитель

ЕЫ 2.

ии

= А»'*2

...................... ^»«В+Р ^Ю.'.+Р

Уставовга

Кя») Ки»1

•г»,/

I

'Я,'

4 к-

{«,} ПСП дескремблера

Принта

{Ь,+и,\

Дкщембмхрошаш {Ь+и+й] последовательность к ' ' "

посяедмнпеямоеть

Рис. 4. Схема синхронизации дескремблера с установкой регистра сдвига

Схема с коррекцией регистра сдвига. Если в буферном накопителе накапливаются не сами образцы а результаты сравнения % и ¿¡, т. е. значения £; — 3 +- ¿и то его содержимое £ - [ех £г ■ • • Пусть в общем случае 6{ ~ ф + тоща

64о+Э

Д^е.

Дня синхронизации дескремблера к содержимому его регистра сдвига в момент £о+Э добавляется вектор р, вычисляемый по принятому е. Вариант аппаратной реализации приведен на рис. 5.

! С

Рис. 5. Схема синхронизации дескремблера с коррекцией регистра сдвига

Определение фазовых сдвигов мемсду скремблером и дескремблерам. Положительной особенностью метода синхронизации дескремблера с накоплением образцов является возможность определения величины фазового сдвига м(дкду рекуррентными регистрами скремблера и дескремблера.

Пусть у — [уо, 71, • • • ,Узо] — двойственный базис по отношению к левому степенному базису • • • , V30] поля ОР(231) с характеристическим полиномом Р(х) = ж31 + х28 + 1 (у — корень Р{х)}. Тогда элементом поли, соответствующим величине фазового сдвига, будет V" = где с = Фазовый сдвиг т определяется путем логарифмирования ут.

В главе 5 разработаны модели и методы расчета вероятностно-временных характеристик процессов синхронизации дескремблера. Образцы скремблера передаются путем наложения (сложением по модулю 2) на 7- и 8-й разряды поля НЕС. На приеме путем сложения значений НЕС7 и НЕС'а, вычисленных по первым 4 байтам заголовка, с соответствующими принятыми элементами приемник определяет значения образцов для синхронизации дескремблера. Ясно, что если в заголовке ячейки возникнут ошибки, то результат вычислений образцов будет неверным, что в режиме фазирования приведет к ложному вхождению в фазу, а в установившемся режиме — ложному решению о сбое фггзы.

Для проверки достоверности образцов используются разряды НЕС; — НЕСб. Дескремблер имеет три режима работы: корректирование, верификация и держание фазы, переход между которыми управляется одним счетчиком К. В режиме корректирования фазы начальное значение К— 0. Затем, если в принятом заголовке НЕС; — НЕСб правильны, то К инкрементируется и два вычисляемых образца используются для коррекции дескремблера. В противном случае К сбрасывается в нуль. Кода К достигает значения X — 16 дескремблер переходит в режим верификации фазы. В этом режиме, если НЕСх — НЕСб правильны и принятые образцы совпали с дескремблирующи-ми, то К инкрементируется, а если один или оба образца не совпали, то К декрементируется. При достижении К — У разрешается переход в синхронный режим (удержания фазы), тоща как при К <У происходит возврат в корректирующий режим. В режиме удержания фазы когда НЕС1 — НЕСб правильны, а НЕС7 и/или НЕСв неправильны, то К декрементируется, иначе К инкрементируется (до верхней границы ¿?). При К <\¥ дескремблер возвращается в режим корректирования фазы.

Процесс фазирования дескремблера с момента начала корректирования фазы до момента вхождения в синхронизм исследован при помощи модели случайного процесса (рис. 6), имеющего два поглощающих состояния: Лцф и 5лф (правильная и ложная фазы).

В режиме корректирования фазы значение К = г означает, что зарегистрированы 2i последовательных коррекций. Состояние «0 является начальным (К — 0). Состояние соответствует К = г и все зарегистрированные коррекции были правильны, а 5(ЛК), — коща среди этих коррекций хотя бы одна была ложной. По достижении К — X процесс попадает в состояние .у^х или при этом означает, что К — г и дескремблер находится в режиме верификации после правильного, а^^- — после ложного корректирования фазы. Результат верификации приводит либо к возврату из состояния 5(ПВ>у (или 5(лв)у) в «0. либо К поглощению ИЗ 5(пв)У-1 (или Х(хн)У-1) в ^пф (или 5яф).

Переходные вероятности процесса определены через р и р (рис. 6). За единицу времени принята ячейка.

Следуя принципу декомпозиции, режимы корректирования и верификации фазы (после ложного или правильного корректирования дескремблера) рассмотрены как составляющие подпроцессы, характеристики которых получены при помощи аппарата производящих функций и методов решения разностных уравнений.

Вероятности перехода из режима корректирования фазы в режимы «правильной» и «ложной» верификаций:

Р*.п. - ШХ, ЛВ = 1 - ШХ-

Среднее время корректирования фазы дескремблера

1 ~РХ Т*=(1-Р)Р*'

1

^тдаС -р

р ' Г -Р

'р 1 -р

р 1р. -Р

'(■»УГ^С

Р

Рис. б. Модель процесса фазирования дескремблера

Когда дескремблер правильно скорректирован, вероятности перехода из режима верификации в синхронный и корректирующий режимы

1 -{г/р)х~у+1

•^"пв-к —

1 - (г/р)

Х-У

1 - (г/ру-У-^

1-

1 - {г/Р)у-у+1> а среднее время верификации

Т Х~У + 1 + 1 1 ~ {г/р)х~у+1

™ г — р г-р 1 -(г/р)у~у+1

где г = р — р.

В случае, если корректирование было ложным, то

з^-1 - 1 3*~у - 1

/яв-чф — _ Ряй-К — _ £ — 1

2{Х-У + 1) 2(7-V + 1) З*-^1 - 1

Г,

Р

3 у-у-11^1-

Объединив составляющие подпроцессы в одну модель, с применением методов оперирования с вероятностными графами, получены общие характеристики процесса фазирования дескремблера.

Вероятности правильного и ложного фазирования:

п Рж-ля Лт>геЬ ^

1 Рь-яяР1в-к ав-к й + 5

^к-яв^дв-лф &

= 1 - Рф

где

1 Р«-я»Ряа-к Р«-п&Рпв-& & + 3

я = ¡тук-™ - г*-г+11(Зу-у+1 - 1),

5 = (р* - рх)\рл'-у+х - гу-^+1](3х~у+1 - 1). Среднее общее время фазирования

?! + РЕ-ЛВ^ЛВ + Рц-ПвТт

где

1-р

1 Рц-авРцв-к Рц-ивР18-К

Х-У + 1 У-У+1I

т—р

г — р

V

м

лг

_ ТХ- -У+1-

'-У+1 _ ГУ- -к+1

1'

ЗГ-к+1 _ 1 )

+

N - р

х+(рх

■рх)

зх-т _ 1

■ +

р

рХгУ-У+1 _ рУгХ-\'+1

Процесс удержания фазы дескремблера исследован на основе модели цепи Маркова (рис. 7), состояние ^ифу которой означает, что дескремблер находится в правильной фазе и текущее значение счетчика К — j. Переходные вероятности выражены через г = р—р. Процесс начинается в состоянии $(иф)у и заканчивается поглощением в %,ф)1у_1 (потеря синхронизма).

<Т

I-г

Рис. 7. Модель процесса удержания фазы дескремблера

Методом производящих функций определено среднее время удержания фазы (в ячейках)

7уд-ф —

•1-г (1-2 г)2

, г .цг-г-г у , У-г

(ьг;) - (ггт)

У-\У+1 1-2г '

Процесс обнаружения сбоя фазы дескремблера исследовав с помощью модели, аналогичной рис. 7 (вместо г и 1 — г переходные вероятности будут г = Зр/4 и 1 — г соответственн.о). Приняв за начало развития процесса момент вхождения в ложную фазу или наступления сбоя, определено среднее время обнаружения потери фазы дескремблера.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В процессе проведенных исследований получены следующие основные результаты:

1. Даны формализованное описание процессов обработки ATM-ячеек на физическом уровне в широкополосных сетях интегрального обслуживания B-ISDN и качественный анализ их особенностей.

2. На основе вероятностной модели адаптивного алгоритма контроля ошибок в заголовках ячеек рассчитаны и оценены корректирующие способности применяемого кода для каждого режима, вероятности ложной маршрутизации и стирания ячеек из-за ошибок в канале.

3. Разработаны вероятностные модели для анализа процессов выделения ячеек и методы расчета их ВВХ при помощи аппаратов марковских и полумарковских процессов. На основе анализа полученных характеристик можно решить задачу выбора коэффициентов накопления по входу и выходу, кото-рал состоит в минимизации суммы времен обнаружения сбоя и установления синхронизма при удовлетворении требований по вероятностям ложной синхронизации и ложного выхода из синхронизма.

4. Проведены формализация и анализ алгоритма синхронизации десхрем-блера по распределенным образцам в системе скремблирования на уровне ячгеек с целью выявления вариантов его улучшения.

5. Предложены альтернативный метод фазирования дескремблера и варианты аппаратной реализации, которые позволяют сократить время фазирования и, тем самым, снизить потери ячеек. Кроме того, предложенный метод позволяет определить величину фазового сдвига между рекуррентными регистрами скремблера и дескремблера и набирать статистику о частости и величинах фазовых сбоев.

6. Разработаны математические модели процессов установления, удержания и обнаружения сбоя фазы десвфемблера с применением методов декомпозиции случайных процессов и аппарата вероятностных графов.

7. На основе построенных моделей получены аналитические выражения для ВВХ отдельных режимов работы дескремблера и общих характеристик процессов синхронизации дескремблера. Из результатов расчетов следует, что вероятность ложного корректирования дескремблера довольно велика (она превышает Ю-2 при вероятности ошибок ре = Ю-3), и поэтому верификация фазы после процедуры коррекций является необходимой.

Полученные результаты исследования позволяют проанализировать и оценить показатели эффективности обработки информации на физическом уровне транспортных сетей ATM, решить задачи выбора оптимальных параметров и схемных реализаций при проектировании оборудования сетевого окончания на уровне пользователь-сеть и предложить способы улучшения качественных параметров сетей B-ISDN в целом.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Нгуен Тиен Бан. Анализ эффективности алгоритма повышения достоверности обработки заголовков ячеек ATM // 55-я НТК студентов, аспирантов и молодых специалистов: тез. докл. / СПбГУТ. СПб, 2001.

2. Нгуен Тиен Бан. Построение вероятностных моделей для исследования процессов выделения ячеек в узлах сети ATM // 54-я НТК профессорско-преподавательского состава: тез. докл. / СПбГУТ. СПб, 2002.

3. Нгуен Тиен Бан. Исследование процессов выделения ячеек в узлах ATM-сети I! Труды учебных заведений связи / СПбГУТ. СПб, 2002. № 168.

4. Нгуен Тиен Бан, Когновицкий О. С. Исследование процессов скрем-блирования ячеек в сетях ATM // 55-я НТК профессорско-преподавательского состава: тез. доки. / СПбГУТ, СПб, 2003.

5. Нгуен Тиен Бан, Когновицкий О. С. Методы синхронизации дескремблера по распределенным образцам в сетях ATM // Труды учебных заведений связи / СПбГУТ. СПб, 2003. № 169.

6. Нгуен Тиен Бан, Когновицкий О. С. Модели и методы расчета характеристик процессов скремблирования ячеек в сетях ATM // Труды учебных заведений связи / СПбГУТ. СПб, 2003. № 169.

Подписано к печати 03.07.2003 Объем 1 печ. д. Тир. 60 экз.

Тип. СПбГУТ. 191186 СПб, наб. р. Мойки, 61

» 1522 9

i

i

с

Оглавление

Введение

1. Процессы обработки информации на физическом уровне в сетях B-ISDN на основе технологии ATM

1.1. Аналитический обзор особенностей технологий B-ISDN и ATM

1.2. Конфигурация и интерфейсы сети B-ISDN.

1.3. Эталонная модель протоколов B-ISDN.

1.4. Показатели качества обслуживания в технологии ATM

1.5. Процессы обработки ATM-ячеек на физическом уровне и задача анализа их характеристик.

Выводы.

2. Анализ и расчет эффективности механизма контроля ошибок в заголовке АТМ-ячейки

2.1. Алгоритм защиты заголовков ATM-ячеек от ошибок.

2.2. Анализ корректирующей способности применяемого кода

2.2.1. Характеристики режима исправления ошибок.

2.2.2. Характеристики режима обнаружения ошибок.

2.2.3. Расчет весового распределения кода.

2.2.4. Расчет корректирующей способности кода для модели канала без памяти.

2.3. Определение вероятностей режимов исправления и обнаружения ошибок.

2.4. Расчет характеристик механизма контроля ошибок в заголовках ячеек.

Выводы.

3. Модели и методы расчета вероятностно-временных характеристик процессов выделения ячеек в сетях ATM

3.1. Механизм выделения ячеек в узлах сети ATM.

3.2. Процесс установления синхронизма.

3.2.1. Модельпроцесса.

3.2.2. Определение переходных вероятностей.

3.2.3. Определение времен пребывания в состояниях

3.2.4. Нахождение фундаментальной матрицы вложенной цепи Маркова

3.2.5. Расчет среднего времени установления синхронизма

3.2.6. Расчет вероятности ложной синхронизации.

3.3. Процесс удержания синхронизма.

3.3.1. Модельпроцесса.

3.3.2. Определение среднего времени и дисперсии времени удержания синхронизма.

3.3.3. Расчет вероятности удержания синхронизма.

3.3.4. Расчет вероятности ложного выхода из синхронизма

3.4. Процесс обнаружения потери синхронизма.

3.4.1. Модельпроцесса.

3.4.2. Расчет вероятности обнаружения потери синхронизма

3.4.3. Определение среднего времени и дисперсии времени обнаружения потери синхронизма.

3.4.4. Определение среднего времени восстановления синхронизма

Выводы.

4. Методы скремблирования ячеек и алгоритмы синхронизации дескремблера в сетях ATM

4.1. Методы скремблирования в сетях ATM.

4.2. Механизм скремблирования в системах передачи на основе SDH.

4.3. Механизм скремблирования в системах передачи на основе ячеек.

4.3.1. Принцип синхронизации дескремблера по распределенным образцам.

4.3.2. Согласование процессов скремблирования, выделения ячеек и контроля ошибок в заголовке ячейки.

4.4. Метод синхронизации дескремблера с последовательными коррекциями.

4.4.1. Генераторы псевдослучайной последовательности

4.4.2. Алгоритм синхронизации дескремблера с последовательными коррекциями.

4.4.3. Выбор образцов для коррекции дескремблера.

4.4.4. Выбор временных моментов и векторов коррекции

4.4.5. Выбор общего корректирующего вектора

4.4.6. Аппаратная реализация схемы синхронизации дескремблера для сетей ATM.

4.5. Метод синхронизации дескремблера с накоплением образцов

4.5.1. Математическое описание метода.

4.5.2. Выбор времен выделения образцов.

4.5.3. Выбор времени коррекции.

4.5.4. Метод реализации дескремблера с коррекцией регистра сдвига.

4.5.5. Метод реализации дескремблера с установкой регистра сдвига.

4.5.6. Метод определения фазовых сдвигов между скрем-блером и дескремблером.

Выводы.

5. Модели и методы расчета вероятностно-временных характеристик процессов синхронизации дескремблера в сетях ATM

5.1. Алгоритм повышения достоверности процессов синхронизации дескремблера.

5.2. Расчет характеристик процесса фазирования дескремблера

5.2.1. Модель процесса.

5.2.2. Определение переходных вероятностей.

5.2.3. Расчет характеристик режима корректирования фазы

5.2.4. Расчет характеристик режима верификации фазы после правильного корректирования дескремблера

5.2.5. Расчет характеристик режима верификации фазы после ложного корректирования дескремблера.

5.2.6. Общие характеристики процесса.

5.3. Расчет характеристик процесса удержания фазы дескремблера

5.3.1. Модель процесса.

5.3.2. Вероятность выхода из фазы.

5.3.3. Расчет среднего времени удержания фазы дескремблера

5.3.4. Расчет среднего времени обнаружения сбоя фазы дескремблера

Выводы.

Актуальность проблемы. Одним из основных направлений развития средств телекоммуникаций в последнее время является создание широкополосных цифровых сетей интегрального обслуживания B-ISDN, использующих технологию ATM в качестве транспортного механизма. Сети B-ISDN способны обеспечить функционирование самых различных приложений в общей высокоскоростной сетевой среде с заданным качеством обслуживания. Выделяя только те ресурсы, которые требуются приложению, технология ATM обеспечивает высокую эффективность сетей при значительном сокращении накладных расходов. Потенциал этой технологии достаточен, чтобы в ближайшем будущем обеспечить большую прозрачность локальных и глобальных сетей, постепенно стирая границы между ними за счет формирования логического соединения между любыми двумя точками.

В настоящее время интенсивно развивается информационная технология мультимедиа, которая предъявляет высокие требования к семантической и временной прозрачности сетей. Задача анализа показателей качества обслуживания в ATM-сетях рассматривалась в большом количестве работ. Однако большинство из них сконцентрировано на разработке методов управления ресурсами и борьбы с перегрузками на уровне ATM, а процессы обработки ячеек на физическом уровне и вопросы повышения их эффективности изучены еще недостаточно.

Физический уровень является самым нижним в эталонной модели протоколов B-ISDN. Данный уровень обеспечивает контроль за ошибками, согласование скоростей передачи, упаковку и выделение ячеек, скремблиро-вание и т. д. Параметры качества обслуживания в ATM-сетях существенным образом зависят от эффективности обработки информации на этом уровне. Поэтому сегодня, при постоянном увеличении требований к эффективности и надежности сетей, задача анализа и детального исследования вероятностно-временных характеристик (ВВХ) процессов обработки АТМ-ячеек на физическом уровне является, несомненно, актуальной и своевременной.

Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка математических моделей процессов обработки АТМ-ячеек на физическом уровне и аналитических методов исследования их ВВХ, а также выбор способов повышения эффективности широкополосных сетей на основе технологии ATM.

С учетом сформулированной цели в работе были поставлены и решены следующие задачи:

1. Формализованное описание процессов обработки информации на физическом уровне в транспортных сетях ATM и качественный анализ их особенностей.

2. Анализ и расчет эффективности алгоритма защиты заголовков АТМ-ячеек от ошибок с целью оценки вероятностей ложной маршрутизации и стирания ячеек в узлах сети.

3. Разработка вероятностных моделей исследования процессов выделения ячеек и методов определения их характеристик.

4. Анализ алгоритма синхронизации дескремблера по распределенным образцам в системе скремблирования на уровне ячеек с целью выявления вариантов его улучшения.

5. Предложение альтернативных алгоритмов фазирования дескремблера, вариантов аппаратной реализации и сравнение их эффективности.

6. Разработка математических моделей процессов установления, удержания и обнаружения сбоя фазы дескремблера и методов расчета их характеристик.

Методы исследования. Проводимые исследования базируются на теории вероятностей, теории случайных процессов, теории графов, теории кодирования, теории рекуррентных регистров сдвига и теории двойственного базиса поля Галуа. При проведении численных расчетов использовались профессиональные компьютерные пакеты, в частности Visual Studio 6.0, Matlab 6.5 с применением Communication Toolbox и др. Программное обеспечение, необходимое для решения задач, реализовано на языке С.

Научная новизна. Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Формализованное описание адаптивного алгоритма контроля ошибок в заголовках ячеек при помощи вероятностной модели. Рассчитаны и оценены корректирующие способности применяемого кода, вероятности ложной маршрутизации и стирания ячеек из-за ошибок в канале.

2. Разработка математических моделей процессов установления и удержания синхронизма, а также обнаружения и устранения сбоев синхронизации на уровне ячеек. Используя аппарат марковских и полумарковских процессов, получены аналитические выражения для ВВХ этих процессов.

3. Математическая формализация алгоритма синхронизации дескрем-блера по распределенным образцам с применением теории рекуррентных регистров сдвига с обратными связями и методов исчисления над полем

GF{ 2).

4. Разработка альтернативных алгоритмов фазирования дескремблера с накоплением образцов, вариантов их реализации и метода определения величины фазового сдвига с использованием двойственного базиса поля Галуа.

5. Разработка моделей и исследование процессов скремблирования ячеек на основе аппарата вероятностных графов и принципа декомпозиции случайного процесса, что позволило представить исследуемые процессы в более наглядной форме и упростить анализ статистических характеристик.

6. Применение методов решения линейных разностных уравнений для анализа процессов обеспечения синфазности скремблера и дескремблера, что позволило получить явные аналитические выражения для исследуемых ВВХ.

Практическая ценность. Аналитический метод исследования процессов обработки ATM-ячеек на физическом уровне, основанный на построении математических моделей, позволяет избежать дорогих и громоздких экспериментальных оценок качества трактов передачи. На основе этих моделей можно рассчитать и проанализировать статистические характеристики для оценки показателей эффективности и надежности широкополосных сетей на этапе их разработки.

Полученные результаты позволяют решить задачи выбора оптимальных параметров и схем реализации при проектировании оборудования сетевого окончания, обеспечивающих повышение скорости и достоверности обработки информации на уровне пользователь-сеть, а также улучшение качественных параметров сети B-ISDN в целом.

На основе анализа и оценки помехоустойчивости процессов обработки ячеек на физическом уровне можно решить задачу выбора соответствующей физической среды передачи для обеспечения требуемых показателей качества предоставляемых услуг в сетях интегрального обслуживания.

Основные положения и выводы диссертационной работы должны найти применение в проектных организациях в сфере телекоммуникаций, а также в учебных заведениях при изучении курса широкополосных цифровых сетей интегрального обслуживания на технологии ATM.

Область применения результатов работы. Результаты диссертации могут быть использованы научно-исследовательскими, производственными и эксплуатационными организациями при разработке нового и совершенствовании существующего оборудования сетевого окончания для широкополосных сетей B-ISDN.

Апробация работы и публикации. Представленные материалы в диссертации были доложены и обсуждены на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава и конференциях аспирантов и молодых специалистов СПбГУТ в 2001 — 2003 гг. Основные результаты исследования по теме диссертационной работы опубликованы в 4 печатных работах.

Личный вклад автора. Основные научные положения и теоретические выводы, содержащиеся в диссертационной работе, получены автором самостоятельно.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения и приложений. Работа содержит 182 страницы машинописного текста, 39 рисунков, 4 таблицы и список литературы из 105 наименований.

Выводы

1. Эффективность системы скремблирования ячеек оценивается вероятностно-временными характеристиками, которые являются функциями от вероятности ошибки в канале и величин X, Y, V, W и Z. На основе разработанных математических моделей были определены как характеристики отдельных режимов работы дескремблера, так и общие характеристики процессов фазирования и удержания фазы дескремблера.

2. Для исследования процессов синхронизации дескремблера были использованы аппарат вероятностных графов и методы декомпозиции случайных процессов, которые позволили представить исследуемые процессы в более наглядной форме и упростить их анализ. Применение методов решения разностных уравнений позволило получить явные аналитические выражения для интересующих характеристик.

3. Из полученных результатов следует, что вероятность ложного корректирования дескремблера Рк.т довольно велика (она превышает Ю-5 при вероятности ошибок ре = 10"6) и поэтому верификация фазы после процедуры последовательных коррекций является необходимой. Чем больше значение К, тем меньше будет вероятность Рдв-лф принятия ложного решения о переходе в синхронный режим (в случае, коща дескремблер ложно скорректирован). С другой стороны, для уменьшения вероятности Рт.к ненужного возврата в корректирующий режим (когда дескремблер уже был правильно скорректирован) необходимо выбрать малое значение V. Однако, с увеличением Y—V возрастают среднее время верификации и, следовательно, общее время фазирования. Чем больше число Z — W, тем дольше длится процесс удержания фазы дескремблера. Но, увеличение числа Z—W приводит также к росту времени обнаружения сбоя фазы.

4. На основании анализа полученных характеристик можно решить задачу выбора соответствующих значений X, У, V, W и Z, удовлетворяющих требованиям по вероятности ложного фазирования и средним временам обнаружения сбоя и установления фазы дескремблера. Результаты расчетов показывают, что рекомендованные в [9] значения X = 16, Y = 24, V = 8, W = 16 и Z — 24 обеспечивают достаточно высокие показатели. Например, в системе передачи с вероятностью ошибок ре < 10~6 среднее время фазирования дескремблера менее 25 ячеек, среднее время обнаружения сбоя фазы меньше, чем 18 ячеек, а вероятность ложного фазирования не превышает Ю-8. Среднее время удержания фазы дескремблера больше 1024 ячеек даже при ре = 10~3.

Заключение

В процессе проведенных исследований получены следующие основные результаты:

1. Дано формализованное описание и проведен качественный анализ процессов обработки ATM-ячеек на физическом уровне в широкополосных сетях интегрального обслуживания B-ISDN.

2. На основе вероятностной модели адаптивного алгоритма контроля ошибок в заголовках ячеек оценены корректирующие способности применяемого кода для разных режимов и рассчитаны вероятности ложной маршрутизации и стирания ячеек из-за ошибок в канале.

3. Разработаны модели процессов выделения ячеек и методы расчета их ВВХ при помощи аппарата марковских и полумарковских процессов. На основе анализа полученных характеристик можно решить задачу оптимального выбора коэффициентов накопления по входу и выходу, которая состоит в минимизации суммы времен обнаружения и устранения сбоя синхронизма при удовлетворении требований по вероятностям правильной и ложной синхронизации, а также ложного выхода из синхронизма.

4. На основе теории рекуррентных регистров сдвига с обратными связями и методов исчисления над полем GF(2) проведены математическая формализация и анализ алгоритма синхронизации дескремблера по распределенным образцам в системе скремблирования на уровне ячеек с целью выявления вариантов его улучшения.

5. Разработаны альтернативные методы фазирования дескремблера и варианты их аппаратной реализации, которые позволяют сократить время фазирования и, тем самым, снизить потери ячеек. Предложен метод определения величины фазового сдвига между рекуррентными регистрами скремблера и дескремблера при сбоях фазы, позволяющий производить автоматический сбор статистики о частости и величинах фазовых сбоев.

6. Разработаны модели процессов установления, удержания и обнаружения сбоя фазы дескремблера и проведен их анализ с применением методов декомпозиции случайных процессов и аппарата вероятностных графов. На основе построенных моделей получены аналитические выражения для ВВХ отдельных режимов работы дескремблера и общих характеристик процессов синхронизации дескремблера.

Общий вывод. Полученные в диссертационной работе результаты исследования позволяют проанализировать и оценить показатели эффективности обработки информации на физическом уровне в транспортных сетях ATM, решить задачи выбора оптимальных параметров и схемных реализаций при проектировании оборудования сетевого окончания на уровне пользователь-сеть и предложить способы улучшения качественных параметров сетей B-ISDN в целом.

1. 1.U-T Recommendation G.702. Digital hierarchy bit rates, 1988.

2. ITU-T Recommendation G.703. Physical/electrical characteristics of hierarchical digital interfaces, 1998.

3. ITU-T Recommendation 1.113. Vocabulary of terms for broadband aspects of ISDN, 1997.

4. ITU-T Recommendation 1.321. B-ISDN Protocol Reference Model and its Application, 1991.

5. ITU-T Recommendation 1.361. B-ISDN ATM layer Specification, 1995.

6. ITU-T Recommendation 1.363. B-ISDN ATM Adaptation Layer Specification, 1993.

7. ITU-T Recommendation 1.413. B-ISDN User-Networks Interface, 1993.

8. ITU-T Recommendation 1.430. Basic User-Network Interface — Layer 1 Specification, 1995.

9. ITU-T Recommendation 1.432.1. B-ISDN User-Networks Interface -Physical Layer Specification. General characteristics, 1999.

10. ITU-T Recommendation 1.432.2. B-ISDN User-Networks Interface — Physical Layer Specification: 155 520 kbit/s and 622 080 kbit/s operation, 1996.

11. ITU-T Recommendation 1.432.3. B-ISDN User-Network Interface Physical layer Specification: 1544 kbit/s and 2048 kbits operation, 1999.

12. ITU-T Recommendation 1.432.4. B-ISDN User-Network Interface Physical layer Specification: 51 840 kbit/s operation, 1999.

13. ITU-T Recommendation 1.432.5. B-ISDN User-Network Interface Physical layer Specification: 25 600 kbit/s operation, 1997.

14. AT&T and Bellcore. Observations of Error Characteristics of Fiber Optic Transmission Systems. CCITT SG XVIII, San Diego, Jan. 1989.

15. Balaji Kumar. Broadband Communications. McGraw-Hill, 1996.

16. Black U. ATM Foundation for Broadband Networks. Prentice Hall, 1995.

17. Ginsburg D. ATM — Solutions for Enterprise Networking. Addison-Wesley, 1996.

18. Goralski W. J. Introduction to ATM Networking. McGraw-Hill, 1995.

19. Handel R., Huber M. N., Schroder S. ATM Networks: Concepts, Protocol, Applications. Addison-Wesley, 1994.

20. Harrison P. G., Patel N. M. Performance Modelling of Communication Networks and Computer Architectures. Addison-Wesley, 1993.

21. Ibe О. C. Essentials of ATM Networks and Services. Addison-Wesley, 1997.

22. Kim S. C., Lee B. G. Synchronization of shift register generators in distributed sample scramblers // IEEE Transactions on Communications, 1994. Vol. 42. № 3.

23. Lee B. G., Kang M., Lee J. Broadband Telecommunications Technology, 2nd Ed. Artech House, 1996.

24. Martin P. Clark. ATM Networks. Wiley Teubner, 1997.

25. McDysan D. E., Spohn D. L. ATM: Theory and Application. McGraw-Hill, 1994.

26. McDysan D. E., Spohn D. L. Hands-On ATM. McGraw-Hill, 1998.

27. Othmar Kyas. ATM Networks, 2nd Ed. International Thomson Computer Press, 1996.

28. Pandya A. S., Sen E. ATM Technology for Broadband Telecommunications Networks. CRC Press, 1999.

29. Pitts J. M., Schormans J. A. Introduction to ATM Design and Performance With Applications Analysis Software. John Wiley & Sons, 1996.

30. Prycker M. Asynchronous Transfer Mode: Solution for Broadband ISDN, 2nd Ed. Ellis Horwood Ltd., 1997.

31. Schatt S. Understanding ATM. McGraw-Hill, 1996.

32. Sexton M., Reid A. Broadband Networking: ATM, SDH and SONET. Artech House, 1997.

33. Stallings W. ISDN and Broadband ISDN with Frame Relay and ATM. Prentice Hall, 1995.

34. Stallings W. High-Speed Networks: TCT/IP and ATM Design Principles. Prentice Hall, 1998.

35. Баруча-Рид А. Т. Элементы теории марковских процессов и их приложения. -М.: Наука, 1969.

36. Беллман Р. Введение в теорию матриц. -М.: Наука, 1976.

37. Белов В. В., Воробьев Е. М., Шаталов В. Е. Теория графов. -М.: Высшая школа, 1976.

38. Берлекэмп. Алгебраическая теория кодирования. -М.: Мир, 1971.

39. Бертсекас Д., Галагер Р. Сети передачи данных. -М.: Мир, 1989.

40. Бессонов Л. А. Линейные электрические цепи. -М.: Высшая школа, 1974.

41. Блейхут Р. Э. Теория и практика кодов, контролирующих ошибки. -М.: Мир, 1986.

42. Буассо М., Деманж М., Мюнье Ж. М. Введение в технологию ATM. -М.: Радио и связь, 1997.

43. Боккер П. ISDN — Цифровая сеть с интеграцией служб. -М.: Радио и связь, 1991.

44. Вентцель А. Д. Курс теории случайных процессов. -М.: Наука, 1975.

45. Вентцель Е. С., Овчаров Л. А. Теория вероятностей и ее инженерные приложения. -М.: Высшая школа, 2000.

46. Вентцель Е. С., Овчаров Л. А. Теория случайных процессов и ее инженерные приложения. -М.: Высшая школа, 2000.

47. Гаранин М. В., Журавлев В. И., Кунегин С. В. Системы и сети передачи информации. -М.: Радио и связь, 2001.

48. Гнеденко Б. В., Белаев Ю. К., Соловьев А. Д. Математические методы в теории надежности. -М.: Наука, 1965.

49. Гнеденко Б. В. Курс теории вероятностей. -М.: УРСС, 2001.

50. Диксон Р. К. Широкополосные системы: Пер. с англ./ Под ред. В. И. Журавлева. -М.: Радио и связь, 1986.

51. Емельянов Г. А., Шварцман В. О. Передача дискретной информации. -М.: Радио и связь, 1982.

52. Ершов В. А., Ершова Э. Б. ШЦСИС и ATM в концепции развития телекоммуникации XXI века // Электросвязь, 2000. № 3.

53. Ершов В. А., Ершова Э. Б. ATM — Основа эффективных мультисервисных сетей связи // Электросвязь, 2001. № 9.

54. Ершов В. А., Кузнецов Н. А. Мультисервисные телекоммуникационные сети. -М.: МГТУ им. Баумана, 2003.

55. Захаров Г. П., Арипов М. Н., Малиновский С. Т., Яновский Г. Г. Широкополосные цифровые сети интегрального обслуживания. -М.: Радио и связь, 1988.

56. Захаров Г. П., Яновский Г. Г. Широкополосные цифровые сети интегрального обслуживания. -М.: Радио и связь, 1994.

57. Казаков В. А. Введение в теорию марковских процессов и некоторые радиотехнические задачи. -М.: Сов. радио, 1973.

58. Каневский 3. М., Дорман М. И., Токарев Б. В., Крестинин В. В. Передача информации с обратной связью. -М.: Связь, 1976.

59. Карлин С. Основы теории случайных процессов. -М.: Мир, 1971.

60. Касами Т., Токура Н., Ивадари Е., Инагаки Я. Теория кодирования. -М.: Мир, 1978.

61. Кемени Дж., Снелл Дж. Конечные цепи Маркова. -М.: Наука, 1970.

62. Кемени Дж., Снелл Дж., Кнепп А. Счетные цепи Маркова. -М.: Наука, 1987.

63. Кларк Дж., Кейн Дж. Кодирование с исправлением ошибок в системах цифровой связи. -М.: Радио и связь, 1987.

64. Когновицкий О. С. Основы циклических кодов: Учебное пособие / ЛЭИС. -Л., 1990.

65. Когновицкий О. С. Алгоритмы обработки рекуррентных псевдослучайных последовательностей в задачах передачи данных И Связисты СПбГУТ и телекоммуникации XXI века: Сб. тр. / СПбГУТ. -СПб, 2000.

66. Когновицкий О. С., Нгуен Тиен Бан. Методы синхронизации дескремблера по распределенным образцам в сетях ATM // Труды учебных заведений связи / СПбГУТ. -СПб, 2003. № 169.

67. Когновицкий О. С., Нгуен Тиен Бан. Модели и методы расчета характеристик процессов скремблирования ячеек в сетях ATM // Труды учебных заведений связи / СПбГУТ. -СПб, 2003. № 169.

68. Колчин В. Ф. Случайные графы. -М.: Физматлит, 2002.

69. Кофман А. Введение в прикладную комбинаторику. -М.: Наука, 1975.

70. Крук Б. И., Попантонопуло В. Н., Шувалов В. П. Телекоммуникационные системы и сети. Современные технологии. Том 1. -М.: Горячая линия — Телеком, 2003.

71. Кульгин М. Технологии корпоративных сетей. Энциклопедия. -Спб: Питер, 2000.

72. Куюнджич С. М. Разработка и анализ моделей надежности и безопасности систем. -М.: Физматлит, 2001

73. Курош А. Г. Курс высшей алгебры. -М.: Наука, 1975.

74. Левин Б. Р. Теоретические основы статистической радиотехники. -М.: Радио и связь, 1989.

75. Левин Л. С. Цифровые системы передачи информации. -М.: Радио и связь, 1982.

76. Лоэв М. Теория вероятностей. -М.: Иностранная литература, 1962.

77. Мартынов Е. М. Синхронизация в системах передачи дискретных сообщений. -М.: Связь, 1972.

78. Миллер Б. М., Панков А. Р. Теория случайных процессов. -М.: Физматлит, 2002.

79. Мошак Н. Н. Основы проектирования сетей AIM. Ч. 1. Архитектура сети ATM: Учебное пособие / СПбГУТ. -СПб, 2002.

80. Назаров А. Н., Симонов М. В. ATM — Технология высокоскоростных сетей. -М.: Эко-Трендз, 1999.

81. Назаров А. Н., Разживин И. А., Симонов М. В. ATM: Технические решения создания сетей. -М.: Горячая линия — Телеком, 2001.

82. Нгуен Тиен Бан. Исследование процессов выделения ячеек в узлах ATM-сети // Труды учебных заведений связи / СПбГУТ. -СПб, 2002. № 168.

83. Олифер В. Г., Олифер Н. А. Компьютерные сети: принципы, технологии, протоколы. -СПб: Питер, 2000.

84. Олифер В. Г., Олифер Н. А. Основы сетей передачи данных. -М.: Интернет-Университет Информационных Технологий, 200385. Патент США №5.179.592.86. Патент США № 5.530.959.

85. Переверзев Е. С. Случайные процессы в параметрических моделях надежности. -Киев: Наук, думка, 1987.

86. Питерсон У., Уэлдон Э. Коды, исправляющие ошибки. -М.: Мир, 1976.

87. Прокис Дж. Цифровая связь. -М.: Радио и связь, 2000.

88. Семенов Ю. А. Протоколы Интернет. Энциклопедия. -М.: Горячая линия — Телеком, 2001.

89. Сешу С., Рид М. Б. Линейные графы и электрические цепи. -М.: Высшая школа, 1971.

90. Слепов Н. Н. Современные технологии цифровых оптоволоконных сетей свяязи. -М.: Радио и связь, 2000.

91. Советов Б. Я., Яколев С. А. Построение сетей интегрального обслуживания. -Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1990.

92. Сухман С. М., Бернов А. В., Шевкопляс Б. В. Синхронизация в телекоммуникационных системах. Анализ инженерных решений. -М.: Эко-Трендз, 2003.

93. Такая Л. Комбинаторные методы в теории случайных процессов. -М.: Мир, 1971.

94. Таненбаум Э. Компьютерные сети. Третье издание. -Спб: Питер, 2002.

95. Тихонов В. И., Миронов М. А. Марковские процессы. -М.: Сов. радио,1977.

96. Тихонов В. И. Статистическая радиотехника. -М.: Радио и связь, 1982.

97. Уолрэнд Дж. Телекоммуникационные и компьютерные сети. Вводный курс. -М.: Постмаркет, 2001.

98. Федоров Р. Ф., Яковлев В. В., Добрис Г. В. Стохастические преобразователи информации. -Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние,1978.

99. Феллер В. Введение в теорию вероятностей и ее приложения. В 2-х т. -М.: Мир, 1984.

100. Хелд Г. Технологии передачи данных. -Спб: Питер, 2003.

101. Шахтарин Б. И. Случайные процессы в радиотехнике. -М.: Радио и связь, 2002.

102. Шварцман В. О., Емельянов Г. А. Теория передачи дискретной информации. -М.: Связь, 1979.

103. Щербо В. К. Стандарты вычислительных сетей. Взаимосвязи сетей. -М.: Кудиц-Образ, 2000.

104. УТВЕРЖДАЮ Генеральный директор «Института телекоммуникаций» АИН РФА1. С.П. Присяжнюку^^З&^о^енный деятель науки РФнаук, профессор

105. Внедрение моделей позволило в два раза сократить время настройки физического уровня высокоскоростного коммутатора с ATM-доступом, что составило экономию в 50 тыс. рублей.1. Председатель Члены1. А.П. Лола