автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.14, диссертация на тему:Модели и методы расчета сетевых управляющих систем

ВВЕДЕНИЕ

1. Объекты и задачи исследования

1.1. Спецификация объекта исследования

1.2. Концептуальная модель ИУС

1.3. Моделирование сброса

1.4. Характеристики ИУС и постановка задач исследования 44 ВЫВОДЫ

2. МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ МНОЖЕСТВЕННОГО ДОСТУПА 53 ДАННЫХ УПРАВЛЕНИЯ ''

2.1. Синхронный временной доступ

2.2. Маркерный доступ

2.3. Синхронный случайный доступ

2.4. Многофазовая модель ИСУ с маркерным доступом

ВЫВОДЫ

3. АНАЛИТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ УОДУ

3.1. Описание процесса функционирования УОДУ

3.1.1. Составление графа Gno

3.1.2. Составление графов Gancj

3.2. Исходные предпосылки для построения аналитической модели 89 УОДУ

3.3. Аналитическая модель УОДУ первого уровня

3.4. Аналитическая модель УОДУ второго уровня

3.5. Аналитическая модель УОДУ третьего уровня 101 ВЫВОДЫ

4. ЧИСЛЕННЫЙ АНАЛИЗ КАЧЕСТВА ОБСЛУЖИВАНИЯ 107 ВЫЗОВОВ МОДУЛЕМ ЦИФРОВЫХ АБОНЕНТСКИХ ЛИНИЙ ЦИФРОВОГО УЗЛА КОММУТАЦИИ СЕТИ ISDN

4.1. Пример описания процесса обслуживания исходящего вызова

4.2. Состав и нормирование показателей качества обслуживания 114 вызовов

Учреждения и предприятия связи являются сложными системами, поэтому важным элементом в их анализе является выделение наиболее общих принципов их функционирования и построения. Среди ряда подсистем учреждений и предприятий особую роль играют информационные управляющие системы. Последние представляют собой компьютерные системы передачи, обработки и хранения данных или информации управления. Подобные системы получают все большее применение в управлении сетями связи и их ресурсами, в управлении взаимодействием неоднородных распределенных систем, корпоративных, интеллектуальных, почтовых систем, баз и банков данных телекоммуникационных систем и др.

Наиболее совершенными структурами информационных систем для управления, как показывает опыт автоматизации и информатизации учреждений и предприятий, являются управляющие сетевые системы, использующие множественный доступ пользователей (органов управления) к системам обработки, коммутации или хранения данных управления (объектов управления).

Возрастание объема информации, необходимой для управления объектами связи (сетями или их элементами) требует создания высокопроизводительных управляющих сетевых систем. К числу таких систем при управлении локальными объектами связи относятся локальные управляющие сети, использующие множественный доступ к среде передачи и устройствам обработки (хранения) информации.

В настоящее время наблюдается отставание в сфере приложений локальных сетевых систем, выбора их структуры в зависимости от предметной области. Остаются без достаточного внимания вопросы создания локальных систем управления узлами связи, распределением информации, производственными процессами почтовой связи, банками информации и т.п. Такое состояние дела в первую очередь определяется недостатком моделей и методов расчета управляющих сетевых систем.

Объектом исследования диссертационной работы являются управляющие сетевые системы, содержащие локальные сети множественного доступа и системы обработки информации управления.

Предметом исследования являются математические модели и методы расчета управляющих сетевых систем.

Цель работы состоит в создании моделей и методов расчета управляющих сетевых систем.

Состояние проблемы и задачи исследования. В работах Балашова ЕП., Башарина Г.П., Гольдштейна Б.С., Игнатьева В.О., Колбанева М.О., Кутузова О.И., Лазарева В.Г., Лычагина Н.И., Хетагурова Я.А. ,Чагаева Н.С., Чугреева О.С., Яковлева С.А., Якубайтиса Э.А., Яновского Г.Г. и др. рассматривались принципы построения, протоколы обмена данными, модели некоторых процессов, протекающих в исследуемых системах. Однако в них процессы доступа пользователей моделировались в режиме обмена данными между ними, а процессы обработки информации рассматривались в отрыве от ее передачи пользователями.

В исследуемых в данной работе сетевых системах доступ и обработка являются фазами единого информационного процесса, а пользователи имеют доступ только к системе обработки. Таким образом, в работе моделируется новый объект - сетевая система, объединяющая передачу и обработку данных управления.

В соответствии с указанной выше целью в работе поставлены и решены следующие основные задачи.

1. Создание концептуальной модели информационной управляющей сетевой системы.

2. Разработка обобщенной математической модели сетевой системы, состоящей из подсистем множественного доступа и обработки данных управления.

3. Разработка моделей локальных сетей множественного доступа с различными протоколами к устройству обработки данных.

4. Создание математической модели подсистемы обработки данных управления.

5. Разработка методов расчета подсистем множественного доступа и обработки управляющей информации.

Научная новизна исследований диссертационной работы состоит в следующем.

1. Предложены новый объект исследования и соответствующая ему модель, в отличие от известных, объединяющие ранее анализируемые раздельно без учета взаимного влияния процессы доступа пользователей в общем канале и обработки блоков данных управления при установлении соединения и учитывающие механизмы удержания канала связи.

2. Разработана обобщенная математическая модель локальной сети доступа в непрерывном времени с описанием процессов передачи блоков данных управления в дискретном времени. Предложенная модель тестирована для различных протоколов доступа.

3. Введено обобщение механизмов обратной связи, представленное группой соответствующих моделей, отображающее процедуры декодирования блоков данных, обработку информации управления и формирование ответов пользователям сетевой системы.

4. Разработаны математическая модель и метод расчета устройств обработки данных управления с использованием древовидных графов и трехуровневого представления управляющих процессов.

5. Построено формализованное описание процесса обработки данных управления на примере обслуживания вызовов модулем цифровых абонентских линий сети интегрального обслуживания.

Практическая ценность полученных в работе результатов сводится к следующему.

1. Разработаны методы расчета вероятностных и вероятностно-временных характеристик управляющей сетевой системы, учитывающие параметры и протоколы подсистемы доступа, а также структуру подсистемы обработки данных управления.

2. Получены выражения для инженерного расчета характеристик локальной управляющей сети с различными механизмами удержания канала.

3. Приведена методика инженерного расчета процесса обслуживания исходящего вызова модулем цифровых абонентских линий сети ISDN.

Реализация в народном хозяйстве. Основные теоретические и практические результаты диссертационной работы внедрены в разработках информационных управляющих системах и систем распределения информации, а также в учебном процессе, о чем имеются соответствующие документы.

Апробация результатов работы. Основные положения диссертационной работы обсуждались на международном семинаре по теории телетрафика «Управление цифровыми сетями связи» (ЛОНИИС, 15-20 июня 1993), на международной конференции «Интеллектуальные сети: разработка стандартов и внедрение услуг» («SMARTNET». - М.: 17 -19 февраля, 1999), 45-й, 50-й и 52-й НТК ГУТ им. проф. М.А. Бонч-Бруевича, на научно-технических семинарах кафедры ИУС ГУТ.

Публикации. Основные результаты диссертационной работы нашли отражение в 11 публикациях.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и содержит 109 страниц текста, 27 рисунков и 3 таблицы.

Основные результаты исследований, проведенных в диссертационной работе, состоят в следующем:

1. Развит метод расчета информационных управляющих систем класса локальных сетей доступа и систем обработки произвольной структуры, основанных на математическом аппарате преобразования Лапласа-Стильтьеса и описании протоколов доступа, а также обработки информации стохастическими системами в дискретном и непрерывном времени.

2. Разработана обобщенная модель сети управления, отличающаяся неоднородностью станций, учитывающая протоколы множественного доступа, способ удержания канала при обработке управляющей информации, сеансовость работы пользователей. На основе обобщенной модели осуществляется расчет характеристик вариантов сети управления с различной программной структурой.

3. Предложена группа моделей сброса соединения управления, основанная на бернуллиевских возвращениях различной конфигурации при конечном и бесконечном числе попыток установления соединения.

4. Разработана совокупность моделей сети управления на основе обобщенной модели с протоколом бесконфликтного и конфликтного доступа станций пользователей и обработки информации применительно к двум режимам использования канала связи.

5. Предложены вероятностные и вероятностно-временные характеристики локальных сетей управления с различной программной структурой, включающей протоколы доступа и передачи, а также структуру подсистемы обработки управляющей информации.

6. Разработаны алгоритмы, методики и программы расчета характеристик сети управления и ее компонентов различной структуры.

7. Предложенные методы расчета, модели и результаты исследования сетей управления внедрены в разработках информационно-вычислительных и управляющих систем.

8. Предложены модель функционирования устройства обработки данных управления, использующая графическое, многоуровневое описание для переходного и устойчивого состояний процессов обработки, преобразования Лапласа-Стилтьеса, и ее вероятностные и вероятностно-временные характеристики.

9. Построена формализованная спецификация и разработан метод расчета характеристик модуля цифровых абонентских линий узла коммутации цифровой сети интегрального обслуживания.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Концепция формирования и развития единого информационного пространства России и соответствующих государственных информационных ресурсов. - Одобрена решением Президента Российской Федерации от 23 ноября 1995 г. № Пр-1694, М., НТЦ «Информрегистр», 1996.

2. Булгак В.Б. Перспективы развития электросвязи в России и ее вхождение в Глобальную Информационную Инфраструктуру. -Электросвязь, N8, 1995, с.2-3.

3. Колбанев М.О. Введение в теорию информационных систем (основные понятия и определения). СПб: СПбГУТ, 1998. - 64 с.

4. Балашов Е.П., Пузанков Д.В. Проектирование информационно-управляющих систем. М.: Радио и связь, 1987.-256 с.

5. Якубайтис Э.А. и др. Информационные сети и системы. Справочник. М: Финансы и статистика, 1996,- 365 с.

6. Красносельский Н.И., Воронцов Ю.А., Аппак М.А. Автоматизированные системы управления в связи. М.: Радио и связь, 1988,- 272 с.

7. Полищук Ю.М., Хон В.Б. Теория автоматизированных банков информации. М.: Высшая школа, 1989,- 184 с.

8. Уотермен Д. Руководство по экспертным системам: пер. с англ. -М.: Мир, 1989,- 388 с.

9. Телекоммуникационная инфраструктура систем автоматизированного обмена информацией./Ю.А.Керженцев и др.-М.: ВНИИ, 1990,- 150 с. —v

10. Клименко С.В., Уразметов В. Internet. Среда обитания информационного общества. Протвино,!994,- 327 с.

11. Иоффе А.Ф. Персональные ЭВМ в организационном управлении. М.: Наука, 1988,- 208 с.

12. Шибанов B.C., Лычагин Н.И., Серегин А.В. Средства автоматизации управления в системах связи. М.: Радио и связь, 1990.-232 с.

13. Методы автоматизированного проектирования систем телеобработки данных. /Мясников В.А. и др. М.: Энергоатомиздат, 1992.-286 с.

14. Джеффри Д. Шэнк. Технология клиент/сервер и ее приложения: пер. с англ.- М.ИПО Профиздат.-1995.

15. Дунаев С. INTRANET- технологии. WebDBC. CGI. CORBA 2.0. Netscape. Suite. IntraBuilder. JavaScript LiveWire.- M.: "Диалог-МИФИ".-1997.

16. Богуславский Л.Б., Дрожжинов В.И. Основы построения вычислительных сетей для автоматизированных систем. М.: Энергоатомиздат, 1990,- 256 с.

17. Лазарев В.Г. Управление потоками информации в интеллектуальных цифровых сетях// Труды ICINAS-96. СПб., 1996. С. 1-12.

18. Касымбеков А., Чугреев О. Системы административного управления сетями связи// Труды ISINAS-94. СПб., 1994. С.301-304.

19. Колбанев М.О. Системы передачи и обработки информации управления// Международный семинар «Информационные сети, системы и технологии». Часть 1. Телекоммуникационные сети и системы. Материалы Семинара ИССТ-97. М., 1997, с. 42-45.

20. Родников А Н. Логистика. М.: Экономика, 1995 - 249 с.

21. Агапов Г.В., Колбанев М.О., Кузина J1.K. Методы оптимизации в задачах управления сетями и предприятиями связи. JL: 1990 84 с.

22. Современные зарубежные технологии и оборудование почтовой связи. Сборник информ. материалов./ Центр исследований и разработок Технопост: Новые информационные технологии в почтовой связи и телекоммуникациях".- СПб., 1995. Вып 5.

23. Якубайтис Э.А. Открытые информационные сети. М.: Радио и связь, 1991.-207 с.

24. Протоколы информационно-вычислительных систем. Справочник. М.: Радио и связь, 1990,- 502 с.

25. Суз дал ев А. В., Чугреев О. С. Передача данных в локальных сетях связи. М.: Радио и связь,1987.-168 с.

26. Зелигер Н.Б., Чугреев О.С., Яновский Г. Г. Проектирование сетей и систем передачи дискретных сообщений. М.: Радио и связь, 1984. - 176 с.

27. Чугреев О.С., Дойников А.Д. Управляющие микропроцессорные локальные сети. Д.: ЛЗИС, 1988.-52 с.

28. Фролов А.В., Фролов Г.В. Локальные сети персональных компьютеров. Использование протоколов IPX, SPX, Net BIOS. М.: ДиалогМИФИ, 1995.- 118 с.

29. Зайцев С.С., Кравцунов М.И., Ротанов С.В. Сервис открытых информационно-вычислительных сетей. М: Радио и связь, 1990,- 240 с.

30. Блэк Ю. Сети ЭВМ. Протоколы, стандарты, интерфейсы: пер. с англ. М.: Мир, 1990,- 506 с.

31. Барри Нанс. Компьютерные сети : Пер. с англ.- М.: БИНОМ,1995.

32. Стэн Шатт. Мир компьютерных сетей: пер.с англ.- К.: BHV, 1996.-288 с.

33. Лапшинский В. А. Локальные сети персональных компьютеров. М.:МИФИ, 1994.Ч.2.-143 с.

34. Фред Халсалл. Передача данных, сети компьютеров и взаимосвязь открытых систем. М.: Радио и,связь, 1996,- 407 с.

35. Чугреев О.С., Верзун Н.А. Управление структурой локальных информационных сетей// Труды 1С1&Г97. СПб.,1997. С.248-250.

36. Яновский Г.Г. Модели и методы управления сетевыми ресурсами в цифровых сетях интегрального обслуживания. Автореф. доктор, дис. СПб.,1994,- 32 с.

37. Советов Б.Я., Яковлев С.А. Построение сетей интегрального обслуживания. Л.: Машиностроение, 1990,- 332 с.

38. Арапов В. А. Абонентские цифровые терминалы для цифровых сетей интегрального обслуживания // Школа передового опыта «Аппаратура систем проводной связи», М.: ВДНХ, 10 -14 мая 1988.

39. Боккер П. ISDN. Цифровая сеть с интеграцией служб. Понятия, методы, системы.: пер. с нем. М.: Радио и связь, 1991,- 304 с.

40. Арапов В.А. Построение имитационной модели протокола LAPD с использованием элементов теории сетей массового обслуживания. Средства связи, 1991, вып.2, с.32-35.

41. Арапов В.А., Карпов В.П. Цифровой телефонный аппарат для цифровой сети с интеграцией служб. Средства связи, 1988, №1.

42. Игнатьев В.О., Колбанев М.О. Метод расчета вероятностно-временных характеристик узла коммутации узкополосной цифровой сети интегрального обслуживания . Средства связи, 1990, вып.4, с.75-79.

43. Хетагуров Я.А. Основы проектирования управляющих вычислительных систем. М.: Радио и связь, 1991. - 288 с.

44. Клейнрок JI. Теория массового обслуживания.-М.: Мир, 1979.

45. Ignatiev V., Kolbahev М. Mathematical model of an ISDN digital switching system// International conference on informatics and control (ICI&C97). St. Petersburg, 1997. - P. 241 - 250.

46. Арапов В.А., Игнатьев В.О., Колбанев М.О. Математическая модель сети интегрального обслуживания // 50-я НТК профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов СПбГУТ им. проф. М.А. Бонч-Бруевича, 20 24 января 1997.

47. Игнатьев ВО. Современные методы проектирования автоматических систем коммутации. Учеб. пособие. Л: ЛЭИС, 1987.

48. Чагаев Н.С. Моделирование процессов управления в узлах коммутации. М.: Радио и связь, 1984,- 168 с.

49. Арапов В.А. Спецификация процессов взаимодействия в информационных управляющих системах// Труды учебных заведений связи/ СПбГУТ. СПб, 1998. - №164.

50. Игнатьев В.О., Алексеев Б.Е., Россиков В.В. Программное обеспечение АТС.- М.: Радио и связь, 1981.

51. Берлин А.Н. Алгоритмическое обеспечение АТС,- М.: Радио и связь, 1986.

52. Иванова О.Н., Попова А.Г., Соловой Ю.В. Управляющие устройства квазиэлектронных коммутационных систем. М.: Связь, 1975.

53. Лазарев В.Г., Пийль Е.И., Турута Е.Н. Программное управление в узлах коммутации. М.: Связь, 1978.

54. Пранявичус Г.И., Хмеляускас А.В. Язык спецификации протокола ES TELLE/Ag.-XV Всесоюзная школа семинар по вычислительным сетям. Тезисы докладов. 4.2. Москва-Ленинград, 1990, с. 197-201.

55. Бреусов В.И. Формальное описание и анализ функционирования протоколов обмена данными в информационных сетевых системах. Междунар. НТК "Проблемы функционирования информационных сетей". Материалы конференции, ч.2, Новосибирск, 1991, с.25-31.

56. Майника Э. Алгоритмы оптимизации на сетях и графах,- М.: Мир, 1981.

57. Кристофидес Н. Теория графов. М.: Мир, 1978.

58. Колбанев М.О. Методы комплексной оценки качества обслуживания вызовов узлами коммутации с программным управлением. Автореф. канд. дис. СПб., 1987.

59. Аваков Р.А., Игнатьев В.О., Колбанев М.О. Агрегативная имитационная модель узла коммутации с программным управлением. -Коммутация и управление потоками в сетях связи: Сб. науч. трудов учеб. ин-тов связи. Л.: ЛЭИС, 1987, с.3-10.

60. Арапов В.А., Семенов Ю.В. Имитационная модель функций обслуживания вызовов ISDN// труды учебных заведений связи/ СПбГУТ. СПб, 1991. - № 154.

61. J.R.de los Mozos Marques, A. Buchheister. ITT 1240 Digital Exchange Traffic Handling Capacity.- Electrical Communication, 1981, v.56, n.2/3, pp.207-217.

62. L.Takacs. A Single Server Queue with Feedback.- The Bell System Technical Journal, 1963, v.42,n.3.

63. M.Villen, G.Morales. Traffic Analysis of a Class of Distributed SPC Systems Proc. of the 9th Intern. Teletraffic Congr., Torremolinos, Spain, 1979.

64. O.Gonzales Soto, J.A. Garcia Higuera, C.Dias Berzosa, L.Martinez Miguez. Flexible Modeling and Simulation for Control Processor Analysis.- El.Communication,1980, v.55,n.l, pp.26-36.

65. G.Dietrich, R.Salade. Subcall-type Control Simulation of SPC Switching Systems.- Proc. of the 8th Intern. Teletraffic Congr., Melbourne, Australia, 1976.

66. R.N.Andnes, M.Grzeine, J.Marsant, G.H.Petit, P.van Esbroek. Simulation of Distributed Microprocessor Control in Digital Switching Systems.- Proc. of the 11th Intern. Teletraffic Congr., Kyoto, Japan, 1985.

67. P1MEGL 100000-Line Exchange Performance Evalution Program.- Traffic Division Technical Report, the Bell Traffic Depart., ALCATEL Bell Telephone, 1987.

68. Demonstration of the Call Handling Capability of a Large Toll Exchange with 30000 Trunks.- A Bell Traffic Depart. Document, 1986.

69. Игнатьев В.О. Аналитическая модель электронных систем коммутации с распределенным управлением. 2- й Междунар. семинар по теории телетрафика и компьютерному моделированию. М.: 23-28 окт. 1989 г. Труды семинара, ч.1, с.103-107.

70. Д.Французов, Тест оценки производительности суперкомпьютеров. "Открытые системы", № 6, 1995.

71. Шнитман В. Современные высокопроизводительные компьютеры. Информационно-аналитические материалы ЦИТ, 1996.

72. Арапов В.А., Семенов Ю.С. Принципы построения БКП и топологии коммутационного поля // 45-я НТК профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов ЛЭИС\ им. проф. М.А. Бонч-Бруевича, 27-31 января 1992.

73. Джейсуол Н. Очереди с приоритетами. М.: Мир, 1973.

74. Приоритетные системы обслуживания. М.: МГУ, 1973.

75. Игнатьев В.О. К общей теории однолинейных систем массового обслуживания с приоритетами. Вопросы радиоэлектроники, сер. ТПС, вып.7, 1974, с.86-100.

76. Игнатьев В.О., Колбанев М.О., Кишиев Х.Ф. Численный анализ качества обслуживания вызовов в узле коммутации с программным управлением// Электросвязь. 1991. - №8.

77. Главны^инженер ЗАО "Циркон"1. А.Э.Бартули 1999г.1. АКТ

78. Концептуальная и математическая модель ИУС;

79. Аналитическая модель устройства обработки данных управления;

80. Численные методы расчета показателей качества обслуживания вызовов в модуле цифровых абонентских линийвнедрены в ОКР "Создание интегрированной цифровой сети связи на Пермском отделении Свердловской железной дороги на базе оборудования ЦСП-32 ВОЛС-Т".

81. Применение результатов диссертации Арапова В.А. позволяет на ранней стадии проектирования сети оценить характеристики оборудования и оптимизировать структуру сети связи по техническим и стоимостным параметрам.

82. Заместитель генерального директора ЗАО "Циркон"

83. Начальник сектора ЗАО "Циркон"

84. Заместитель начальника Пермской ^ дистанции сигнализации и связи Свердловской железной дороги X Jj

85. Н.Л.Путилов Н.А.Котельников1. Линевич А.В.1. УТВЕРЖДАЮ

86. Главный инженер ООО "Фирма Интеллектроника" к. т.н. Ботвинник А.Е.1. CPkaiuLUJL1999г.1. АКТ

87. О внедрении результатов диссертационной работы Арапова В.А.

88. Модели и методы расчета сетевых управляющих систем" в опытно-конструкторскую работу "Разработка сетевых модулей1. ТСМ-32 и ПСМ-18"

89. Мы, нижеподписавшиеся: начальник сектора к.т.н. Александров А.Е., ведущий инженер Вострецов А. П., ведущий инженер Могильников А.Ю., составили настоящий Акт о том, что результаты диссертационной работы:

90. Концептуальная и математическая модель ИУС;

91. Модель и метод расчета ВВХ процесса доступа данных управления при синхронном временном доступе;

92. Модель и метод расчета ВВХ процесса доступа данных управления при синхронном случайном доступевнедрены в ОКР "Разработка сетевых модулей ТСМ-32 и ПСМ-18".

93. Применение результатов диссертации Арапова В.А. позволяет на ранней стадии разработки оценить требования и характеристики математического обеспечения управляющих систем оборудования.

94. Начальник сектора ООО "Фирма Интеллектроника1'

95. Ведущий инженер ООО "Фирма Интеллектроника"

96. Ведущий инженер ООО "Фирма Интеллектроника"1. Александров А.Е.1. Вострецов А.П.огильников А.Ю.1. Российская Федерация

97. УТВЕРЖДАЮ" Генеральный директор ООС нкт-Петербург191040,Санет-ПетербурГуЛиговский пр.1. Цветков В.А1. Д.56Е-90

98. Телефон : (812) 164-12-36 Телефакс: (812) 164-77-101999от1. АКТо внедрении результатов диссертационной работы Арапова В.А.

99. Модели и методы расчета сетевых управляющих систем" в НИР "Поколение" (1991-1992 гг.), НИР "Интеграл" (1992-1994 гг.) и НИОКР "Сигма" (1992-1995 гг.)

100. Заместитель генерального директорапо науке ООО "Телеинформ'1. Ансупов С.В.

101. Начальник лаборатории ООО "Телеинформ"