автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.13, диссертация на тему:Обоснование производительности аппаратно-программных средств комплекса управления связью узлов телекоммуникационных систем

На правах рукописи

БАРАНОВ ЕВГЕНИЙ ВИКТОРОВИЧ

ОБОСНОВАНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ АППАРАТНО-ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВ КОМПЛЕКСА УПРАВЛЕНИЯ СВЯЗЬЮ УЗЛОВ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ

Специальность: 05.12.13 Системы, сети и устройства

телекоммуникаций

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ООЗ

Владимир 2008

003167478

Работа выполнена в Институте инженерной физики РФ

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Цимбал Владимир Анатольевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, доцент

Полунин Петр Алексеевич кандидат технических наук, доцент Ковальков Денис Анатольевич

Ведущая организация: Федеральное государственное унитарное предприятие «Научно-исследовательский институт систем связи и управления» г. Москва

Защита состоится « Зо » о(/ 2008 года в ё?ат) £I/ //) на заседании диссертационного совета ДС 212.025.04 при Владимирском государственном университете по адресу; 600000, г. Владимир, ул. Горького, д.87, ВлГУ.

Отзывы, заверенные печатью, просим направлять по адресу:

600000, г. Владимир, ул. Горького, д.87, ВлГУ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Владимирского государственного университета

Автореферат разослан «£&» ¡и а>ю т<и 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.025.04 доктор технических наук, профессор

А.Г. Самойлов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

В настоящее время Единая сеть связи (ЕСС) РФ завершает переход на цифровые технологии, активно использует средства автоматизации управления и конвергирует в автоматизированную систему связи (АСС)

Основу такой АСС представляют автоматизированные узлы связи (АУС) В составе каждого АУС имеются комплексы управления связью (КУС) При этом КУС АУС представляет собой совокупность аппаратно-программных средств (АПС), под которыми понимаются вычислительные комплексы (ВК) и их специальное программное обеспечение Взаимодействие КУС АУС по управлению между собой в рамках АСС осуществляется, в основном, в виде передачи данных через транспортные станции

АПС КУС представляет собой объединение АПС блоков преобразования интерфейсов (БПИ), на которые поступают первичные задачи-запросы на восстановление связи от различных каналоформирующих устройств (проводных и радио) и абонентских систем, АПС токальной вычислительной сети (ЛВС), обеспечивающих доставку задач-запросов, прошедших первичную обработку к основному ВК, АПС сервера КУС, являющегося основным вычислительным комплексом (ВК) КУС, вырабатывающим решение по управлению связью согласно пришедшей задаче-запросу

К оперативности решения задач КУС по управлению связью предъявляются жесткие требования В частности, предоставление подготовленного резервного канала, например, в интересах МО РФ, в телекоммуникационной системе должно произойти за время не более 1,2 с с момента браковки основного канала Учитывая, что на коммутацию уходит время 1,0 с, следует, что задача перевода основного канала на резервный в КУС такой сети должна быть решена 0,2 с

Из анализа процесса управления средствами связи на АУС с помощью КУС следует, что оперативность выработки (формирования) решения по управлению по возникшей ситуации в системе связи (задаче-запросу) напрямую зависит от производительности АПС КУС Технические решения по разработке КУС и его созданию показывают, что его стоимость напрямую зависит от производительности составляющих его АПС К настоящему времени открытой является задача нахождения таких производите тьностей АПС составных частей КУС, которые бы обеспечили заданную оперативность выработки решения по управлению связью при их минимальной стоимости В данной предметной области особого внимания заслуживают монографии и труды научных школ В С Семенихина, А П Пятибратова, В Г Лазарева, Э А Якубайтиса, И А Мизина, А В Максименкова, В В Мачулина, Б А Советова, Ю В Новикова, В Г Оли-

фера, А А Ларина, Е Н Хохлачева, В И Злобина, В А Цимбала, С Н Шиманова, Л Клейнрока, Д Феррари и многих других ученых

Из анализа процесса обработки типовой задачи-запроса в АПС КУС следует, что, во-первых, в данном процессе есть три независимые ступени (ВК БПИ, ЛВС и ВК сервера КУС), и, соответственно, достигаемое среднее время обработки определяется средними временами обработки каждой из трех ступеней, во-вторых, оперативность обработки задач-запросов в каждой ступени АПС КУС обратно пропорциональна их производительности, и, в-третьих, стоимость АПС каждой из трех ступеней обработки прямо пропорциональна их производительности

В связи с изложенным, возникает следующее противоречие с одной стороны, увеличение производительностей АПС ступеней КУС приводит к повышению оперативности обработки задач-запросов по управлению связью, с другой - увеличение производительностей АПС ступеней КУС приводит к повышению их стоимости Разрешение данного противоречия требует нахождения минимально достаточной производительности АПС КУС узла системы связи общего назначения, обеспечивающей требования по оперативности управления связью при их минимальной стоимости

Исходя из изложенного, актуальной является тема диссертации «Обоснование производительности аппаратно-программных средств комплекса управления связью узлов системы связи »

Целью диссертационных исследований явтается минимизация затрат на производительность АПС КУС узла системы связи общего назначения

Объектом исследования является комплекс управления связью узлов системы связи общего назначения

Предметом исследований являются методы и алгоритмы обработки сообщений в АПС КУС узла системы связи общего назначения

Научной задачей является разработка научно-методического аппарата нахождения минимально достаточной производительности АПС КУС узла системы связи общего назначения, обеспечивающей требования по оперативности управления связью при их минимальной стоимости

В ходе исследований были получены следующие научные результаты, представляемые к защите

1 Математическая модель процесса обработки задач-запросов в АПС комплекса управления связью

2 Методика обоснования минимально достаточной производительности АПС КУС узла системы связи общего назначения

Научная новизна полученных в диссертационной работе результатов заключается в том, что

разработанная математическая модель процесса обработки задач-запросов в АПС КУС впервые комплексно учитывает последовательные процессы обработки серий задач-запросов в разнородных АПС БПЙ, ЛВС и сервера КУС,

методика обоснования минимально достаточной производительности АПС КУС узла системы связи общего назначения, в отличие от известных, учитывает минимальную стоимость реализации АПС

Достоверность результатов подтверждается корректностью и логической обоснованностью разработанных вопросов, принятых допущений и ограничений, использованием апробированного математического аппарата теории систем массового обслуживания, теории телетрафика, моделирования систем, высокой согласованностью полученных результатов с физикой исследуемого процесса

Практическая значимость результатов диссертационных исследований заключается в том, что они доведены до уровня инженерной методики и позволяют на стадии проектирования АПС КУС закладывать в процесс их разработки и создания адекватную стоимость

Результаты исследований представляют практический интерес для научно-исследовательских учреждений и проектных организаций с целью усовершенствования существующих и создания перспективных АСУС Кроме того, результаты работы могут быть использованы в ввузах при изучении учебных дисциплин, соответствующих тематике данной диссертационной работы

Результаты работы реализованы:

1 В ОАО «Воронежский опытный завод программной продукции» при разработке ТТЗ на перспективный комплекс автоматизации управления связью в рамках ОКР «Баллиста»

2 В МОУ «Институт инженерной физики РФ» при разработке ТТЗ на специальный программно-аппаратный комплекс управления системой связи специального назначения в рамках ОКР «Буханка-ВУ»

3 В учебном процессе СВИ РВ при изучении дисциплин «Информационные сети и телекоммуникации» и «Цифровые сети интегрального обслуживания»

Апробация работы я публикации. Основные результаты работы докладывались, обсуждались и были одобрены на 5 НТК различного уровня, в том числе Всероссийского уровня IV - VI Российской НТК «Новые информационные технологии в системах связи и управления» (Калуга, 2005-2007 г г), LXII научной сессии Российского НТОРЭС име-

ни А С Попова, посвященной Дню радио (Москва, 2007 г), XXIV - XXV Межведомственной НТК «Проблемы обеспечения эффективности и устойчивости функционирования сложных технических систем» (Серпухов, 2006-2007 г г), I Всероссийской научно -практической конференции «Информационные технологии в образовании, науке и производстве» (Серпухов, 2007 г)

Работа выполнена лично автором и является результатом исследований, в которых автор принимал непосредственное участие в течение последних 5 лет За это время непосредственно по теме диссертации опубликовано 15 работ, в том числе 8 научных статей (1 статья в журнале из Перечня ВАК), тезисы 2 докладов на НТК, 3 отчета о НИР и ОКР Получено 2 патента на полезную модель

Структура и объём работы Диссертация состоит из введения, трех разделов, заключения и списка использованных источников, изложена на 111 страницах машинописного текста В список использованных источников внесено 85 научных источника

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулирована цель и задача исследования, изложены научные результаты, представляемые к защите, приведены аннотация и структура работы

В первом разделе проведен анализ особенностей архитектуры КУС узлов системы связи общего назначения, выявлены основные ступени и требуемая оперативность процесса обработки задач-запросов по управлению связью в КУС, сформулирована математическая постановка задачи исследования

Обобщенная структура процесса обработки задач-запросов в КУС представлена на рисунке 1 Качество функционирования КУС будем оценивать свойством, именуемым своевременностью Показателем данного свойства будет выступать среднее время реакции КУС на поступившую задачу-запрос

Из анализа рабочей конструкторской документации на создаваемые КУС ясно, что АПС БПИ функционируют в мнозадачном режиме без приоритетов Это объясняется тем, что источники задач-запросов одного приоритета обслуживаются одним БПИ, АПС ЛВС функционируют по протоколу Ethernet, где осуществляется множественный доступ многопакетных сообщений с обнаружением несущей и предотвращением столкновений пакетов (CSMA/CD), АПС сервера КУС функционируют в однозадачном режиме с относительными приоритетами

Согласно структуре процесса обработки пришедших в КУС задач-запросов она распадается на три независимых этапа (ступени) Следовательно, общее время реакции

КУС будет равно сумме средних времен каждой ступени обработки

Сформулируем задачу обоснования производительности АПС каждой ступени в следующей постановке

Э © ® ® ® ® © ® © ® @

ч«/ 1 ^ •Л' О- О V

БПИ 1

(ВКтипя БПИ ) ... БПИ

«Бдоти) 1

;_I

г

о

о

ЛВС типа Е№еше1(МДК ОН/ОК( СЗМДСОЦ

вкс

(ЭВМ 1855)

Рисунок 1 - Обобщенная структура процесса обработки задач-запросов в КУС Пусть задана оперативность обработки задач-запросов в КУС в виде

где

Тр ~ ТБПИ + тчвс + твкс (2)

- среднее время реакции КУС на поступившую задачу-запрос,

где тш, - среднее время предварительной обработки поступившей задачи-запроса вычислительным комплексом БПИ,

тлвс - среднее время доведения обработанной задачи-запроса по ЛВС к серверу

КУС,

тзкс - среднее время обработки задачи-запроса на сервере КУС,

Г;" - допустимое феднее время реакции КУС на задачу-запрос

Пусть УБПи, Улвс и Увкс - значения производительностей АПС БПИ, ЛВС и ВК сервера КУС соответственно

Из анализа процесса обработки задач-запросов в АПС КУС ясно, что средние времена обработки задач-запросов на каждой ступени обратно пропорциональны производительности АПС каждой ступени Опыт разработки и создания КУС показывает, что стоимость АПС каждой ступени КУС линейно зависит от их производительности Таким образом, общая стоимость АПС КУС описывается следующим выражением

l ^ err it } V T? 11

-+C,

(3)

' КПП J V ЛВС

где кь кг и кз - удельные стоимости среднего времени обработки (доставки) для АПС КУС первой, второй и третьей ступеней соответственно, Сь Сг и Сз - начальные значения стоимостей АПС КУС первой, второй и третьей ступеней соответственно Тогда требуется найти вектор средних времен обработки (доставки) задач-запросов в АПС КУС т * ,. на множестве их допустимых значений, такой, что общая

стоимость аппаратно-программных средств КУС 5* на их реализацию будет удовлетворять выражению

S*( г

-+С,

-+с,

-+с,

Ч'акс

при ограничении

— . , — ПНОО

ТЬЛИ 1ЛВС + ТВКС ~*р

(4)

(5)

Решение данной оптимизационной задачи потребует построения математических моделей процесса обработки (доставки) задач-запросов на каяедой ступени и нахождения таких функций

(6)

где

V

■ количество одновременно обрабатываемых задач-запросов в ВК БПИ,

N - количество оконечных устройств связи, сопрягаемых с БПИ, af - интенсивность возникновения задач-запросов от одного оконечного устройства связи, сопрягаемого с БПИ,

7аш - среднее количество операций, выполняемых ВК БПИ при обработке типовой задачи-запроса (средняя трудоемкость задачи-запроса на ступени ВК БПИ)

riвс ~ /г{Му (7)

где М - количество БПИ и оконечных устройств связи, имеющих стык типа Ethernet, • интенсивность возникновения обработанных задач-запросов от одного БПИ

■у Ю

(оконечного устройства связи, имеющего стык типа Ethernet),

Ln - длина пакета в протоколе CDMA/CD ЛВС типа Ethernet, 1П - среднее число пакетов в типовой задаче-запросе, прошедшей первичную обработку в ВК БПИ,

1Ш - длина шины в ЛВС типа Ethernet

W Р^ЩЛмсУтс), (8)

где Р - количество приоритетов задач-запросов, поступающих на обработку в ВК сервера КУС,

лр - интенсивность потока задач-запросов р-го приоритета, Тикс - среднее количество операций, вьшолняемых ВК сервера КУС при обработке типовой задачи-запроса любого приоритета (средняя трудоемкость задачи-запроса на ступени ВК сервера)

После нахождения вектора г *3, можно по выражениям (6)-(8) найти вектор про-изводительностей V*<3> АПС каждой ступени КУС

У*апс, =argfVc,. < = П (9)

Пусть Rmn, Rjibc и Rbkc - множество промышленно реализуемых значений произ-водительностей АПС БПИ, ЛВС и ВК сервера КУС соответственно, тогда для каждой ступени КУС выбираются такие АПС, производительность которых наиболее близка к оптимальным значениям

Во втором разделе, исходя из постановки задачи исследования, построена математическая модель процесса обработки задач-запросов в аппаратно-программных средствах комплекса управления связью

Функционирование ВК БПИ можно представить в виде системы массового обслуживания (СМО) с отказами, конечным числом источников задач-запросов N (оконечные устройства связи и абонентские терминальные устройства), переменным числом каналов обслуживания V, интенсивность обслуживания ц в которых переменна При этом поток поступающих задач-запросов являете» энпжговским (примитивным), характеризуемый интенсивностью потока задач-запросов от одного абонента а, а время обслуживания задач-запросов в каждом канале распределено по экспоненциальному закону Все поступающие на конкретный БПИ задачи-запросы имеют одинаковый-приоритет

Общая производительность ВК БПИ делится между поступившими задачами-запросами с некоторым коэффициентом деления d Отметим также, что максимальное число каналов, на которое делится производительность БПИ, равна TV, т е V=N В таких предположениях граф переходов СМО, отображающий данный процесс, имеет вид, представленный на рисунке 2

Составляя для данной СМО СОЛАУ и разрешая ее методом подстановки относительно неизвестных вероятностей состояний, получим

. a Y N' , k = 0,V,

где

Po =

a(fjd) (N-k)'

(10)

(11)

Вероятность отказа в обслуживании задачи-запроса (заявки на решение задачи ВК БПИ КУС) определяется выражением (12)

. Sk , ...; s

¡id ¡id pul fid (id fjd

Рисунок 2 - Граф переходов СМО, отображающий процесс обслуживания задач-запросов в ВК БПИ КУС с конечным переменным числом каналов и конечным числом источников

запросов

« i — 1 ) (N-kp

Среднее число занятых каналов обслуживания ВК БПИ равно

р,

fjd I *=»\

(12)

(13)

Среднее время решения типовой задачи-запроса из формулы Литтла равно

N

__к~0 ___

i(N-kxxpt

.(14)

После преобразований получаем, что среднее время обработки типовой задачи-запроса ВК БПИ КУС равно

-1

fid ~а\ N

(15)

Транспортной средой между БПИ и ВК сервера КУС является ЛВС типа Ethernet, в которой реализован метод множественного доступа с контролем несущей и обнаружением столкновений (коллизий) пакетов (CSMA/CD) Рассматриваемая ЛВС обслуживает конечное число источников задач-запросов, под которыми понимаются БПИ, АРМы и перспективные средства связи (ПСС), имеющие сгык типа Ethernet В качестве физиче-

ской среды распространения в такой ЛВС используется кабель типа «витая пара» длиной до 100 м. Доставке подлежит многопакетное сообщение. Обобщенная структура такой ЛВС КУС представлена на рисунке 3.

Используя математический аппарат теории СМО к анализу такой ЛВС, получим среднее время доставки многопакетного сообщения (обработанной БПИ типовой задачи запроса) от ВК БПИ к ВК сервера КУС в виде

к

тявс ~ ли 'Л

>п 5Рз +

vm

Совокупность БПИ, АРМы и перспективные средства связи

(16)

где

¡pplt т 1 1 1 i ■ i * » Т i

ШВШшШ.

'а Кабель типа «витая пара» i

Переданные Ethernet-пакеты задач-запросов к ВК сервера КАУС

Рисунок 3 - Обобщенная структура ЛВС КУС

b'o6u, = MBm+NAm+Nncc,

/V

I,

0,6 с

(17)

где Л'яет - количество БПИ КУС; Nml - количество автоматизированных рабочих мест (АРМ) КУС; Nncc - количество перспективных средств связи со стыком Ethernet; Ln -длина пакета формата Ethernet; /ц - среднее число пакетов формата Ethernet в доставляемой задаче-запросе; р3 - максимальное время задержки распространения пакета в кабеле ЛВС; 4 - длина кабеля ЛВС; Улас - производительность АПС ЛВС-КУС.

Анализ общей структуры процесса обработки задач-запросов в АПС КУС показал, что основной ВК сервера КУС функционирует в однозадачном режиме с относительными приоритетами. Для нахождения среднего времени обработки задач-запросов в таком В К как функции от его производительности и его архитектуры (структура + алгоритмы функционирования), необходимо построить математическую модель работы такого ВК. Затем, из аналитических выражений, полученных по данной модели, выразить среднее

L

время обработки задач-запросов самого низкого приоритета

Из анализа процесса обработки задач-запросов в ВК сервера КУС, функционирующего в однозадачном режиме с относительными приоритетами, ясно, что, во-первых, среднее время такой обработки обратно пропорционально производительности ВК У3, и, во-вторых, искомое среднее время пребывания задачи-запроса в ВК распадается на две составляющие среднее время пребывания задачи-запроса в очереди (ожидания) - гм, среднее время обработки задачи-запроса в ВК - хл Отметим, что в ВК сервера КУС имеется большое число мест ожидания в очереди для задач-запросов

Процесс обработки задач-запросов в основном ВК сервера КУС, функционирующем в однозадачном режиме с относительными приоритетами, представляется в виде системы массового обслуживания (СМО), на которую поступают заявки с различными приоритетами (р=О5)

Рассмотрим характеристики процесса обслуживания задач-запросов в ВК сервера КУС при реализации в нем дисциплины обслуживания с относительными приоритетами Схема организации такой обработки заявок с относительными приоритетами представлена на рисунке 4

Пусть на вход СМО поступает поток из Р типов заявок с интенсивностями Хь Др Заявкам типа ги ,гт присвоены приоритеты 1, 2, , Р в порядке убывания Допустим, что потоки заявок г\, ,гр являются простейшими с итенсивностями Хь ,ХР, а длительности обслуживания т .. т распределены по экспоненциальному закону

об1' **? обр '

Л

[ I I

к

Лр

1—>1 о, <и М/М/1/00

т й Процессор

} * с ВК

ч:

-»

Рисунок 4 - Схема ог^низации обработки заявок в ВК с относительными приоритетами Исш№«уя элементы общей теории СМО, применяя формулы Поллячека-Хинчина и ЛиттЕа> получаем, что для случая экспоненциального закона распределения времени г^служиваная заявки любого типа среднее время пребывания задачи-запроса самого низкого приоритета? в СМО равно

>~ „(А-Л^-Лр) ' (18)

где и - величина, обратная среднему времени обслуживания заявки ВК сервера КУС,

= (19)

- сумма интенсивностей всех потоков заявок без учета интенсивности потока заявок низшего приоритета,

= (20)

- сумма интенсивностей всех потоков заявок

В ходе решения обшей оптимизационной задачи нахождения средних времен обработки задач-запросов в каждой ступени АПС КУС будет найдено оптимальное значение среднего времени пребывания задачи-запроса в ВК сервера КУС Данная величина зависит от производительности АПС ВК сервера КУС и определяется параметром ц по следующему соотношению

V - -1 * и. ^^

ИКС - 1 ккс И-

Тогда, находя // по оптимачьному среднему времени пребывания задачи-запроса в АПС ВК сервера КУС, можно найти и искомую производительность АПС третьей ступени КУС Однако выражение (27) вследствие его сложности разрешить относительно ц аналитическим способом не представляется возможным С другой стороны, допуская, чго среднее время пребывания задачи-запроса в ВК сервера КУС обратно пропорционально его производительности, то выражение (27) может быть аппроксимировано гиперболической зависимостью вида

т„р{Р) = (Ам + В)~\< (22)

где А и В - некоторые числовые коэффициенты

Нахождение коэффициентов Л и В просто осуществить по методу наименьших квадратов, предварительно обосновав рабочие диапазоны параметров ЛЯ; ЛЛ1 и

Из условия стационарного (устойчивого) режима функционирования (обработки потока поступающих задач-запросов) ВК сервера КУС следует, что и Кр > Л^,

Анализ практики разработки специального программного обеспечения для ВК сервера КУС и его реализация в ряде технически реализуемых АПС на стенде Главного конструктора показал, что 1,5 <// < 12 с"1 В свою очередь, опыт эксплуатации КУС в реальных условиях показал, что максимальное значение Лр = 1 с"', а = 0,67 с~'

Исходя из обоснованных данных, получим /4=1,014 и В= -1,202 Зная значения

коэффициентов А и В выражения (31), с учетом (30) получим искомую зависимость производительности АПС ВК сервера КУС в виде

123)

Таким образом, на основе теории СМО получено выражение для среднего времени пребывания задачи-запроса низшего приоритета в ВК сервера КУС в зависимости от всех его системных характеристик, в том числе и от его производительности

В третьем разделе на основе сформированной математической модели разработана методика обоснования минимально достаточной производительности аппаратно-программных средств КУС узла системы связи общего назначения, а также проведены расчет и обоснование основных требований к производительности АПС КУС типового АУС

Из введенных ранее предположений следует, что стоимость каждой ступени АПС КУС дУ, есть функция от среднего времени обработки АПС 1-й ступени одной типовой задачи-запроса т1, определяемая зависимостью

в^^ + С,,1=1,3 г,

(24)

где к, - удельная стоимость среднего времени обработки типовой задачи-запроса АПС ¡-й ступени КУС, С, - начальная стоимость АПС г-й ступени КУС

Задачу нахождения оптимального распределения средних времен обработки типовой задачи-запроса АПС КУС первой, второй и третьей ступеней можно сформулировать в виде задачи нелинейного программирования в следующей постановке

^(г,, ?2, тъ) = 5 = + + пил - целевая функция (25)

Г) + т2 + г3 < Г - функция-ограничение, (26)

где Г =

Решение данной задачи осуществим апробированным методом множителей Ла-гранжа, в результате которого получим следующее оптимальное распределение средних времен обработки задачи-запроса в АПС каждой ступени КУС, обеспечивающих заданную оперативность (своевременность) решения типовой задачи-запроса по управлению связью

I обр - допустимое время обработки АПС КУС одной типовой задачи-запроса

т* = Т

(27)

Нахождение производигельностей АПС КУС по минимуму их стоимости осуществляется согласно зависимости (9), которое для производительности БПИ есть выражение (28)

V* —1шш. ' БПИ - ^

Т* I" 2

' БПИ ^

1 + (28)

+».202 (30)

для производительности ЛВС есть выражение (29)

- г^^и°^А = (29)

для производительности ВК сервера КУС есть выражение (30)

. ^ВКС | _

" 1,014^ V

На основании разработанного научно-методического аппарата нахождения минимально достаточных производительностей АПС ступеней КУС (БПИ, ЛВС и ВКС), обеспечивающих заданную оперативность обработки задач-запросов при минимальной стоимости АПС, сформирована методика обоснования основных требований к производительности аппаратно-программных средств КУС узла системы связи общего назначения Данная методика в обобщенном виде представлена на рисунке 5 Осуществим расчет и обоснование основных требований к производительности АПС КУС узла системы связи на основе предложенной методики для следующих исходных данных, взятых со стенда Главного конструктора КУС специального назначения Г"" = 0,2 с, к, =3000 руб*1с, к2 =5000рубх1с, к, = 200000 рубх1с,

С,=С2 = С3= 0, V =10, Л' = 10, а =0,1 заявокгс, ¿ = 0,9, ТБПИ = 105 операций ,

№лт=3; МПСС~2; Ьп =Ю24бит, Тп =10 пакетов-, /,. = 100 м,

/жс =10' операций, .4 = 1,014, В=-1,202

Тогда оптимальный вектор средних времен обработки типовой задачи-запроса

АПС каждой ступени КУС (т1*,тг*.Г3*) = (0,019 с,0 025с,0,156с)

Минимально достаточная производительность АПС БПИ, ЛВС и ВКС

у*бли =5,864[106 операций / с], У*лвс = Мбит I с, У*вкс = 75[ю6 операций/с]

Известно, что реализация одной операции над числами с фиксированной запятой требует 3-5 тактов работы процессора, а реализация одной операции над числами с плавающей запятой - 5-10 тактов работы процессора ВК Тогда реализация требуемых производительностей ВК БПИ и ВК сервера КУС должна осуществляться ВК на базе про-

цессоров с тактовыми частотами 100 МГц и 1-2 ГГц соответственно, а именно RBm = 100 МГц (Багет), RMC = 1,5 - 2 ГГц (Pentium - 4) В ЛВС типа Ethernet в настоящее время реализованы скорости 10 и 100 Мбит/с Ориентируясь на ближайшее к V *тс =6,18 Мбит!с значение производительности, имеем Rjibc = 1° Мбит!с (Ethernet)

Вывод вектора минимально достаточных производигельностей АПС БПИ, ЛВС, ВКС и их стоимостей

Рисунок 5 - Методика обоснования минимально достаточной производительности АПС ' КУС узла системы связи общего назначения

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенных в диссертации исследований решена актуальная, имеющая существенное значение для сетей связи задача разработки научно-методического аппарата нахождения минимально достаточной производительности аппаратно-программных средств КУС узла системы связи общего назначения, обеспечи-

вающей требования по оперативности управления связью при их минимальной стоимости В области теоретических исследований получены следующие основные результаты

математическая модель процесса обработки задач-запросов в аппаратно-программных средствах комплекса управления связью,

методика обоснования минимально достаточной производительности аппаратно-программных средств КУС узла системы связи общего назначения

Внедрение полученных результатов в процессы проектирования и эксплуатации КУС типового АУС ЕСС РФ позволит обеспечить требования по своевременности обработки поступивших в АПС КУС задач-запросов любого приоритета

Дальнейшие исследования можно продолжить в следующих направлениях в направлении учета как временных характеристик (ВХ) (оперативности), так и вероятностно-временных характеристик (ВВХ) (заданной вероятности обработки типовой задачи-запроса АПС КУС за допустимое время),

в направлении обеспечения требуемой технической готовности АПС КУС, обеспечивающих заданные ВХ и ВВХ обработки,

в направлении учета характеристик человеко-машинного взаимодействия в рамках сформулированного исследования

Список трудов, опубликованных по теме диссертации

1 Цимбал В А, Баранов Е В , Репин М В Обоснование производительности аппаратно-программных средств комплекса автоматизации управления связью// Журнал «Инфокоммуникационные технологии», Том 5, №3 -2007 - С 63-67

2 Кирдяшов Ф Г, Баранов Е В Имитаторы средств связи, выполненные на основе существующих программных продуктов // Новые информационные технологии в системах связи и управления Труды IV Российской НТК - Калуга, 2005 - С 168171

3 Цимбал В А , Баранов Е В Модель процесса обработки задач-запросов в комплексе автоматизации управления связью узлов автоматизированной системы связи // Известия института инженерной физики/ Научно-технический журнал - Серпухов ИИФ, 2007 -Х°3 (5) - С 5-9

4 Косарева Л Н, Баранов Е В, Репин М В Аналитический подход к обоснованию производительности аппаратно-программных средств комплекса автоматизации управления связью // LXII научная сессия, посвященная Дню Радио Труды — М РНТОРЭС, 2007 -С 56-60

5 Баранов Е В, Репин М В , Зимин Н Г Проблемы использования и проектирования сетей X 25//LXII научная сессия, посвященная Дню Радио Труды -М РНТОРЭС,

2007 - С 5-6

6 Баранов ЕВ Оценивание оперативности решения комплексом автоматизации управления связью типовых задач // XXV Межведомственная научно-техническая конференция «Проблемы эффективности и безопасности функционирования сложных технических и информационных систем Труды конференции, ч 6 - Серпухов, 2006 -С 147-148

7 Баранов Е В, Репин М В Пути развития сетей X 25// XXVI Межведомственная научно-техническая конференция «Проблемы эффективности и безопасности функционирования сложных технических и информационных систем Труды конференции, ч 2 - Серпухов, 2007 - С 96-99

8 Баранов Е В Подходы к автоматизации управления сетями X 25 // Материалы VI Российской научно - технической конференции «Новые информационные технологии в системах связи и управления» - Калуга, 2007 - С 83-85

9 Баранов Е В Обоснование требований к своевременности получения информации при оперативном дистанционном контроле и управлении // Материалы I Всероссийской научно - практической конференции «Информационные технологии в образовании, науке и производстве» - Серпухов, 2007 - С 335-336

10 Баранов Е В Оценивание основных характеристик функционирования комплекса автоматизации управления связью, работающего в многозадачном режиме // Материалы I Всероссийской научно - практической конференции «Информационные технологии в образовании, науке и производстве» - Серпухов, 2007 - С 333-335

11 Отчет о НИР «Сектор» Научный руководитель Цимбал В А инв № и/5497 - Серпухов ИИФ, 2005 - 149 с

12 Отчет о НИР «Секгор-2» Научный руководитель Цимбал В А инв №и/5628 - Серпухов ИИФ, 2006 -102 с

13 Отчет об ОКР «Буханка-ВУ», научный руководитель Цимбал В А инв № и/327 -Серпухов ИИФ, 2006 - 125 с

14 Патент на полезную модель №63080 от 16 10 2006 г, МПК Н04В 7/00 Устройство для моделирования системы связи / Авторы Цимбал В А, Чайков С С, Баранов ЕВ

15 Патент на полезную модель №68150 от 13 06 2007 г, МПК Н04В 7/00 Устройство для моделирования системы связи / Авторы Цимбал В А, Баранов Е В, Репин МВ

Отпечатано: Типография г. Серпухов, Борисовское шоссе, 18 Подписано в печать: 24.03.2008 г. Тираж 100

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ ОСОБЕННОСТЕЙ АРХИТЕКТУРЫ КОМПЛЕКСА УПРАВЛЕНИЯ СВЯЗЬЮ УЗЛОВ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ.

1.1. Обобщенный анализ Единой сети электросвязи РФ.

1.2. Анализ особенностей построения и функционирования комплекса управления связью узлов телекоммуникационной системы.

1.3. Обоснование показателя качества функционирования комплекса управления связью и критерия его оценивания. Постановка задачи исследования.

Выводы по первому разделу.

2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ОБРАБОТКИ ЗАДАЧ-ЗАПРОСОВ В АППАРАТНО-ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВАХ КОМПЛЕКСА УПРАВЛЕНИЯ СВЯЗЬЮ.

2.1. Математическая модель процесса обработки задач-запросов в ВК БПИ, функционирующем в мультизадачном режиме при конечном числе источников и переменном числе каналов.

2.2. Математическая модель процесса доставки многопакетных сообщений с обработанными задач-запросами по ЛВС типа Ethernet к ВК сервера КУС

2.3. Математическая модель процесса обработки задач-запросов в ВК сервера КУС, функционирующем в однозадачном режиме при конечном числе источников с относительными приоритетами.

Выводы по второму разделу.

3. РАСЧЕТ И ОБОСНОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ТРЕБОВАНИЙ К ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ АППАРАТНО-ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВ КУС УЗЛА ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ.

3.1. Задача оптимизации производительности аппаратно-программных средств КУС узла телекоммуникационной системы и ее решение.

3.2. Методика обоснования минимально достаточной производительности аппаратно-программных средств КУС узла системы связи общего назначения.

Выводы по третьему разделу.

Одной из важной составляющих могущества любого государства является его информационное пространство, включающее в первую очередь сеть связи страны. Сеть связи страны является ее инфраструктурой и обеспечивает эффективное функционирование экономики, образования, силовых ведомств и других многочисленных структур государства. В Российской Федерации в 90-х годах прошлого столетия сеть связи страны вследствие кардинального изменения общего уклада экономики строилась как совокупность независимых сетей связи различных операторов, разнородных по своей организационной, технической и функциональной основе. Необходимость координации их функционирования в общих интересах государства привела к созданию на их базе «Взаимоувязанной сети связи РФ».

К началу XXI века почти все основные операторы связи «выровнялись» по технической оснащенности узлов своих сетей, при этом упор был сделан на цифровые технологии: Усилились интеграционные процессы между операторами связи, обусловленные необходимостью обеспечения требуемых показателей качества предоставляемых услуг связи, диктуемых вхождением России в глобальное информационное сообщество [56]. Данные качественные преобразования привели к трансформации в 2003 году «Взаимоувязанной сети связи РФ» в «Единую сеть электросвязи России» [41]. Лидером в данном процессе является оператор связи «Ростелеком». В настоящее время-Единая , сеть электросвязи (ЕСЭ) РФ завершает переход на современные цифровые технологии, активно использует средства автоматизации управления и конвергирует в автоматизированную систему связи (АСС) страны. АСС в настоящее время принято называть телекоммуникационными системами (ТС) [27, 41].

Основу такой АСС (ТС) представляют автоматизированные узлы связи (АУС), соединенные между собой различными каналами связи. При этом узлы регионального, областного, городского назначения имеют, как правило, каналоформирующее и коммутационное оборудование (проводное и радио), построенное на цифровых принципах. Узлы районного уровня, как правило, 50% имеют каналоформирующее и коммутационное оборудование нового парка (цифровые технологии) и 50% — старого парка (аналоговые технологии). Отметим, что цифровое каналоформирующее и коммутационное оборудование разрабатывалось в конце 90-х годов XX века и в начале XXI века, а имеющиеся образцы аналогового каналоформирующего и коммутационного оборудования разрабатывались в 80-х - 90-х годах прошлого века и ранее [12].

Необходимость автоматизации процессов управления всей АСС (ТС) и ее сегментов выливается в задачу автоматизации управления элементами АУС [29]. В силу разнотипности каналоформирующего и коммутационного оборудования на типовом узле связи задача эффективного управления ими является нетривиальной. Действительно, если современные элементы узла связи имеют управляющие интерфейсы, работающие в локальной1 вычислительной сети (ЛВС) типа Ethernet, то каналоформирующее и коммутационное оборудование предыдущих поколений допускает управление по интерфейсам типа ИРПС и даже по принципу «провод-команда». «Выравнивание» (сопряжение) форматов управляющих сообщений, с разнотипными средствами связи, имеющими различные интерфейсы, осуществляется с помощью различных блоков преобразования, интерфейсов (БПИ) [28].

Задачи управления элементами АУС возникают тогда, когда на всей ТС или на ее отдельном сегменте появляются некие нештатные ситуации: выход из строя (восстановление) отдельных каналов или всего направления связи по той или иной причине; перегрузка (разгрузка) сообщениями отдельных каналов или- всего направления* связи; динамическое перераспределение канального ресурса в интересах приоритетных пользователей и другие [1,2].

Для решения таких задач в составе каждого АУС имеются комплексы управления связью (КУС). При этом КУС АУС представляет собой совокупность аппаратно-программных средств (АПС), под которыми понимаются вычислительные комплексы (ВК) и их специальное программное обеспечение. Взаимодействие КУС смежных АУС по управлению между собой в рамках АСС (ТС) осуществляется, в основном, в виде передачи данных через, так называемые, транспортные станции. Возникающие при этом задачи управления в рамках функционирования КУС называются «задачи-запросы» [3].

АПС КУС представляет собой объединение АПС БПИ, на которые поступают первичные задачи-запросы на восстановление связи от различных каналоформирующих устройств (проводных и радио) и абонентских систем, АПС ЛВС, обеспечивающих доставку задач-запросов, прошедших первичную обработку к основному ВК, АПС сервера КУС, являющегося основным ВК КУС, вырабатывающим решение по управлению связью согласно пришедшей задаче-запросу [4, 5].

К оперативности решения задач КУС по управлению связью, предъявляются жесткие требования. В частности, предоставление подготовленного резервного канала, например, в интересах Министерства обороны РФ оператором «Ростелеком» должно произойти за время не более 1,2 с с момента браковки основного канала. Учитывая, что на коммутацию уходит время 1,0 с, следует, что задача перевода основного канала на резервный в КУС такой сети должна быть решена за 0,2 с [55].

Из анализа процесса управления средствами связи на АУС с помощью КУС следует, что оперативность выработки (формирования) решения по управлению по возникшей ситуации в системе связи (задаче-запросу) напрямую зависит от производительности АПС КУС. При этом под производительностью» (вычислительной мощностью) АПС понимается число операций, выполняемых ВК, в единицу времени. Данная величина выражается в МФлоПС (MfloPS - Mega Floating point operation Per Second) (для операций ВК над числами, представленными в форме с плавающей запятой) и в МИПС (MIPS - Mega Instruction Per Second) (для-операций ВК над числами, представленными в форме с фиксированной запятой). Технические решения по разработке КУС и его созданию показывают, что его стоимость напрямую зависит от производительности составляющих его АПС. К настоящему времени открытой является задача нахождения таких производи-тельностей АПС составных частей КУС, которые бы обеспечили заданную оперативность выработки решения по управлению связью при их минимальной стоимости [19, 20].

Решение данной задачи невозможно без использования системного подхода к обоснованию минимально достаточной пропускной способности АПС ВК, чему посвящено большое количество публикаций отечественных и зарубежных специалистов в области теории информации, информатики, управления и связи. Среди них особого внимания заслуживают монографии и труды научных школ B.C. Семенихина, А.П. Пятибратова, В.Г. Лазарева, Э.А. Якубайтиса, И.А. Мизина, А.В. Максименкова, В.В. Мачулина, Б.А. Со-ветова, Ю.В. Новикова, В.Г. Олифера, А.А. Ларина, Е.Н. Хохлачева, В.И. Зло-бина, В.А. Цимбала, С.Н. Шиманова, Л. Клейнрока, Д. Феррари и многих других ученых [19, 21, 23, 25, 31, 32, 39, 42, 44, 58, 65, 70-73, 79, 81].

Из анализа процесса обработки типовой задачи-запроса в АПС КУС следует, что, во-первых, в данном процессе есть три независимые ступени (ВК БПИ, ЛВС и ВК сервера КУС), и, соответственно, достигаемое среднее время обработки определяется средними временами обработки каждой из трех ступеней; во-вторых, оперативность обработки задач-запросов в каждой ступени АПС КУС обратно пропорциональна их производительности; и, в-третьих, стоимость АПС каждой из трех ступеней обработки прямо пропорциональна их производительности [И, 12, 19, 73].

В связи с изложенным, возникает следующее противоречие: с одной стороны, увеличение производительностей АПС ступеней КУС приводит к повышению оперативности обработки задач-запросов по управлению связью, с другой - увеличение производительностей АПС ступеней КУС приводит к повышению их стоимости. Разрешение данного противоречия требует нахождения минимально достаточной производительности АПС КУС узла системы связи общего назначения, обеспечивающей требования по оперативности управления связью при их минимальной стоимости.

Исходя из изложенного, актуальной является тема диссертации «Обоснование производительности аппаратно-программных средств комплекса управления связью узлов телекоммуникационных систем».

Целью диссертационного исследования является минимизация затрат на производительность АПС КУС узла системы связи общего назначения.

Объектом исследования является комплекс управления связью узлов системы связи общего назначения.

Предметом исследования являются методы и алгоритмы обработки сообщений в АПС КУС узла системы связи общего назначения.

Научной задачей является разработка научно-методического аппарата нахождения минимально достаточной производительности АПС .КУС узла системы связи общего назначения, обеспечивающей требования по оперативности управления связью при их минимальной стоимости.

В ходе исследований были получены следующие научные результаты, представляемые к защите:

1. Математическая модель процесса обработки задач-запросов в АПС комплекса управления связью.

2. Методика обоснования минимально достаточной производительности АПС КУС узла системы связи общего назначения.

Научная новизна полученных в диссертационной работе результатов заключается в том, что: разработанная математическая модель процесса обработки задач-запросов в АПС КУС впервые комплексно учитывает последовательные процессы обработки серий задач-запросов в разнородных АПС БПИ, ЛВС и сервера КУС; методика обоснования минимально достаточной производительности АПС КУС узла системы связи общего назначения, в отличие от известных, учитывает минимальную стоимость реализации АПС.

Достоверность результатов подтверждается корректностью и логической обоснованностью разработанных вопросов, принятых допущений и ограничений, использованием апробированного математического аппарата теории систем массового обслуживания, теории телетрафика, моделирования систем, высокой согласованностью полученных результатов с физикой исследуемого процесса.

Практическая значимость результатов диссертационных исследований заключается в том, что они доведены до уровня инженерной методики и позволяют на стадии проектирования АПС КУС закладывать в процесс их разработки и создания адекватную стоимость.

Результаты исследований представляют практический интерес для научно-исследовательских учреждений и проектных организаций с целью усовершенствования существующих и создания' перспективных АСУС ТС. Кроме того, результаты работы могут быть использованы в ввузах при изучении учебных дисциплин, соответствующих тематике данной диссертационной работы.

Диссертация состоит из введения, трех разделов, заключения, списка использованных источников и приложения.

Выводы по третьему разделу

1. Сформирована методика обоснования минимально достаточной производительности АПС КУС узла системы связи общего назначения, которая позволяет выполнить требования по оперативности обработки потока задач-запросов низшего, а, следовательно, и всех остальных приоритетов; при минимальной стоимости таких средств. Отличительной особенностью методики является то, что она включает совокупность простых аналитических выражений, требующих использования несложных инструментальных средств расчета. Методика применима на стадии разработки АПС КУС.

2. Типовой расчет требуемых производительностей АПС КУС АУС ТС на основе предложенной методики, показал, что для реализации требования по среднему времени (оперативности) обработки типовой задачи-запроса в 0,2 с АПС КУС должны строиться на основе таких средств:

БПИ - на основе ВК типа «Багет» с процессором 100 МГц;

ЛВС - на основе ЛВС типа Ethernet со скоростью передачи данных 10 Мбит/с;

ВК сервера КУС - на основе ВК с процессором типа Pentium-4 с тактовой частотой 1,5-2 ГГц.

3. Дальнейшие исследования по обоснованию оптимальной производительности аппаратно-программных средств комплекса управления связью узлов системы связи общего назначения целесообразно продолжить, во-первых, в направлении учета не только временных характеристик (ВХ) (оперативности), но и вероятностно-временных характеристик (ВВХ) (заданной вероятности обработки типовой задачи-запроса ВК КУС за допустимое время); во-вторых, в направлении обеспечения требуемой технической готовности АПС КУС, обеспечивающих заданные ВХ и ВВХ обработки; в-третьих, в, направлении учета характеристик человеко-машинного взаимодействия в рамках сформулированного исследования.

94

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Необходимость оперативного решения задач по управлению связью в телекоммуникационных системах требует создания КУС на каждом АУС автоматизированной системы связи. Технические решения по разработке КУС и его созданию показывают, что его стоимость напрямую зависит от производительности составляющих его АПС. К настоящему времени открытой является задача нахождения таких производительностей АПС составных частей КУС, которые бы обеспечили заданную оперативность выработки решения по управлению связью при их минимальной стоимости. Решение задачи разработки научно-методического аппарата нахождения минимально достаточной производительности аппаратно-программных средств КУС узла телекоммуникационной системы, обеспечивающей требования по оперативности управления связью при их минимальной стоимости, позволит: обеспечить требования по своевременности обработки поступивших в АПС КУС задач-запросов любого приоритета; снизить затраты на разработку и изготовление АПС типовых КУС АУС АСС (в частности, применение данного подхода позволит на 17% снизить затраты на разработку и закупку АПС КУС типового АУС телекоммуникационной системы специального назначения).

В ходе выполнения исследований получены следующие основные научные результаты, представляемые к защите:

1. Математическая модель процесса обработки задач-запросов в АПС комплекса управления связью.

2. Методика обоснования минимально достаточной производительности АПС КУС узла системы связи общего назначения.

В результате исследований, проведенных в работе, выявлено, показано, доказано и разработано следующее:

• Особенностями АСУ С ТС общего назначения являются:

- управление первичной системой связи - автоматизированное; система связи преобразуется в АСС; УС преобразуется в АУС;

- в составе АСС имеется АСУС; основу АСУС составляют КУС АУС;

- взаимодействие КУС АУС по управлению между собой, в основном, в виде передачи данных через транспортные станции;

- высокая осведомленность лиц, принимающих решения по связи, о реальной ситуации на сети связи;

- высокая оперативность формирования и реализации решения по возникающим задачам восстановления связи;

- КУС АУС представляет собой совокупность аппаратно-программных средств (АПС), под которыми понимаются вычислительные комплексы (ВК) и их специальное программное обеспечение;

- оперативность восстановления связи есть функция от производительности АПС КУС; •

- в свою очередь, производительность АПС КУС есть функция от стоимости АПС.

• Анализ задач, выполняемых АСУС ТС общего назначения, показал, что к управлению связью предъявляются жесткие требования по своевременности (оперативности) управления. В частности, предоставление подготовленного резервного канала, например, в интересах МО РФ в ТС должно происходить за время не более 1,2 с с момента браковки основного канала. Учитывая, что на коммутацию уходит время 1,0 с, то процесс решения задачи перевода основного канала на резервный в КУС должен быть осуществлен за время не более 0,2 с.

• Особенностями структуры и алгоритмов функционирования АПС КУС являются:

- АПС КУС представляют собой объединение АПС БПИ, на которые поступают первичные задачи-запросы на восстановление связи от различных каналоформирующих устройств (проводных и радио), АПС ЛВС, обеспечивающих доставку задач-запросов, прошедших первичную обработку к основному ВК, АПС сервера КУС, являющегося основным ВК КУС, вырабатывающим решение по задаче-запросу; Из анализа рабочей конструкторской документации на создаваемые КУС ясно, что:

- АПС БПИ функционируют в многозадачном режиме без приоритетов;

- АПС ЛВС функционируют по протоколу Ethernet, где осуществляется множественный доступ многопакетных сообщений с обнаружением несущей и предотвращением столкновений пакетов (CSMA/CD);

- АПС сервера КУС функционируют в однозадачном режиме с относительными приоритетами.

Оперативность выработки (формирования) решений по связи КУС полностью определяется производительностью его составных ступеней (БПИ, ЛВС, ВК сервера). Данная оперативность оценивается средним временем решения типовой задачи-запроса по связи. Задача обоснования производительностей АПС КУС является новой и сформулирована как оптимизационная задача нелинейного программирования. В качестве целевой функции выступает минимальная суммарная стоимость АПС КУС. При этом ограничением является требуемая оперативность решения типовой задачи-запроса. При решении задачи обоснования производительностей АПС КУС использованы следующие допущения:

- средние времена обработки задач-запросов в ВК БПИ, ЛВС и ВК сервера КУС обратно пропорциональны производительностям их АПС;

- стоимость АПС каждой ступени КУС линейно зависит от их производительности;

- стоимость АПС каждой ступени обратно пропорциональна среднему времени обработки-задач-запросов в ней. Решение поставленной задачи обоснования производительностей АПС КУС требует решения следующих подзадач: разработки математической модели процесса обработки задач-запросов в вычислительном комплексе БПИ, функционирующем в мультизадачном режиме при конечном числе источников; разработки математической модели процесса доставки многопакетных сообщений с обработанными задач-запросами по ЛВС типа Ethernet к вычислительному комплексу КУС; разработки математической модели процесса обработки задач-запросов в вычислительном комплексе сервера КУС, функционирующем, в однозадачном режиме при конечном числе источников с приоритетами; постановки задачи оптимизации производительности АПС КУС узла системы связи общего назначения и ее решения; разработки методики обоснования основных требований к производительности АПС КУС узла системы связи общего назначения. Процесс обработки задач-запросов в АПС КУС АУС является трехступенчатым, при этом первой ступенью обработки является ВК г

БПИ, осуществляющей непосредственную связь с оконечными средствами связи и абонентскими терминальными устройствами; второй ступенью обработки является ЛВС типа Ethernet, которая обеспечивает доставку всех задач-запросов, представленных в типовом формате, к ВК сервера КУС; третьей (основной) ступенью обработки является ВК сервера КУС.

Обработка задач-запросов в ВК БПИ заключается в преобразовании их содержательной части в формат, воспринимаемый ЛВС типа Ethernet. При этом ВК БПИ функционирует в мультизадачном режиме при конечном числе источников и переменном числе каналов.

Учитывая, что задачи с одинаковыми приоритетами поступают на один БПИ, получаем, что БПИ функционирует в режиме без приоритетов. На основе теории СМО получено выражение для среднего времени пребывания задачи-запроса в ВК БПИ КУС от всех его системных характеристик, в том числе и от его производительности. Форма данного выражения позволяет легко перейти к обратной относительно производительности функции.

• ЛВС КУС функционирует по протоколу CSMA/CD (метод множественного доступа к каналу с контролем несущей и обнаружением столкновений). На основе теории телетрафика и СМО получено выражение для среднего времени доставки задачи-запроса, представленной в формате многопакетного сообщения, по ЛВС указанного типа от ВК БПИ к ВК сервера КУС. Данное выражение учитывает все системные характеристики ЛВС, в том числе и ее производительность (абсолютную пропускную способность шины). Форма данного выражения позволяет легко перейти к обратной относительно производительности функции.

• ВК сервера КУС функционирует в однозадачном режиме обработки при, конечном числе источников с относительными приоритетами. На основе теории СМО получено выражение для среднего времени пребывания задачи-запроса низшего приоритета в ВК сервера КУС в зависимости от всех его системных характеристик, в том числе и от его производительности. Форма данного выражения не позволяет аналитически перейти к обратной относительно производительности функции. Для получения аналитической зависимости между средним временем обработки задачи-запроса ВК сервера КУС и его производительностью был использован метод «наименьших квадратов», который позволил получить такое соотношение в виде гиперболической зависимости. Последняя позволяет легко перейти к обратной относительно производительности функции.

• Сформирована методика обоснования минимально достаточной производительности АПС КУС узла системы связи общего назначения, которая позволяет выполнить требования по оперативности обработки потока задач-запросов низшего, а, следовательно, и всех остальных приоритетов, при минимальной стоимости таких средств. Отличительной особенностью методики является то, что она включает совокупность простых аналитических выражений, требующих использования несложных инструментальных средств расчета. Методика применима на стадии разработки АПС КУС.

• Типовой расчет требуемых производительностей АПС КУС АУС ТС на основе предложенной методики, показал, что для реализации требования по среднему времени (оперативности) обработки типовой задачи-запроса в 0,2 с АПС КУС должны строиться на основе таких средств:

- БПИ — на основе ВК типа «Багет» с процессором 100 МГц; .

- ЛВС — на основе ЛВС типа Ethernet со скоростью передачи данных

10 Мбит/с;

- ВК сервера КУС - на основе ВК с процессором типа Pentium-4 с тактовой частотой 1,5-2 ГГц.

Представляемые к защите научные результаты доведены до несложных аналитических выражений и алгоритма расчета, что позволяет их использовать в существующих и перспективных системах связи общего назначения.

Результаты диссертационной работы внедрены в организациях промышленности при разработке новых систем и сетей связи специального назначения, а также в учебный процесс ввуза. Эти результаты были использованы, в частности, при выполнении следующих работ:

•при разработке ТТЗ на перспективный комплекс автоматизации управления связью в рамках ОКР «Баллиста» (ОАО «ВОЗПП»);

•при разработке ТТЗ на специальный программно-аппаратный комплекс управления системой связи специального назначения в рамках ОКР

Буханка-ВУ» (МОУ «ИИФ РФ»);

•при изучении дисциплин «Информационные сети и телекоммуникации» и «Цифровые сети интегрального обслуживания» (Серпуховской военный институт ракетных войск).

В дальнейшем полученные научные результаты и практические рекомендации могут быть использованы предприятиями и организациями промышленности РФ следующим образом:

•при обосновании ТЗ на НИР и ОКР по перспективным системам и сетям связи с комплексами управления связью;

•при проектировании и оценивании эффективности и качества функционирования разрабатываемых и перспективных систем и сетей связи различного назначения;

•в учебном процессе ввузов.

В рамках сформулированной в диссертационной работе научной задачи дальнейшие исследования целесообразно продолжить в следующих направлениях:

•направлении учета не только временных характеристик (ВХ) (оперативности), но и вероятностно-временных характеристик (ВВХ) (заданной вероятности обработки типовой задачи-запроса АПС КУС за допустимое время);

•направлении обеспечения требуемой технической готовности АПС КУС, обеспечивающих заданные ВХ и ВВХ обработки;

•направлении учета характеристик человеко-машинного взаимодействия в рамках сформулированного исследования.

1. Баранов Е.В: Подходы к автоматизации управления сетями Х.257/ Материалы VI Российской научно технической конференции «Новые информационные технологии в системах связи и управления». - Калуга, 2007.-С. 83-85.

2. Баранов Е.В.,.Репин М;В., Зимин Н.Г. Проблемы использованиями проектирования сетей Х.25// LXII научная, сессия; посвященная Дню Радио. Труды. М.:РНТОРЭС, 2007. - С.5-6.

3. Бродский И. JI. Правовые проблемы.организации и деятельности вычислительных центров. «Правоведение», 1975, N° 4.

4. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике. М.: Наука, 1979.-976 с.

5. Бусленко Н.П. Исследование сложных технических систем. М.: Наука, 1982.-250 с.

6. Варакин Л.Е. Информационно-экономический закон. Взаимосвязь инфо-коммуникационной инфраструктуры и экономики. М.: MAC, 2006. -160 с.

7. Васильев В.В., Кузовкова Т.А. Инфокоммуникационные .технологии и информационная экономика. М.: Издательство «Палеотип», 2005. -268 с.

8. Вентцель Е.С. Исследование операций. М.: Наука, 1989. - 275 с.

9. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. — М.: Наука, 2003. 564 с.

10. Вишневский В.М. Теоретические основы проектирования компьютерных сетей. М.: Техносфера, 2003. - 512 с.

11. Вишневский В.М., Ляхов А.И., Портной С.Л., Шахнович И.В. Широкополосные беспроводные сети передачи информации. М.: Техносфера, 2005.-592 с.

12. Вишняков В. Г. Методологические проблемы создания автоматизированных систем управления. В кн.: Экономические и организационные проблемы АСУ. -М., 1975, с. 43.

13. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации: Учебник. — 2-е изд., перераб. и доп./ А.П. Пятибратов, Л.П. Гудыно, А.А. Кириченко; Под ред. А.П. Пятибратова М.: Финансы и статистика, 2004. — 512 с.

14. Гарус М. В. Операторские и диспетчерские пункты автоматизированных систем управления предприятиями. М.,1974, с. 5.

15. Глушков В.М., Калиниченко Л.А., Лазарев В.Г., Сифоров В.И. Сети ЭВМ. М.: Связь, 1977. - 280 с.

16. Димов Э.М., Диязитдинова А.Р., Скворцов А.Б. Роль интеллектуальных информационных систем в управлении инфокоммуникационными компаниями// Электросвязь. №8, 2007.

17. Злобин В.И. Абдукционно-адаптивные комплексы управления качеством функционирования, радиосистем (Основы теории и принципы построения). МО СССР, 1988. - 176 с.

18. Кирдяшов Ф.Г., Баранов Е.В. Имитаторы средств связи, выполненные на основе существующих программных продуктов // Новые информационные технологии в системах связи и управления. Труды IV Российской НТК. Калуга, 2005. - С. 168-171.

19. Клейнрок Л. Теория массового обслуживания, — М.: Машиностроение, 1979.-432 с.

20. Комплекс информационно-технических средств поддержки принятия и реализации решений по обеспечению непрерывности управления: ТО. -Воронеж. 2002. - 80 с.

21. Концепция развития отрасли «Связь и информатизация» Российской Федерации/ Под ред. Л.Д. Реймана и Л.Е. Варакина. М.: MAC, 2001. -340 с.

22. Косарева Л.Н., Баранов Е.В., Репин М.В. Аналитический подход к обоснованию производительности аппаратно-программных средств комплекса автоматизации управления связью // LXII научная сессия, посвященная Дню Радио. Труды. М.:РНТОРЭС, 2007. - С.56-60.

23. Красносельский Н.И. и др. Автоматизированные системы управления в30