Проблематика расчета сетей связи 6.2 Элементы математического аппарата анализа и синтеза 6.3 Анализ и синтез сетей с коммутацией 6.4 Динамика развития сетей связи

Анализ и синтез сетей связи

В разделе 6 рассматриваются проблемы связанные с решением задач анализа и синтеза сетей связи. Эти задачи непосредственно затрагивают проблемы исследования и проектирования сетей связи. Определены группы проблем, связанные с расчетом сетей, и приведены основные характеристики сети, относящиеся к той или иной группе. Рассмотрена специфика сети электросвязи как объекта для решения задач анализа и синтеза. Значительное место занимает теоретическая модель сети, перечень ограничений на исходные данные теоретической модели. Приведена типизация сетей, а также систематизация критериев качества и целевых критериев синтеза для различных типов сетей. Уделено внимание элементам математического аппарата используемого для решения задач анализа и синтеза сетей связи. Приведены примеры решения задач анализа и синтеза сетей с коммутацией каналов и коммутацией пакетов. Рассмотрены вопросы построения сетей с учетом динамики их развития и математические модели прогнозирования параметров сети. Уделено внимание перспективам развития сетей и предоставляемых сетями услуг. Приведены контрольные вопросы, список литературы и глоссарий.

6.1 Проблематика расчета сетей

Особенности расчетов на сетях связи

Практика проектирования, эксплуатации и модернизации (реконструкции, развития, расширения) сетей связи выдвигает разнообразные проблемы расчета. Возникает необходимость определять или приближенно оценивать характеристики сети связи конструктивно-технического, технологического, эксплуатационного и экономического характера.
К многочисленной группе конструктивно-технических характеристик сети связи относятся:

· локальные параметры: емкость отдельных линий связи, величина пропускной способности каналов связи, параметры коммутационных устройств и т. д.;

· глобальные характеристики: конфигурация сети линий и каналов связи, типы используемых систем связи и коммутационных устройств и другие характеристики сети в целом.

К группе технологических характеристик относятся:

· способ доставки сообщений (без коммутации, с коммутацией каналов, сообщений или пакетов);

· вид процедуры выбора пути;

· дисциплина обслуживания вызовов или сообщений;

· технология обработки сообщений в узлах и т. п.

В группе эксплуатационных характеристик сети связи центральное место занимают характеристики качества работы сети:

· вероятность своевременной доставки сообщений;

· распределение вероятности времени доставки сообщения;

· вероятность потери вызова;

· вероятность существования пути или число непересекающихся путей передачи сообщений и т. п.

В практике проектирования и эксплуатации сети бывает важно знать такие эксплуатационные характеристики как:

o распределение времени задержки сообщений в отдельном узле или на заданном направлении;

o вероятность изоляции отдельного пункта;

o нормы качества телекоммуникационных услуг и т.п.

Последние важны не только как промежуточные данные для вычисления характеристик качества работы сети, но и как характеристики ее особенностей, неоднородностей. Особенно важны характеристики качества работы сети связи с позиций пользователя. Например, вероятность своевременной доставки сообщений и вероятность своевременного предоставления требуемых каналов. Эти характеристики позволяют пользователю непосредственно оценивать качество обслуживания пользователя сети.

К экономическим характеристикам сети связи относятся:

§ капитальные затраты - К;

§ годовые эксплуатационные расходы - Э;

§ годовые доходы от эксплуатации сети - Д;

§ срок окупаемости - Т = К/(Д;

§ приведенные затраты - Ц = К

§ характеристики экономической эффективности сети различной

структуры – (Д – Э)/ К.

В методологии расчета сетей связи важное место занимает вопрос о соотношении строгих, приближенных и инженерных методов. Сугубо практическая направленность расчетов, осуществляемых на основании исходных данных ограниченной (и притом обычно невысокой) точности, в значительной степени обесценивает точность результата — основное преимущество точных методов расчета перед приближенными и инженерными методами, выдвигая на первый план простоту и трудоемкость как критерии предпочтения. Поэтому в расчетах на сетях связи широко используются приближенные оценочные вычислительные методы, в частности, такие стандартные схемы приближенных вычислений, как способ проб и ошибок, итеративные и монотонные шаговые процедуры и т.п.
Центральное место в проблематике расчета сетей связи занимают задачи двух классов.

Схема задач первого из них — задач анализа - в общих чертах сводится к следующему: по известным конструктивно-техническим и технологическим характеристикам сети определить величины эксплуатационных и экономических показателей.

Схема задач второго класса — задач синтеза - в общих чертах сводится к следующему: в рамках наложенных ограничений определить конструктивно-технические и технологические характеристики таким образом, чтобы эксплуатационные характеристики сети находились в пределах предписанных норм при оптимизации экономических показателей сети.

Указанные выше задачи входят как составная часть во многие основные задачи, выдвигаемые практикой проектирования, эксплуатации и модернизации сетей связи.

Специфика сети электросвязи как объекта анализа и синтеза

Сеть электросвязи как объект анализа и синтеза представляет собой технологический комплекс, предназначенный для удовлетворения потребности в связи. Технической базой этого комплекса являются устройства электросвязи, распределенные по всей охватываемой сетью территории и либо размещенные в пунктах сети, либо образующие линии передачи между ними. Вторым компонентом комплекса является система операций, непосредственно связанных с обслуживанием пользователей, называемая технологией обслуживания. Совокупность алгоритмов, которые регламентируют сопровождающие технологические операции расчеты(дисциплины очередей, процедуры выбора пути передачи сообщений и т. п.), назовем алгоритмикой работы сети связи.
Условимся предполагать, что для передаваемых сетью сообщений входы в сеть и выходы из нее совпадают с ее пунктами, причем каждое сообщение предназначается для доставки только в один пункт — выход. Два упорядоченных пункта сети называются корреспондирующей парой, если существует потребность в связи между этими пунктами с целью доставки сообщений. Предполагается, что сообщения отдельной корреспондирующей пары пунктов появляются в пункте-входе в случайные моменты времени, а их длина рассматривается как случайная величина. Это позволяет говорить о случайном потоке сообщений, называемом входящим потоком сообщений данной корреспондирующей пары пунктов. Входящий поток в этом случае задается распределением вероятностей длительности интервала между моментами появления последовательных сообщений и распределением вероятностей длины сообщений. Последовательность сообщений регламентированной длины, появляющихся в пункте-входе в заранее предписанные моменты времени, рассматривается как детерминированный частный случай входящего потока. Возможности сети связи при обслуживании отдельной корреспондирующей пары пунктов будет характеризоваться двумя величинами - индивидуальной потребностью пунктов в связи и критерием качества удовлетворения сетью этой потребности, называемым индивидуальным критерием качества. Способ задания индивидуальной потребности в связи и вид индивидуального критерия качества взаимообусловлены и, как будет показано ниже, являются существенным элементом специфики различных сетей. Назовем общей потребностью в связи и обозначим через Q набор величин индивидуальных потребностей в связи для всех корреспондирующих пар пунктов. Аналогичный набор величин индивидуальных критериев качества обозначим R и назовем общим критерием качества. Тогда фактическая дееспособность сети при совместном обслуживании всех корреспондирующих пар пунктов будет характеризоваться парой наборов (Q;R). Иногда мы будем говорить о номинальной дееспособности сети как о фиктивной дееспособности в предположении абсолютной надежности всех элементов ее технической базы.
Если для сети задан набор величин R0, называемый общей нормой качества, элементы которого есть индивидуальные нормы критерия качества для отдельных корреспондирующих пар пунктов, то поэлементное сравнение наборов R и R0 позволяет очевидным образом судить о том, достаточна ли фактическая дееспособность сети для удовлетворения общей потребности в связи. Наборы (Q;R0) определяют норму дееспособности. В отдельных, случаях в роли общего критерия качества может выступать некоторая функция элементов набора R, что очевидным образом изменяет вид характеристики фактической дееспособности се. Экономической характеристикой сети служат приведенные затраты Ц на все элемен-ты технической базы сети, называемые общесетевыми затратами. Здесь под приве-деными затратами понимается сумма капитальных затрат и эксплуатационных рас-ходов за нормативный срок окупаемости для устройств и оборудования связи. Обычно рассматривают сети электросвязи, нормальный режим работы которых характеризуется стационарностью в следующем смысле:

• техническая база сети и номинальные эксплуатационные параметры ее элементов остаются неизменными;
• неизменны технология обслуживания и алгоритмика действия сети;
• случайные внешние воздействия на элементы сети, вызывающие их отказы, стационарны в вероятностном смысле;
• потребность в связи неизменна;

· сеть как стохастический объект обладает эргодичностью и всегда

рассматривается в состоянии статистического равновесия. Переходные и аномальные режимы работы, когда сеть связи подвергается реконструкции и модернизации либо существенно изменяется общая потребность в связи или интенсивность воздействия внешней среды на ее элементы, рассматриваться не будут, хотя в перспективе адаптивные сети, для которых такие режимы работы являются нормальными, по-видимому, будут представлять огромный интерес. В рамках рассмотренной выше специфики задачи анализа и синтеза сети связи могут быть сформулированы следующим образом.
Задача анализа: известны все компоненты сети и общая потребность в связи- Q. Необходимо определить: фактическую дееспособность сети - (Q; R) и общесетевые затраты Ц.
Задача синтеза: при заданной норме дееспособности - (Q;R0). Необходимо определить: все компоненты сети связи таким образом, чтобы обеспечить ей фактическую дееспособность (Q; R) при минимуме общесетевых затрат Ц. В рамках этого подхода задача синтеза будет сужена заданием технологии обслуживания и алгоритмики работы искомой сети, а также введением ограничений на параметры ее технической базы.
Дальнейшая детализация постановки этих задач связана с особенностями теоретической модели сети связи.