Содержание к диссертации
Введение
1. Корпоративные информационные сети как объект системного управления 17
1.1. Обзор и перспективы развития корпоративных информационных сетеп(кинс) 17
1.2. Требования и особенности взаимодействия современных кинс с Ip сетями 22
1.3. Koi щи 1туалы1ые модели узла обработки иі{формации и управления и входного трафика кинс 34
1.4. Проблемы, преимущества и постановка задачи введения адаптивного управления тарификацией в кинс 43
1-5- выводы по главе 1 49
2. Модели оценки эффективности введения адаптивного управления тарификацией в кинс 53
2. К разработка математической модели входных потоков кинс приадаптивном управлении тарификацией 53
2.2, Аналитическое исследовании сглаживания наітузки кинс во времени при выбранном тарифе 60
2.3- Аналитическое исследование времени занятия ресурсов кинс каждым конкретным вызовом при выбранном тарифе 65
2.4. Разработка и исследование критерия эффективности функционирования кинс при адаптивном управлении тарификацией 68
2.5-выводы по главе 2 74
3. Разработка комплекса алгоритмов адаптивной тарификации в кинс 77
3л. Разработка алгоритма измерения и прогнозирования нагрузки и потерь п кинс 77
3.2- Разработка алгоритма обнаружения перегрузки каналов связи и узлов обработки информации и управления кинс в рмв 82
3.3. Разработкаалгоритмаобновлениямаршрутныхтаблицакинсв рмв 87
3 4 Разработка алгоритма обслуживания вызовов пользователей в кинс при адаптивном управлении тарификацией 92
3.5. Выводы по главе 3 96
4- Имитационный эксперимент по исследованию эффективности механизма адаптивного управления тарификацией в кинс 98
4.1. Разработка архитектуры имитационной модели аут в b-isdn 98
4.2. Обоснование выбора языка имитационного моделирования 102
Имитационной моделі! Процесса обслуживания информационных потокоін1 b-isdn 119
4.4. Разработка имитационной модели процесса принятия решений по
Управлению функционированием b-isdn в рольном масштабе времени 119
4.5. Результаті имитационного эксперимента с моделью b-isdn 121
4.6. Выводы по главе 4 132
Заключение 134
Список литературы 136
Приложения 149
- Проблемы, преимущества и постановка задачи введения адаптивного управления тарификацией в кинс
- Аналитическое исследование времени занятия ресурсов кинс каждым конкретным вызовом при выбранном тарифе
- Разработка алгоритма обслуживания вызовов пользователей в кинс при адаптивном управлении тарификацией
- Разработка архитектуры имитационной модели аут в b-isdn
Введение к работе
Актуальность проблемы. Одним из актуальных направлении в области информатизации и управления производственными системами являегся решение задач автоматизации деятельности предприятии па основе использования корпоративных информационных систем (КИС), а таюке обеспечения гибкого взаимодействия пользователей с информационным системами, внедренными на предприятии, используя сетевые технологии. Па современном этапе развития при просетнрованин корпоративных информационных сетей (КИнС) требуется учіггьшать такие важнейшие факторы как необходимость формирования единого информационного пространства (ЕИП) для больших групп пользователей с разнородными информационными потребностями, обеспечение возможности адаптивного, динамического изменения информационной системы в условиях нестабильности экономического поля расчетов, а также обеспечение возможности доступа к информационной системе пользователей посредством использования различных устройств доступа, реализованных в КИнС.
Наиболее полно перечисленные факторы проявляются при разработке узлов обработки информации и управления (УзОИУ), предназначенных для поддержки деятельности предприятий связи, обеспечивающих автоматизаціїю процессов обслуживания пользователей услуг связи, учета услуг и расчета их стоимости. УзОИУ, использующиеся крупными региональными предприятиями связи» характеризуются необходимостью поддержки одновременном удаленной работы сотен тысяч пользователей, использованием в качестве устройств доступа к системе персональных компьютеров, мобильных и стационарных телефонов, обеспечением гибкости системы, позволяющей использовать готовую систему п государствах с различными законодательствами, в компаниях с различающимся набором требовании к УзОИУ. Таким образом, возникает актуальная задача упраплепня тарификации в КИнС.
Все это обуславливает актуальность и значимость исследовании, направленных па решение одной из ключевых проблем построения УзОИУ н КИнС в целом - проблемы обеспечения гибкого взаимодействия и информационного обмена между пользователем и КИнС за счет адаптивного управления тарификацией (АУТ).
Анализ исследовании, посвященных решению такого рода проблем, выявил крайне незначительное число готовых и апробированных решений, что во многом связано с динамичным развитием телекоммуникационной отрасли в целом, а шкже с отсутствием достаточно проработанной теории и практики решения задач взаимодействия пользователя с КИнС.
Ключевыми задачами становятся: предоставление предсказуемого качества обслуживания и обеспечение адаптируемости сетевых механизмов к пользовательскому трафику. Поддержка необходимого качества обслуживание за счет установки новых каналов связи и более современного сетевого оборудования, является эффективной только до определенного момента. Данный подход связан со значительными начальными материальными затратами и требует увеличения расходов на обслуживание КИнС. С учетом скорости увеличения размеров сетей, стратспія роста «вширь» становится все менее приемлемо!!. Данная тенденция еще только начинает проявляться на уровне КИнС, но решение необходимо искать уже сейчас.
Исследования, проводившиеся с целью оценки качества обслуживания и стабильности больших сетей со значігтельпоп загрузкой, выявили, что в большинстве случаев КИнС не в состоянии обеспечить требуемого уровня обслуживания. Обслуживание важной управляющей (сигнальной) информации наравне с ннтеїралміьіми потоками (данных оцифрованной речи, видеосигналов н т), может стать причиной нестабильного поведения сети даже в отсутствии технических проблем. Объяснением данных проблем является то, что используемые в настоящее время механизмы тарификации не рассчитаны на применение в высоко заіружешшх сетях.
Разработке механизмов тарификации, повышающих эффективность не пользования сетевых ресурсов, посвящено много научно-исследовательских работ, большая часть которых была опубликована в течение последних двух лет. Предложенные механизмы можно разделить на две группы: принципиально новые решения и решения, построенные на модернизации и использовании свойств базовых механизмов КИнС. Основным недостатком первого подхода является потребность в значительных начальных затратах. Второй подход предпочтительнее, так как позволяет производить эволюционные изменения КИнС {в основном, связанных с совсршсисвовапием алгоритмов.
Общим недостатком большинства предложенных методов тарификации являются:
низкая скорость реакции па изменения, происходящие в КИНС;
значительные затраты на обслуживание системы управления (СУ) КИнС;
плохая адаптируемость к вариациям ситуаций в КИнС,
Интеграция обслуживания пользователей, передающих речевую информацию, оперативные данные и файлы ЭВМ, видеосигналы в рамках единой цифровой сети является актуальной задачей. Априорная информация о пользователях не позволяет эффективно па стадии проектирования разработать алгоритмы управления КИНС, Поэтому наиболее эффективно разработать адаптивные алгоритмы управления широкополосной цифровой сетью интегрального обслуживания (ЦСИО) (англ., Broadband Integrated Services Digital Network (B-ISDN), позволяющие на основе формирования, обмена и анализа служебной информации в реальном масштабе времени (РМВ) принимать решения по управлению КИнС. Особый интерес представляет исследование и разработка алгоритмов адаптивного управления потоками информации, которые реализуют функции маршрутизации и ограничения входной нагрузки КИнС.
Традиционно ограничение входных потоков B-ISDN в периоды повышенной нагрузки осуществляется в случайном порядке, без разбора, независимо от степени важности и срочности каждого конкретного вызова для абонента. Это значит, что повышается вероятность малоценных и длительных сеансов связи из-за которых
пс могут быть обслужены важные и срочные вызовы. Увеличение числа отказов ведет к возникновению повторных вызовов, к еще большему росту поступающем нагрузки, к возникновению перегрузки и снижению качества обслуживания пользователей B-ISDN. Кроме того, для сетей электросвязи и, в частности, для В-ISDN характерна неравномерность возникающей нагрузки во времени. Таким образом, возникает актуальная проблема: обеспечить оптимальное перераспределение ресурсов сети с целью максимизации се эффективности и отношении передачи наиболее ценной для абонентов информации. Данная проблема может быть эффективно разрешена с помощью введения в СУ B-ISDN механизма адаптивного управления тарификацией (АУТ), сущность которой заключается в назначении величины тарифа в зависимости от уровня нагрузки с оперативным информированием пользовании ей КИпС о величине тарифа.
Анализ функционирования B-ISDN с позиции теории управления показывает, что введение АУТ позволит придать человеко-машинной системе «Пользователи -B-ISDN" совершенно новое и очень важное свойство саморегуляции. Это свойство является отличительным признаком высокоэффективных кибернетических систем. В частности, АУТ в B-ISDN должна обеспечивать фильтрацию вызовов по критерию ценностного содержания информации, сокращение длительности обслуживания пользователей в период повышенной нагрузки (ППН), сглаживание неравномерности нагрузки во времени її повышение тарифного дохода B-ISDN. Исследование эффективности введения АУТ в КИпС в рамках вышеперечисленных преимуществ является актуальной задачей.
При введении АУТ в СУ B-ISDN возникает целый ряд разнообразных проблем: экономических, социальных, психологических, эргономических и технических. Из перечисленных проблем выделим технические, к которым относятся: автоматический учет количества вызовов, управление функционированием B-ISDN в РМВ (выработка списка оптимальных маршрутов и назначение тарифов на них), оперативное информирование пользователей о текущих значениях тарифов па оптимальных маршрутах к пункту назначения
(звуковой сппіал или индикатор)- Решение технических задач при введении АУТ в B-ISDN является важной задачей.
Автоматический учет количества вызовов представляет собой процесс накопления информации, необходимой для принятия решении в РМВ_ Этот процесс связан с затратами времени, что приводит к запаздыванию в получении адаптивной СУ информации о процессе функционирования системы «Пользователи - КИнС'Ч Запаздывание информации существенно снижает эффективность работы адаптивных систем управления в РМВ, Поэтому значительной является задача прогнозирования состояний системы «Пользователи - B-ISDN", В дальнейшем систему «Пользователи — сеть» будем называть системой ПодСет,
Сформированные проблемы составляют предмет рассмотрения данной диссертационной работы и определяют ее актуальность.
Цель и задачи работы. Целью диссертационной работы в широком понимании является разработка механизмов адаптивной тарификации (в рамках КИнС, взаимодействующих с глобальной сстмон составе единой системы ПолСет), обеспечивающих эффективное использование информационных ресурсов при динамическом поведении ссгеиых хараісгериіггик. Конкретной целью диссертационной работы является разработка моделей процесса функционирования КИнС, алгоритмов АУТ и исследование эффективности введения АУТ в B-ISDN. Для достижения указанной цели необходимо определить и решить следующие задачи:
L Анализ существующих методов повышения эффективности использования информационных ресурсов КИнС и, на основе анализа их преимуществ и недостатков, определение основных принципов построения новых механизмов (моделей и методов) адваптивного управления тарификацией АУТ).
2,11а базе разработанных моделей провести аналитическое исследование:
- вероятностно-временных характеристик процесса принятия решения
пользователем КИнС (абонентом B-ISDN) при АУТ;
- процесса сглаживания нагрузки, создаваемой системой ПолСет во времени;
длительности обслуживания пользователей в периоды наибольшей нагрузки B-ISDN;
дополнительного экономического эффекта от введения ЛУТ в КИпС.
3. Разработать комплекс алгоритмов адаптивного управления функционированием B-1SDN при введении механизма ЛУТ, включая:
алгоритм автоматического учета количества вызовов при введении ЛУТ с прогнозированием;
алгоритм обнаружения перегрузки каналов связи (КСв) и узлов обработки информации и управления (УзИУ) (в простейшем случае узлов коммутации (УзОИУ))вРМВ;
алгоритм обновления маршрутных таблиц (МТ) B-ISDN в РМВ;
алгоритм обслуживания вызовов пользователей в КИнС при ЛУТ.
4_ Провести имитационные эксперименты по исследованию эффективности функционирования B-ISDN при ЛУТ с целью определения оптимальных условии введения ЛУТ (интенсивность входной нагрузки, относительное превышение тарифа, режим коммутации) в смысле максимизации дополнительного общего экономического эффекта использования КИнС в составе метасистемы ПолСст..
Методы исследований. При проведении исследовании и разработок в диссертационной работе были использованы подходы и методы теории управления сложными объектами, теории вероятностей, теории массового обслуживания, теории прогнозирования временных рядов, теории автоматов, теории графов, теории оптимизации, теории множеств, комбинаторного анализа и математической логики, планирования экспериментов, классические методы основ теории маршрутизации. Оценка характеристик разработанных решений по адаптивному управлению тарификацией (ЛУТ) п КИнС осуществлялась с применением методов имитационного моделирования.
Основные научные результаты.
К Получены вероятностно-временные характеристики процесса принятия решения абонсігтамн B-ISDN при адаїгаївном управлении тарификацией (ЛУТ), позволяющие моделировать (прогнозировать) поведение пользователей КИнС при
введении повышенною тарифа и обеспечивающие возможность проведения имитационного исследования эффективности введення АУТ в КИнС.
Разработана математическая модель процесса поступлення вызовов от абонентов B-ISDN при повышенном тарифе, основанная на распределении Эрлапга для метода этапов, служащая основой для проведения аналитического исследования сглаживания нагрузки КИпС во времени при ЛУГ.
Получены аналитические выражения для определения длительности сеансов связи при повышенном тарифе, основанные на вероятностно-временных характеристиках процесса принятия решения абонентами B-ISDN при ЛУТ4 позволяющие дать рекомендации о повышении тарифа на определенные виды связи и дающие возможность моделировать поведение пользователем КИнС в составе метасистемы ПолСет при введении повышенного тарифа, что необходимо для организации и проведения имитационного исследования эффективности введення ЛУЇ в КИнС.
Разработан комплекс алгоритмов, реализующий введение адаптивного управления тарификацией в КИнС, дающий возможность справедливого ограничения нагрузки в зависимости от степени важности и срочности каждого вызова для конкретных абонентов B-ISDN, отличающийся от других алгоритмов управления функционированием КИнС в РМВ вовлечением абонентов п составе единой системы ПолСет в процесс принятия решений по управлению ограничением нагрузки, обеспечивающий оптимальное перераспределение информационных ресурсов КИнС с целью максимизации ее эффективности в отношении передачи наиболее ценной для пользователей информации и позволяющий получить дополнительный экономический эффект по сравнению с неадаптивпой тарификацией.
Разработан с помощью системы имитационного моделирования GPSS/PC комплекс программ имитационного моделирования процесса функционирования КИнС при ішсдсіши адаптивного управления тарификацией, позволяющий определить оптимальные условия введення АУТ в КИнС с целью максимизации дополнительного общего экономического эффекта.
6. Определена області* эффективного использовании ЛУТ в КИнС, характеризующаяся интенсивностью входной нагрузки 1.5 выз/с, относительным превышением тарифа в 2 раза и передачей в режиме КК речевой информации и дополшгтельных видов связи (видсотскс, тслстскс» факс), а в режиме использования АТМ-технологни - трафика данных.
Новизна полученных результатов, В работе предложен ряд моделей, методов и алгоритмов, позволяющих улучшить эффективность использования информационных ресурсов системы ПолСст в целом, не ухудшая производительность и сохраняя полную совместимостью с базовыми алгоритмами управления КИнС. Принципиально новым в предложенных методах является ориентация на использование моделей прогнозирования поведения абонентов КИнС в составе всей метасистемы «Пользователи-СЕТЬ» (системы ПолСст).
Это отвечает базовым принципам перспективных широкополосных цифровых сетей B-1SDN с АТМ-тсхпологией, обеспечивает простоту реализации и адпптируемость. Применение разработанпх методов и алгоритмов позволяет в динамике управлять распределением трафика it КИнС. При этом каждый узел УзОИУ осуществляет локальную оптимизацию, а применение глобальной оптимизации в данном случае яшіясіся неоправданным, так как требует значительных ресурсов и не может обеспечить быстрой реакции в составе системы ПолСст в целом. Также новой является идея совместного решения двух задач управления КИнС: управление выбором маршрутов и ограничение нагрузки, что позволяет увеличит эффект от введения механизма АУТ.
Практическая значимость результатов работы.
Комплекс алгоритмов, реализующий введение адаптивного управления тарификацией в КИнС, обеспечивает ограничение нагрузки в зависимости от степени важности и срочности каждого вызова для конкретных абонентов B-ISDN, что дает возможность на практике упроепгть решение задачи маршрутизации н избежать перегрузок в КИнС, что повышает эффективность доставки информации в системе ПолСст в целом.
Реализация результатов работы. Все предложение в работе механизмы адаптивного управления тарификацией (ЛУТ) ориентированы для эксплуатации п сетях B-ISDN, реализующих перспективную ATM-технологию, па платформе Windows NT с учетом наиболее популярных протоколов маршрутизации и по взаимодействии с ІР-сстями.
Апробация работы. Основные результаты диссертации представлялись на научно-технических конференциях профессорского состава СПбГЭТУ «ЛЭТИ» и семинарах кафедры АСОИУ-
Публикациги Материалы проведенных исследовании опубликованы в четырех работах.
Структура и объем работы. Диссертация содержігг введение, четыре главы, заключение, список литературы {168 наименовании), приложения; 5 таблиц и 36 рисунков. Основная часть работы изложена на 148 страницах машинописного текста, общий объем диссертации — 178 страниц.
II первой главе диссертационной работы выполнен содержательный обзор
перспективы развития КИпС. Определяются соврсьенные тенденции развития
КИІІС и место B-1SDN в сетях будущего. Устанавливается современное состояние
цифровой электросвязи в пашен стране н внедрение B-1SDN и некоторых развитых
странах- Рассматриваются современные тенденции развіггня
нпфокоммуникацнонных систем и обосновывается целесообразность
использования в качестве базовой ATM-технологии (Asynchronous Transfer Mode), Предлагается упрощенная архитектура УзОИУ и модель процесса обслуживания вызовов пользователей КИпС п терминах теории массового обслуживания. Предлагаются для исследования три модели входного трафика J3-ISDN и характеризуется каждая составляющая входного иоіока от абонентов в отдельности в системе ПолСст в целом. Обосновывается необходимость, приводятся основные преимущества и анализируются проблемы введения АУТ в B-ISDN. Ставится и формализуется оптимизационная задача адаптивного управления B-ISDN в РМВ при использовании механизма АУТ.
Вторая глава посвящена аналитическому исследованию введения ЛУТ в КИпС на базе разработанных моделей процесса функционирования B-1SDN в составь; системы ПолСст. Описываются вероятностно-временные хараісгеристнкн (ВВХ) процесса принятия решении абонентами при ЛУТ. Разрабатывается математическая модель процесса поступления вызовов от абонентов в B-ISDN при повышенном тарифе. Исследуется сглаживание наїрузкн по иремеии при АУТ. Исследуется сокращение времени занятия ресурсов КИнС каждым конкретным вызовом при повышенном тарифе и приводятся аналитические выражения для определения среднего времени сеанса связи при ЛУТ, Вырабатываются рекомендации о повышении тарифа в системе ПолСст па определенные виды связи. Разрабатывается критерий оценки эффективности функционирования В-ISDN при ЛУТ. Исследуется дополнительный общий экономическин эффект при ЛУТ. Делается вывод о рациональном диапазоне варьирования тарифа,
В третьей главе диссертационной работы разрабатываются; алгоритм измерения и прогнозирования нагрузки и потерь в КИПС, алгоритм обнаружения перегрузки КСв и УзОИУ B-ISDN в РМВ, алгоритм обновления маршрутных таблиц B-ISDN в РМВ, алгоритм обслуживания вызовов пользователей п КИнС при ЛУТ. Для каждого из разработанных алгоритмов приводятся блок-схема, иллюстрация и описание процедур, поясняющие их работу.
Четвертая глава посвящена постановке и реализации имитационных экспериментов по исследованию эффективности введения ЛУТ в КИнС, Ставится конкретная цель имитационного исследования, обосновывается выбор языка (системы) имігтационпого моделирования, разрабатывается структура базы данных имитационной модели процесса функционирования B-ISDN в РМВ при ЛУТ, Разрабатывается имитационная модель процесса обслуживания вызовов пользователей в B-ISDN при ЛУТ, Разрабатывается имитационная модель процесса принятия решении по управлению функционированием B-ISDN в РМВ, Приводятся струюуры разрабатываемых моделей, описываются модули моделей и их взаимосвязь с базой данных. Описываются условия проведения имитационных
экспериментов. Приводятся результаты имитационного моделирования. Делаются выводы об оптимальных условиях и эффективности введения ЛУТ в B-ISDN.
В приложении дастся описание основных программных реализацией имитационного эксперимента с использованием снметсмы GPSS/PC.
В заключении перечислены основные научные и практические результаты диссертационной работы.
Проблемы, преимущества и постановка задачи введения адаптивного управления тарификацией в кинс
В периоды повышенной нагрузки вызовы, поступающие от пользователей КИнС, получают отказ в случайном порядке, без разбора, независимо от степени важности и срочности каждого вызова. Это значит, что повышаемся вероятность малоцепных и длительных вызовов, из-за которых не могут быть обслужены важные п срочные вызовы. Кроме того, увеличение числа отказов ведет к возникновению повторных вызовов, к еще большему росту поступающей наїрузкн, к возникновению перегрузки и снижению качества обслуживания. Таким образом, необходимо обеспечить и каждый момент времени пропускание через сеть наиболее ценной для пользователей информации и успешное сопротивление перегрузкам. Эти проблемы могут быть решены с помощью введения и систему управлення КИнС механизма адаптивного управления тарификацией (АУТ). Использование ЛУТ придаст системе "Пользователи - КИнС" совершенно новое и важное свойство саморегуляции, являющееся отличительным признаком высокоэффективных кибернетических систем. Принцип ЛУТ заключается в назначении величины тарифа в зависимости от уровня нагрузки с адаптивным информированием пользователей КИнС о величине тарифа. ЛУТ обеспечивает следующие преимуществ для системы "Пользователи - КИнС", которую договорились выше называть системой ПолСст:
- фильтрация вызовов по критерию ценностного содержания информации, так как ценность информации зависит не только от источника вызова, но в большей степени от его содержания: важный вызов может быть сделан с любого оконечного устройства, причем степень срочности и важности лучше всего оценивается пользователем. Следовательно, пользователь принимает решение сам, исходя из сопоставления важности и срочности вызова и факта начисления оплаты по более высокому тарифу;
- повышается вероятность успешных соединении в период наибольшей нагрузки (ПИН) для ценных с точки зрения пользователя вызовов. Следовательно, устраняется значительная часть повторных вызовов ЇЇ увеличивается целостность и устойчивость системы "Пользователи - КИнС"; снижается вероятность возникновения нсрсірузок и, следовательно, пропускная способность сети или се отдельных ранее перегруженных участков будет использоваться для обслуживания лишь наиболее цепных вызовов, что ведет к оптимальному перераспределению ресурсов КИнС с целью максимализации ее еффективпости и отношении передачи наиболее ценной для общества информации; уменьшается количество отказов; повышается качество обслуживания пользователей КИнС в целом;
- сокращается длительность обслуживания пользователей и период наибольшей нагрузки (ПНИ) из-за высокого тарифа и, следовательно, уменьшается время занятости собственного оконечного устройства и вероятность потери входящих вызовов;
- обеспечивается способность регулирования волі икающей нагрузки системой "пользователи - КИнС", что даст возможность поддерживать значения нагрузки в некоторых границах при наличии возмущающих воздействий, а также поддерживать значения показателей качества обслуживания пользователей КИнС в пределах нормы, что положительно отражается па качестве обслуживания пользователей КИнС в целом;
- перенос менее срочных вызовов па время действия льготного тарифа, что ведет к сглаживанию неравномерности нагрузки во времени, когда одно и то же оборудование может обслужить большую суммарную нагрузку за сутки;
- повышается тарифный доход КИнС нт следовательно, увеличиваются средства для развития сети, что способствует повышению качества сетевого обслуживания;
- повышается общий экономический эффект, определяемый как разность между тарифным доходом КИнС и отрицательным социальным эффектом из-за потерн пользователями возможности передачи части информации.
Вышеперечисленные преимущества показывают рациональность введения в систему управления КИнС механизмов АУТ. Однако, при введении АУТ возникает целый ряд разнообразных проблем [4, 7, 22,44, 104]: - экономические проблемы, включающие количественный прогноз размеров тарифных поступлении, т.е. величины экономического эффекта от внедрения повременной оплаты и определение себестоимости каждого шща услуг;
- социальные п психологические проблемы, связанные с изучением закономерностей поведения пользоватслсґі при существенных изменениях тарифоф и закономерностей потребления абонентами основных услуг КИнС, а также с определением зависимости возникающей нагрузки каждого типа от величины тарифа;
- эргономические проблемы, обеспечивающие исследование величины платежеспособного спроса, интенсивности потребления услуг, величины тарифной чувствительности потребителей и доходов от реализации услуг. Разрешение экономических, социальных, исихолопічсских и частично эргономических проблем дает возможность определить наиболее рациональные тарифы на каждую из услуг;
технические проблемы, включающие адаптивное информирование пользователей о текущих значениях тарифов: акустическое (звуковой сигнал) шиї оптическое (индикатор); автоматический учет количества вызовов н управление функционированием КИнС.
Так как нас интересует управление в технических системах, то остановимся на разрешении только технических проблем при введении ЛУТ в КИнС- Особый шггерес представляет рассмотрение проблемы управления функционированием КИнС в РМВ, которое происходігг в условиях неполной информации о настоящем состоянии системы ПолСст, Это состояние характеризуется минимальной информацией о пропілом системы, которая необходима для полного описания будущего поведения системы. При разработке системы управления функционированием КИпС в РМВ при ЛУТ отсутствует априорная информация об условиях се работы. Это делает перспективным построение адаптивной системы управления КИнС, которой должны быть присущи три функции:
1. Обеспечение получения текущей информации о настоящем состоянии системы "Пользователи - КИнС", т. е. идентифицировать процесс функционирования сети. Эгц функция соответствует задаче автоматического учета количества вызовов при введении ЛУТ в КИнС.
2. Сравнение текущего качества работы системы с желаемым качеством и на основании этого сравнения принятие решения так оператнронать систему, чтобы качество ее работы стремилось к оптимальному. Эта функция соответствует задаче управления функционированием КИпС В РМВ при введении ЛУГ в КИнС.
3. Осуществление соответствующем модификации, чтобы привести систему "Пользователи - КИнС" к оптимуму.
Аналитическое исследование времени занятия ресурсов кинс каждым конкретным вызовом при выбранном тарифе
При введении повышенного тарифа вполне естественно предположить, что абонент, сообразуясь с величиной тарифа и с ценностью для него вызова (важностью, срочностью, насыщенностью необходимой для передачи информации), по возможности постарается сократить длительность сеанса связи, сообщив только самое важное. Тогда среднее время вызова в режиме КК при Тлс 2п $cZnc\ + Adn/dn; (2-1?) введении повышенного тарифа можно определить следующим выражением: TMc„(Zn,Adn/dn) = 1 + Adn/dn TAot ,Zn э 1 + Adn/ditf где 7 - длительность сеанса связи «-го вида при обычном тарифе. Нарнс.2Л0 представлены кривые зависимости Ти от относительного
превышения тарифа для трафика речи, вндсотскса (личного и производственного секторов), тслетскса и факса, передаваемого в режиме КК при ценности вызовов для абонентов, соответствующей обычному тарифу (т.е. Zn = 1) Далее рассмотрим, как влияет введение повышенного тарифа на среднее число пакетов за низов, передаваемых и режиме КП (ВС). Тогда, аналогично выражению (2Л7), можно ввести следующее выражение:
Pnc.2.11. Зависимость среднего числа пакетов за вызов в режиме КП от относительного повышения тарифа для трафика: 1 - факса; 2 - пидеотскса личного сектора; 3 - пидеотскса производственного сектора; 4 - телстекса На рнс.2Л1 представлена серия кривых зависимости " от Д« « цдЯ трафика факса, вндеотскса (индивидуального и производственного) и телетекса, передаваемых в режиме КП, при ценности иызошн для пользователе и, сосшіетствующсґиісличнпе обычного тарифа, т.е. м= К Нарис.2.11 не отражены зависимости для данных (диалог и передача), так как для данных передачи шк = N 31, а для диалоговых данных ПАК- = 28, что приближает их к трафику тслстскса, для которого ш/ґ- = 38,
Построенные зависимости, представленные на рис,2.10 и 2-11, позволяют сделать следующие выводы.
1. Повышенный тариф в режиме КК лучше устанавливать в первую очередь на видсотекс индивидуального сектора, так как он дольше других видов связи занимает ресурсы сети, что особенно ощутимо в период напболынсн нагрузки, и, наоборот, на телетекс лучше не устанавливать повышенный тариф, поскольку среднее время сеанса и так мало.
2. Повышенный тариф в режиме КП лучше всего устанавливать для трафика факса, а на трафик телекса и данных (диалог, передача) такое повышение лучше не распространять.
З- Дліггсльность вызова в режиме КК и среднее число пакетов в режиме КП при повышении тарифа в два раза в период наибольшей нагрузки сокращается на 50%, что в два раза ускоряет освобождение ресурсов в период перегрузки.
Полученные данные дают возможность моделировать поведение абонентов при введении повышенного іар и фа, что необходимо для организации и проведения пміггационньїх экспериментов по исследованию введения АУТ в процесс функционирования КИпС.
Для того, чтобы судить об эффективности функционирования КИнС при АУТ необходимо иметь нскоюрый численный критерии эффективности, который может быть вероятностным, точностным, информационным, стоимостным и др. К критерию эффектишюстн КИнС можно предъявить следующие наиболее общие требования: достаточно наглядный и понятный физический смысл; соответствие решаемым задачам; возможность достаточно простого определения; одинаковый физический смысл при решении всех общих и частных задач и КИнС [42],
Введение АУТ в КИнС предполагает повышение тарифного дохода а сети и общего экономического эффекта Э, который определяется разносшо между тарифным доходом и агрицатсльным социальным эффектом Q из-за потери пользователями возможности передачи части информации:
Разработка алгоритма обслуживания вызовов пользователей в кинс при адаптивном управлении тарификацией
Процесс обслуживания вызовов пользователей в КИнС разбивается на ряд частных задач: поступление вызова в сеть, установление соединения, обслуживание установленного соединения, разъединение. Задачу поступления вызовов в есть назовем задачей ограничения входных потоков. Эта задача может решаться различными способами:
без резервирования средств связи (сброс части поступающих на обслуживание вызовов осуществляется случайным образом,
без учета количества требуемых каналов связи и длительности соединений для данного вида связи - методы просеивания заявок),
с непосредственным резервированием (отказ в обслуживании транзитной нагрузки при превышении фиксированных пороговых значений числа занятых каналов в линиях связи или находящихся на обслуживании вызовов, интенсивности поступающей нагрузки, характеристик потерь и т.д. - методы с резервированием каналов связи (выборочный сброс части поступающих на обслуживание вызовов при превышении пороговых значении функции стоимости, которая определяется аналитически или по результатам статистических измерении параметров качества обслуживания в линиях связи за предыдущий интервал измерений);
локальные методы ограничения нагрузки с обратной связью (раздельное просеивание вызовов для каждой пары узлов сети);
без обратной связи (упрощенная модификация метода прогнозирования потерь);
разовые методы (регулирование параметров ограничения нагрузки и ЛМ по результатам обслуживания каждого очередного вызова па соединение),
групповые методы (регулирование параметров после поступления некоторой группы вызовов);
синхронные (параметры ограничения нагрузки и ЛМ могут изменяться лишь в заданные моменты времени),
асинхронные (коррекция параметров в произвольные моменты времени), ограничение наїрузкн на исходящих и транзитных узлах (для собственной и транзитной нагрузки) Все вышеперечисленные методы ограничения нагрузки не учитывают различную ценность вызовов для пользователей в системе ПолСст, вследствие чего вызовы получают отказ в случайном порядке, без разбора, не зависимо от степени важности и срочности каждого вызова. Для устранения этого недостатка в главе I было предложено использовать метод АУТ для ограничения нагрузки. Тогда алгоритм поступления вызовов пользователей в КИнС можно предложить в следующем виде: определение номера УзОИУ назначения, используя который можно получить информацию из матрицы МОРТкк(кп) о статусе перегрузки на оптимальном .маршруте и, и случае повышенного тарифа, оперативно информировать пользователей о величине действующего на маршруте тарифа. Начало
Исход процесса принятии решения зависит от ценности для пользователя вызова и от величины тарифа. Если абонент принял решение послать вызов, то осуществляется стандартная процедура установления соединения, после чего наступает сеанс связи, средняя длительность которого Тесан также зависит от ценности вызова и величины тарифа. После окончания сеанса связи осуществляется разъединение соединения и освобождение сетевых ресурсов.
Иллюстрация процесса поступлении вызовов пользователей приведена на рис.2Л Обобщенная схема алгоритма обслуживания вызовов пользователей представлена па рнсЗ.6, где DH- величина обычного тарифа. Детализируемые процессы можно описать следующими процедурами, где Т - средняя длительность сеанса связи без АУТ: Процедура 1. ПОСТУПЛЕНИЕ ВЫЗОВА В КИНС Шаг L Поиск в MOPTNyk} и С„ ЕспііС =0,то &dnldn=o Если Cup—7, то hdnldn z 0 для дополнительных видов связи Если CnKj =2, то &dntdn = 0 для всех видов связи Шаг 2. Если Рпос (Zn , bdnldn то обслуживание вызова по повышенному тарифу Если РПер(%п i&dnldn то перепое вызова на период действия обычного тарифа Если PomK(Zn 9 &dntdn}9 т0 отказ абонента от вызова ШагЗ. Конец Процедура 2. Сеанс связи Если Dn = Dn(I+ bdnldn)fTO fсеан;=Т Znc? /(l+bdnldn иначе T сеан:=ТС Т . Таким образом, разработан алгоритм обслуживания вызовов пользователей в КИпС, основанный на использовании метода АУТ и стандартных процедур установления и разъединения соединений. 3.5. Выводы по главе 3 1, Разработан алгоритм измерения и прогнозирования нагрузки и потерь в КИпС, основанный па использовании системы автоматов-счетчиков для измерения и метода экспоненциального сглаживания для прогнозирования Этот алгоритм обеспечивает получение исходных данных для следующего этапа выработки управляющего воздействия - обнаружение перегрузки КСв и УзОИУрассматрнваемон корпоративной информационной сети,
2, Разработан алгоритм обнаружения перегрузки КСв и УзОИУ корпоративной информационной сети в РМВ, основанный на использовании трсхпорогового метода с адаптивно меняющимися порогами в зависимости от ситуации в КИпС и цели адаптации, которая заключается в минимизации потерь вызовов а системе ПолСет, Результатом работы алгоритма являются статусы перегрузки КСв и УзОИУ корпоративной информационной сети, которые являются исходными данными для решения следующей задачи адаптивного управления функционированием КИнС в РМВ - обновление маршрутных таблиц,
Разработка архитектуры имитационной модели аут в b-isdn
Проблеме иміггацпоппого моделирования информационных сетей и сетей связи посвящено достаточно много работ [4, 50, 53, 62, 89, 114]. Задачам данного имитационного исследования эффективности введения АУТ в КИпС, реализующих концепцию B-ISDN, является следующее;
используя результаты аналіггического решения предыдущих задач, а также метод статистического моделирования, требуегся построить имитационную модель процесса функционирования системы ПолСст ("Пользователи - КИнС"), которую конкретизируем для сужения эксперимента в модель "Абоненты - В-ISDN", при АУТ;
провести серию экспериментов с этой моделью с целью получения оценки эффективности работы B-ISDN при введении АУТ.
Для решения этой задачи в нервую очередь необходимо разработать архитектуру и базу данных имитационной модели, которая послужит фундаментом для построения машинной модели обслуживания запросов пользователей КИнС в B-ISDN (базовой модели) и модели формирования, обмена СИ и принятия решений в РМВ по управлению функционировании B-ISDN (адаптивной модели).
Вопросы выбора языка машинной имитации для данного класса сетей рассмотрим в п.4-2, а сейчас основное внимание уделим разработке архитектуры модели.
Необходимо построить архнтсюуру модели для имитации процесса функционирования B-ISDN при адаптивном управлении тарификацией и адаптивном управлении маршрутизацией потоков в КИпС. Архнтскгура такой модели приведена нарис.4.1.
Моделирование АУГ проводим на упрощенной модели магистральной части B-ISDN, что иозполяст получить характеристики, отражающие особенности их поведения. Топологическая структура магистральной части B-ISDN, которая использовалась при имитационном эксперименте, изображена па рнс.4.2. Для предложенной структуры формируются ТМ9 данная операция производігтся в начальный момент (пуска ссги), а также при эволюционном развитии ссги, В момент пуска сети формирование ТМ начинается с некоторого / - го УзОИУ. В каждом УзОИУ хранится матрица Tlbf размером ІУЛЛІ» где N- число УзОИУ и
Топологическая структура магистральной частії B-ISDN сети, М - число истинных ВП из данного УзОИУ (примем Л/ = 3), Для рассматриваемой структуры сети ТМ сформированы и вводятся в модель с помощью системы Mathcad 6.0, которая определяет начальные значения ТМ. Каждый сегмент матрицы определяет количество транзитов до УзОИУ назначения по определенным ВП, каждая из N строк соответствует одному из УзОИУ назначения.
Корректировка ТМ происходит так, как описано виміне п. ЗА. Обращение к ТМ основывается на вычислении номера строки, соответствующего требуемому УзОИУ назначения. ТМ служат фундаментом для построения модели ЛУТ при адаптивной маршрутизации доставки информационных потоков КИиС (в единой ПолСсг).
В процессе обслуживания ячеек (АТМ-технологния) в B-ISDN возникает проблема накопления статистики о числе обслуженных ячеек, потерянных ячеек и т.д. Для этой цели необходимо иметь специальную матрицу, в которую заносились бы результаты измерений в РМВ. Количество строк матрицы с именем ЛВТ соответствует числу КСв в КИнС (KCu = 16). Первый столбец матрицы формируется и начальный момент пуска сегн, так как он опрсдсляег наїрузку каждого КСв (и обоих направлениях, т.к. КСн являются дуплексными) на начало исследования, помер КСв соответствует номеру текущей строки АВТ, матрица A1JT продолжает формирование в процессе функционирования cent и служїіт для накопления СТИ о текущем числе обслуживаемых ячеек па КСв. Второй, третий и четвертый столбцы матрицы АВТ формируются в процессе функционирования сети и обнуляются в процессе обновления информации о сети и служат дня накопления СТИ о числе постулений ячеек на КСв, о числе обслуженных ячеек и о числе потерянных ячеек за период наблюдения, соответственно.
Матрица наблюдений АВТ служит основой для определения матрицы прогнозов PROGN, которая формируется в процессе обновления информации о сети (кроме пятого столбца, который формируется в начальный момент пуска сети п отображает информацию о текущем сішуее нсрсірузки КСв). Число сірок PROGN соответствует количеству строк матрицы АВТ. Столбцы первый, второй, третий и четвертый служат для прогнозирования числа обслуживаемых ячеек на КСв, числа поступивших ячеек на КСн, числа обслуженных ячеек и числа потерянных ячеек на шаг вперед, соответственно. Матрица PROGN является основой для разработки модели АУТ доставки информационных потоков пользователям КИнС Матрица IKS содержит дополнительную информацию о соответствии номеров КСв узлам коммутации в сети, количество строк матрицы соответствует числу КСв в сети, столбцы матрицы IKS служат для определения номера УзОИУ - источника, УзОИУ - назначения и номера соединяющего их КСв.
Матрица порогов POROG формируется в начальный момент пуска модели сети и может корректироваться в процессе обновления информации о сети. Число строк POROG соответствует количеству КСв в КИнС. Матрица имеет три столбца, каждый из которых определяет текущее значение порога для каждого КСв. Матрица POROG служит для определения текущих статусов переірузкнпаКСв.
Матрица BKOR, состоящая нз векторов коррекции ТМ7 заполняется в процессе формирования служебной информации (СИ) на текущих УзОИУ для передачи се соседним УзОИУ- Число сірок матрицы определяется количеству истинных виртуальных путей (ВП) нз данного УзОИУ. Число столбцов соотїістстіїует количеству УзОИУ в cenu Каждый сегмент матрицы DKOR состоит из двух параметров: колнчиству транзитов и статусу перегрузки КСв_ Формнроиание BKOR осуществляется в соответствии с алгоритмом, предложенным в п.3.4.
Матрица SODER служігт для фиксирования текущего содержимого буферов перед каждым КСв, содержит одну строку п 16 столбцов и формируется в процессе функционирования сети.
Матрица 57И!Г предназначена для накопления статистической информации о работе КИнС. В частности она содержит информацию об обслуженных запросах пользователей КИнС в системе ПолСет в целом, когорая затем используется для определения критерия эффективности введення АУТ в B-ISDN.
Таким образом, разработана архитектура имитационной модели процесса обслуживания потоков пользователей КИнС (B-ISDN) и имитационной модели обновления информации о системе ПолСет для принятия решений по управлению механизмом АУТ B-ISDNBPMB.
