Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Системный анализ, управление и обработка информации

Диссертационная работа:

Широков Владимир Леонидович. Разработка моделей и методов для оценки и выбора параметров мультисервисных систем обмена информацией : Дис. ... канд. техн. наук : 05.13.13 Москва, 2006 229 с. РГБ ОД, 61:06-5/3537

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ВВЕДЕНИЕ 4

Глава 1. АНАЛИЗ МЕТОДОВ ОЦЕНКИ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ
СИСТЕМ ОБМЕНА ИНФОРМАЦИЕЙ 13

  1. Общая характеристика показателей эффективности систем пакетной коммутации на физическом и канальном уровне 13

  2. Параметры производительности систем обмена информацией на физическом и канальном уровнях 21

  3. Общая характеристика свойств разнородного трафика и реальные

оценки производительности систем обмена информацией 29

Выводы по первой главе 45

Глава 2. РАЗРАБОТКА МОДЕЛЕЙ И МЕТОДОВ ДЛЯ ОЦЕНКИ
ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ МСОИ 47

  1. Особенности МСОИ, проблемы и задачи, решаемые в процессе создания и модернизации систем класса МСОИ 47

  2. Описание структурных характеристик исследуемого объекта, элементов, узлов, моделей и параметров нагрузки МСОИ 55

  3. Расчетные соотношения модели производительности МСОИ 69

Выводы по второй главе 88

Глава 3. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ РАСЧЕТА, АНАЛИЗА И ОЦЕНКИ
ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ МСОИ 90

  1. Постановка задачи расчета параметров производительности и выбора пропускной способности каналов МСОИ 90

  2. Технология получения, обработки и анализа исходных данных

для расчета параметров производительности МСОИ 96

3.3. Алгоритмы расчета параметров производительности и оценки

стоимости базовой станции МСОИ 109

Выводы по третьей главе 121

Глава 4. ОЦЕНКА ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ, СИСТЕМНАЯ И
СТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ЭФФФЕКТИВНЫХ МСОИ 123

  1. Системная организация, структура и примеры построения беспроводных сетей MMDS класса МСОИ 124

  2. Подзадачи оценки параметров каналов, структуры базовой станции

и измерение производительности ОУ МСОИ 132

  1. Расчет параметров производительности МСОИ с выделенными и совмещенными каналами и балансировка нагрузки 143

  2. Выбор вариантов структуры и оценка стоимости базовой станции

системы класса МСОИ 155

Выводы по четвертой главе 160

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 161

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 163

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ И ТЕЗИСОВ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ 174

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ СОКРАЩЕНИЙ 177

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЙ ИНТЕНСИВНОСТИ

ОБРАБОТКИ ТРАФИКА БАЗОВЫМИ УЗЛАМИ МСОИ 187

ПРИЛОЖЕНИЕ 3. РАСЧЕТЫ ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМ MMDS, СТРУКТУРА

БАЗОВЫХ СТАНЦИЙ, СХЕМЫ ПОДКЛЮЧЕНИЯ АБОНЕНТОВ 196

ПРИЛОЖЕНИЕ 4. АКТЫ О ВНЕДРЕНИИ 212

Введение к работе:

Одним из ключевых факторов ускоренного развития современного общества является технологический прогресс в области цифровых телекоммуникационных систем и компьютерных сетей.

Как отмечалось в [1], «Растущая производительность микропроцессоров, появление мощных сигнальных процессоров, создание высокоэффективных методов компрессии и транспортировки информации - это только часть списка технологических инноваций, ведущих к ускорению развития сетевых технологий, к увеличению числа услуг связи и снижению их стоимости».

Наиболее общую форму оценки впечатляющего прогресса в области микроэлектроники дает лозунг компании Intel, что «Компьютер (микропроцессор) - это средство связи», который привел к браку телекоммуникаций и компьютеров. Этому браку способствовал также закон Мура [1, 2], что «Производительность интегральных схем, измеряемая количеством операций в секунду, и объемом памяти, размещаемой на единице площади, удваиваются каждые 18 месяцев, а стоимость микросхем при этом уменьшается на 50 %».

Очень точно роль информационных технологий (ИТ) в развитии нашего общества подмечена главным исполнительным директором фирмы Intel Крей-гом Барретом во время его последнего визита в нашу страну (17-18 июня 2004 года), что «ИТ, наряду с огромными сырьевыми и большими интеллектуальными ресурсами, должны стать еще одним ресурсом России» [3].

ИТ, по словам главы Intel, становятся одним из основных средств обеспечения конкурентоспособности компаний, регионов и стран! Многие правительства начинают это понимать. В мире нет ни одной крупной компании, которая не понимала бы, что современные ИТ являются инструментом опережающего роста бизнеса, внутреннего валового продукта, сохранения устойчивости их развития. Это справедливо не только для крупного бизнеса, но и для отдельных регионов, стран и континентов.

«Параметры развития инфраструктуры страны и эффективность ее трудовых ресурсов - вещи взаимосвязанные, - утверждает Крейг Баррет. - Сегодня на одного работника в России приходится валового продукта на 20 тысяч долларов в год, а в США - на 80 тысяч долларов. Это прямое следствие развития инфраструктуры».

В тезисах Президента России В.В.Путина о развитии ИТ содержатся следующие ключевые положения [126]:

  1. Необходимо увеличение вклада ИТ в ВВП России.

  2. Необходимо обеспечение равного доступа всех граждан к ИТ.

  3. Все школы должны быть обеспечены ... доступом в Интернет (к концу 2008 года...).

  4. Радиочастотный спектр для гражданских нужд может быть расширен за счет военных.

  5. Необходимо повысить уровень информатизации органов государственного и муниципального управления.

В Послании Президента 2005 года также выделяются направления государственной политики в развитии средств массовых коммуникаций:

сохранение и развитие единого информационного пространства;

совершенствование системы образования;

законодательное обеспечение данного направления государственной политики;

интеграция России в мировое информационное пространство.

В настоящее время Интернет сообщество находится на пороге качественного скачка в направлении полноценных мультисервисных приложений, то есть услуг "triple play" (данные, голос, видео). Эти услуги, наряду с высокоскоростным доступом в Интернет и передачей цифровых данных, включают необходимость высококачественной передачи трафика цифровой телефонии, радио, телевидения, причем не только в корпоративных или локальных сетях, но и в региональных сетях обмена информацией.

Существенно расширить и ускорить реализацию доступа широких слоев населения России к сети Интернет, к услугам телефонии, цифровому телерадиовещанию при одновременном снижении стоимости подключения, позволяют беспроводные (Wireless) и смешанные широкополосные технологии городского и регионального MAN (Metropolitan Area Network) уровня.

Сеть Интернет Российской Федерации является одним из самых быстрорастущих сегментов WWW. Ее развитие, количество и качество предоставляемых ею услуг имеют важнейшее значение для развития экономики и социальной сферы. Число пользователей Интернет в РФ составляет уже около 20%, в крупных городах достигает 40%, но в «глубинке» составляет несколько процентов. И этот разрыв сохраняется, т.к. без телефонизации регионов и без преодоления ограничений «последней мили» доступ к ИТ ресурсам невозможен.

Мультисервисные системы обмена информацией (МСОИ) ориентированы на передачу цифровых данных, аудио и видео информации и должны обеспечивать подключение большого числа пользователей, обслуживаемых с более высоким качеством (КО), чем в традиционных системах передачи данных (СПД). Под КО здесь понимается полезная гарантированная или лимитированная скорость обслуживания сообщений.

В связи с огромными территориями узким местом отечественной СПД в регионах остается именно «последняя миля», точнее ее «протяженность», а также ограничения, связанные с преодолением естественных препятствий, рас-средоточенность и низкая плотность населения при общем большом числе абонентов. Следовательно, необходимо создание МСОИ, которые эффективны, быстро развертываются, охватывают большие территории, имеют большую емкость и обеспечивают решение ограничений проблемы «последней мили» в РФ.

Разработка и реализация МСОИ в нашей стране позволит сделать вклад в решение проблемы создания единого информационного пространства и среды обмена трафиком, обеспечения равного доступа всех граждан к мультисервис-ным возможностям ИТ.

Применение технологий - это один из путей решения указанной проблемы, который относится к стадии рабочего функционирования системы. Дополнительно на стадии создания или модернизации систем необходим учет предполагаемой нагрузки, предварительный расчет и анализ производительности базовой станции (БС) МСОИ, обоснование эффективности принимаемых технических решений.

На практике решение проблемы КО при передаче трафика через МСОИ основывалось на прямом добавлении ресурсов (дополнительных каналов, узлов, элементов). Однако создание МСОИ должно обосновываться расчетами, сопровождаться оценкой производительности и выбором параметров базовой станции (БС) МСОИ с определением и обоснованием ее эффективности. Для создания эффективных БС МСОИ необходима оценка и обоснованный выбор параметров каналов с учетом видов услуг и кодеков, используемых для передачи голосовой и видео информации, обеспечения КО передаваемого трафика.

Выбор параметров необходим в сочетании с оценкой вариантов структуры БС по стоимости и производительности, т.е. по эффективности МСОИ.

Значительный вклад в разработку моделей и методов оценки производительности коммуникационных систем и компьютерных сетей внесли отечественные ученые Л.И.Абросимов, В.М.Вишневский, Г.П.Захаров, В.П.Климанов, а также ряд западных исследователей: Б.Байцер (B.Beizer), К.Вейцман (C.Weitzman), Л.Клейнрок (L.Kleinrok), Ф.Куо (F.Kuo), В.Столлингс (W.Stallings), Э.Таненбаум (A.Tanenbaum), Д.Феррари (D.Ferrari), Д.Флинт (D.Flint) и др.

Задачи, которые решаются в этих работах, связаны, в основном, с рассмотрением ограничений глобальных, корпоративных и локальных сетей обработки данных, с исследованием и анализом вычислительных систем и сетей.

Таким образом, тематика проводимых в диссертации исследований, обеспечивающих разработку моделей и методов для оценки и выбора параметров каналов МСОИ является актуальной.

Объектом исследования в работе являются региональные МСОИ, которые охватывают большую территорию (тысячи квадратных км), обеспечивая высокую емкость за счет одновременной пакетной передачи цифровых данных, голоса и видео многим тысячам абонентов. Такие многофункциональные системы предоставляют несколько видов мультисервисных услуг, а именно: высокоскоростную передачу цифровых данных, доступ в Интернет, услуги цифровой телефонии, живое видео/аудио вещание в реальном масштабе времени (РМВ).

Предметом исследования работы являются анализ и оценка параметров производительности создаваемых и модернизируемых БС МСОИ.

Цель работы заключается в создании моделей и методов для исследования, расчета, оценки и анализа параметров производительности МСОИ, которые позволяют выполнять аналитический расчет параметров и анализ нагрузочных возможностей каналов БС МСОИ при передаче комплексного РМВ трафика в режиме рабочего функционирования системы. Достижение поставленной цели, ориентированной на ускоренное развертывание эффективных систем класса МСОИ, ведет к решению проблемы создания единой транспортной среды для обмена мультисервисной информацией в РФ, стирания информационного неравенства центра и регионов, равного доступа всех граждан к ИТ.

Для достижения поставленной цели в диссертации сформулированы следующие основные задачи:

исследовать организацию и функционирование МСОИ и разработать ее функциональную модель;

проанализировать параметры, влияющие на производительность МСОИ и разработать систему расчетных соотношений, составляющих ее математическую модель;

разработать методику обоснованного выбора параметров МСОИ на основе функциональной и математической модели.

Методы исследования. При выполнении работы и для решения поставленных задач использовались методы теории информации, теории множеств, теории графов, метод контуров, методы теории систем и сетей массового обслуживания, математические методы, информационные технологии, программное обеспечение, стандарты компьютерных сетей и коммуникационных систем.

Научная новизна.

Функциональная модель МСОИ, разработанная на основе формализованного описания объекта.

Математическая модель, включающая расчетные соотношения сложных взаимосвязей параметров МСОИ.

Алгоритмы для расчета параметров нагрузки и производительности МСОИ.

Методика получения исходных данных, оценки, анализа и выбора пропускных способностей, параметров и структуры направленных каналов эффективной базовой станции (БС) МСОИ.

Достоверность результатов. Достоверность полученных результатов работы подтверждается опытом практического применения методики, методов получения и расчета параметров производительности МСОИ при создании новых мультисервисных систем, модернизации существующих СПД, опытом успешного бесперебойного функционирования разработанных МСОИ.

Практическая ценность. Представленные в диссертации результаты положены в основу инженерной методики, ее программной реализации для расчета, анализа параметров производительности МСОИ и могут быть использованы для:

формулирования требований, которым должна удовлетворять МСОИ;

расчета сбалансированной нагрузки и обоснованного выбора параметров каналов БС МСОИ;

выполнения технико-экономических обоснований создания новых, модернизации существующих СПД определенной структуры в систему класса МСОИ;

построения эффективных систем класса МСОИ уровня региона, охватывающего до нескольких тысяч пользователей-абонентов, обслуживаемых на базе кабельного, беспроводного или смешанного, эфирно-кабельного способа доступа;

создания на базе типовых элементов, каналов и узлов БС новых региональных МСОИ для высокоскоростного обмена данными, доступа в Интернет, реализации телефонных услуг, видео/аудио трансляции, передачи транзакций, распределенной обработки данных, сбора телеметрии, наблюдения за объектами, организация корпоративной связи, в том числе в интересах образовательных, лечебных, муниципальных и государственных организаций;

обеспечение на базе созданных МСОИ массовых универсальных услуг, организации электронного региона, обеспечения равного доступа всех граждан к возможностям ИТ.

Апробация работы. Основные результаты и положения диссертации докладывались и обсуждались на 10 научно-практических отечественных и международных конференциях и симпозиумах. С использованием разработанной методики рассчитаны и обоснованы параметры каналов, спроектированы и функционируют 13 системы класса МСОИ, в том числе 11 региональных беспроводных мультисервисных систем MMDS и 2 кабельные мультисервисные HFC в масштабе среднего города.

Публикации. Основные результаты, полученные при выполнении диссертационной работы, опубликованы в 20 печатных работах, в том числе получено три авторских свидетельства на изобретения.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложений. Основная часть, без учета приложений, изложена на 169 страницах машинописного текста, включая список использованной литературы из 127 наименований, размещенный на 5 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Основная часть диссертации состоит из введения, четырех глав, заключения и четырех приложений.

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы и поставлены цели, обозначены решаемые проблемы и задачи. Приведено краткое содержание диссертации по главам.

В первой главе дано определение исследуемого объекта - мультисервис-ной системы обмена информацией (МСОИ). Выполнен анализ используемых моделей и методов оценки производительности цифровых систем пакетной коммутации. Проанализированы параметры производительности систем обмена трафиком на разных уровнях взаимодействия открытых систем согласно модели OSI и стека протоколов TCP/IP с учетом свойств разнородных сообщений. Дана общая характеристика традиционной оценки производительности телекоммуникационных систем и компьютерных сетей.

Во второй главе рассмотрены структурные и функциональные характеристики исследуемого объекта. Определены элементы и базовые узлы МСОИ. Рассмотрены контуры сообщений различных видов трафика и параметры нагрузки. Предложена математическая модель функционирования МСОИ. Разработаны расчетные соотношения, составляющие математическую модель, которые необходимы для расчета реальной нагрузки, оценки фактической пропускной способности каналов и параметров производительности МСОИ.

В третьей главе излагается методика расчета функциональных параметров производительности, выбора пропускной способности направленных каналов МСОИ в зависимости от балансировки расчетной нагрузки в каналах. Предложена и описана технология получения, обработки и анализа исходных данных (ИД), необходимых для расчета параметров производительности. Разработаны алгоритмы методики расчета параметров каналов и оценки стоимости базовых станций (БС) систем класса МСОИ.

В четвертой главе представлены результаты практической реализации методики для системной организации реализованных МСОИ. На конкретных примерах построенных беспроводных многоканальных многоточечных распределительных систем MMDS (Multichannel Multipoint Distribution Systems) класса МСОИ демонстрируется применение разработанной методики в процессе проектирования систем, которые используют выделенные и совмещенные каналы. Приводятся результаты решения подзадач оценки, генерации вариантов структуры базовой станции, измерения производительности базовых обслуживающих узлов и каналов МСОИ. Дается выбор вариантов и стоимостная оценка структуры головного узла системы класса МСОИ.

В заключении приводятся основные результаты проведенных исследований и вытекающие из них выводы.

Исследуемый объект класса МСОИ характеризуется следующими основными особенностями:

многофункциональность и мультисервисность;

количество терминальных устройств измеряется тысячами;

распределенность объединяемых пользователей на большой территории, измеряемой десятками километров («длинная последняя миля»).

В результате проведенных исследований МСОИ разработаны:

  1. функциональная и математическая модели МСОИ;

  2. методы и методика оценки производительности МСОИ;

  3. алгоритмы, которые реализуют методику оценки производительности МСОИ, реально имеющей большую размерность.

Подобные работы
Николаев Александр Васильевич
Разработка методов описания районов океана по гидроакустической информации для задач прогнозирования промысла на основе логических моделей диагностики
Антамошкин Олеслав Александрович
Многоатрибутивные методы принятия решений при многоуровневом проектировании бортовых систем обмена информацией
Панов Василий Павлович
Разработка и исследование алгоритмов обмена информацией между оконечными установками пакетного и знакового типов
Чумаченко Павел Юрьевич
Исследование и разработка моделей и алгоритмов прогнозирования и обработки информации для распределенных систем управления опережающими логистическими потоками
Сорокина Марина Игоревна
Разработка моделей, методов и средств решения комплекса задач управления персоналом
Готовский Михаил Юрьевич
Разработка методов, моделей и алгоритмов адаптивной обработки низкоинтенсивных электрических сигналов для биорезонансной терапии
Ходеев Денис Владимирович
Разработка методов, моделей и алгоритмов прогнозирования и донозологической диагностики кожных болезней, имеющих представительство на проекционных зонах, с использованием нечеткой логики принятия решений и рефлексодиагностики [Электронный ресурс]
Хакимов Муфтах Хамидович
Исследование и разработка моделей и методов проектирования в проблемно-ориентированных диалоговых системах (на примере вертикальной планировки)
Миронов Александр Сергеевич
Исследование и разработка моделей и методов анализа и синтеза модульных систем обработки данных
Райнова Ольга Дмитриевна
Разработка моделей и методов повышения эффективности функционирования системы образовательных Интернет-порталов

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net