Министерство образования и науки РФ

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

«Тульский государственный университет»

Кафедра «Автоматизированные информационные и управляющие системы»

Сборник методических указаний к лабораторным работам

по дисциплине

ЦИФРОВЫЕ СИСТЕМЫ ИНТЕГРАЛЬНОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ

Специальность: 080801 Прикладная информатика (в экономике)

Форма обучения очная

Тула 2010 г.

Методические указания к лабораторным работам составлены профессором К.М. Щепакиным и обсуждены на заседании кафедры АИУС факультета ЭиП

протокол № от “ ” 2010 г.

Зав. кафедрой __________________ Фатуев В.А.

Методические указания к лабораторным работам пересмотрены и утверждены на заседании кафедры АИУС факультета ЭиП

протокол №___ от “___”_______________2010 г.

Зав. кафедрой __________________ Фатуев В.А.

Лабораторная работа №1 оценка эффективности цсио

1. Цели и задачи самостоятельной работы:

Ознакомление с функциями и системой параметров, описывающих ЦСИО. Ознакомление с показателями технико-экономической эффективности ЦСИО. Приобретение навыков расчета эффективности ЦСИО.

2. Теоретические сведения.

Деятельность по созданию новых образцов техники связи и технологии их проектирования упирается в наличие соответствующего математического, алгоритмического и программного обеспечения САПР ЦСИО. Использование средств САПР позволяет на различных стадиях проектирования провести проработку структуры сети, выбрать предпочтительные протоколы передачи и управления, найти оптимальные значения структурных и технико-экономических показателей, параметров алгоритмов функционирования ЦСИО.

ЦСИО представлена некоторой многофункциональной системой, в которой выделяется главная системовыделяющая функция (доставки информации) и набор составляющих ее подфункций. К последним относятся: функции коммутации, маршрутизации, повышения достоверности, обеспечения надежности, устранения отклонений фактического состояния элементов от расчетного и т. п.

Поскольку в реальной сети эти процессы протекают параллельно и взаимосвязано, ЦСИО следует рассматривать как некоторую кибернетическую систему, состоящую из управляемой и управляющей подсистем. Управляемой является подсистема доставки, параметры которой (пропускная способность, верность, надежность) изменяются во времени. Управляющей подсистемой в кибернетическом смысле является совокупность датчиков, средств обработки информации, контроля и регулирования работы управляемой подсистемы. Цель управления состоит в преобразовании исходной информации о состоянии связности сети, надежности направлений связи, загрузки оборудования и т. п. в управляющую (командную) информацию и последующий перевод управляемой подсистемы в соответствующее состояние. К управляющей информации относятся обновленные маршрутные таблицы и пороговые значения трафика, команды на введение резерва, вызов ремонтной бригады и т. п. Если исходить из теоретических позиций, то управлять можно любым сетевым параметром ЦСИО (группой параметров), например маршрутами, структурой, темпом ввода информации, надежностью оборудования и т. п.

Для системы управления (СУ) неинтегрированных сетей связи выделяют:

• систему технического обслуживания (ТО), предназначенную для управления надежностью сетевого оборудования, проходимого как специальными программными средствами, так и с помощью ремонтного персонала центров ТО (ЦТО);

• систему динамического управления маршрутами и потоками, реализуемую программными средствами УК и включающую как частный случай способы статического управления;

• систему административного управления, локализованную в автономных центрах управления сетью (ЦУС) и предназначенную для управления структурой, исчисления платы и выполнения других сервисных функций.

В ЦСИО интеграция охватывает не только процессы коммутации и передачи информации, интеграцию УК и средств управления ими, но и интеграцию служб эксплуатации. Компонентом системы управления ЦСИО является сетевой центр администрирования, управления и эксплуатации, в состав которого входят рабочие станции дисплейного типа, элементы имитации и контроля, тестовые устройства и разнообразные интерфейсы.

В целом проектирование ЦСИО и ее подсистем рассматривается как процесс преобразования постановки задачи (исходных данных, ограничений и целевых требований) в систему описаний будущего проекта.

Подсистема доставки информации в ЦСИО рассматривается с учетом влияния трех контуров управления системы администрирования, управления и эксплуатации (САУЭ) (рис. 1.1).

Описание любой системы и условий ее функционирования характеризуется определенной совокупностью параметров, причем на разных этапах анализа и оптимизации требуются различные способы описания. Основой классификации являются группы параметров (параметрические базисы)

Рис. 1.1. Кибернетическая модель ЦСИО: 1 — контур управления надежностью; 2 — контур управления внутренним потоком; 3 — контур управления внешним потоком

Для произвольной системы выделим базисы внешних и внутренних параметров (рис. 1.2). Внешние параметры в свою очередь разбиваются на два класса — входные и выходные.

В зависимости от степени комплексности и степени детализации выходные параметры подразделяются на интегральные и дифференциальные. Кроме того, в зависимости от цели операции среди выходов могут быть выделены: переменные — критерии, максимизируемые или минимизируемые в процессе оптимизации, переменные — лимиттеры, на которые накладываются ограничения. Внутренние переменные применительно к задаче оптимизации разбиваются на две группы — управляемые и неуправляемые. Первые — модельные параметры, непосредственно влияя на которые алгоритм осуществляет оп химизацию, вторые — различные производные от управляемых, которые могут быть как контролируемыми, так и неконтролируемыми. На переменные этого базиса также могут накладываться ограничения.

Компактность избранной классификационной схемы параметров явилась результатом использования различных схем при разработке прикладных вычислительных программ.

Рис. 1.2. Классификация сетевых параметров

В табл. 1 приводятся наиболее распространенные представители параметрических базисов используемой системы классификации применительно к подсистеме доставки сети связи. Вышеприведенные рассуждения в полной мере применимы и для параметров САУЭ. Однако при совместном рассмотрении основной и вспомогательных подсистем последняя теряет свойства самостоятельности, поскольку ее выходные показатели становятся входными данными подсистемы доставки.

Известны более подробные системы классификации, различающие функциональные и стоимостные, доминирующие и недоминирующие, качественные и количественные, повышающие и понижающие, скалярные и векторные, непосредственные и системные параметры.

Однако изменение постановки задачи сопровождается подчас переводом параметра в другой параметрический базис и излишне подробная детализация свойств может мало что дать при построении гибких программных средств САПР многоцелевого назначения.

Остановимся на конкретизации показателей технико-экономической эффективности ЦСИО. Под технической эффективностью принято понимать степень достижения поставленных целей или степень использования выделенных ресурсов. Будем исходить из следующих предпосылок: ЦСИО представляется взаимосвязанным комплексом подсистем доставки информации и САУЭ (главной является подсистема доставки информации, а САУЭ лишь обеспечивает ее функционирование), последняя в свою очередь распадается на подсистемы ТО, динамического и административного управления.

Система технико-экономических показателей ЦСИО иерархична, главными в ней оказываются выходные параметры подсистемы доставки — показатели качества обслуживания пользователей ЦСИО; конкретный вид показателей технико-экономической эффективности ЦСИО и их соподчиненность между собой определяются целевой постановкой задачи, выбранной стратегией проектирования и имеющимися в распоряжении проектировщика сетевыми моделями.

Показатели качества обслуживания пользователей ЦСИО находятся в прямой зависимости от показателей качества средств связи (производительности, мощности, скорости, пропускной способности, верности, надежности, долговечности и т. п.).

В планово-проектной практике для оценки экономической эффективности новой техники используют как общую (абсолютную), так и сравнительную эффективность вложений.

Общая эффективность отражает соотношение затрат (в производстве), дохода или прибыли на 1 р. вложений, а сравнительная — относительную экономию затрат, полученную с 1 р. вложений при реализации наилучшего варианта новой техники по сравнению с базовым образцом. Показатели общей эффективности используются для технико-экономического анализа исходных вариантов, оценки реализуемости наилучшего варианта технического решения. К этой группе показателей относятся показатели:

прибыли получаемый от внедрения системы;

(1.1)

где э — средний положительный эффект (доход) в единицу времени,

срока окупаемости затрат

(1.2 )

где W_K — значение капитальных затрат; Д— средний доход; Wэ — эксплуатационные расходы.

Показатели Д и Wэ вычисляются на момент начала эксплуатации.

В отличие от показателей абсолютной эффективности, используемых при определении того, что надо делать, показатели сравнительной эффективности показывают, как делать. Представителем этой группы показателей являются приведенные затраты, однозначно связанные с капитальными затратами Wk и эксплуатационными расходами Wэ:

(1.3)

где Ен — нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений, Ен=0,15.

Формула (1.3) пригодна для оценки затрат как подсистемы доставки ЦСИО, так и САУЭ.

Расчет экономической эффективности по «точечным», не зависящим от срока службы t_c критериям, принято проводить в два этапа, сначала по критериям сравнительной, а затем абсолютной эффективности. На первом этапе отбирается серия проектов ЦСИО, наилучших с точки зрения народнохозяйственной эффективности. На втором проводится дополнительная оценка потребительских эффектов новой техники — экономичности проектов, требуемых ресурсов. На основании расчетов второго этапа принимается решение о правильности сделанного выбора, либо о расширении исходного набора альтернатив и проведении еще одного цикла расчетов.

За рубежом принята концепция проектирования систем в соответствии с затратами на протяжении жизненного цикла изделия. Представителем этого класса экономических показателей являются полные затраты

(1.4)

где С — стоимость системы; w_э — эксплуатационные расходы в единицу времени; э_о — среднее значение показателя э для идеальных условий.

В качестве идеальной системы может быть выбран вариант, характеризующийся безотказным оборудованием, отсутствием задержек в обслуживании со стороны подсистем технического обслуживания, мгновенной выработкой управляющих воздействий СУ.

В силу экономической неравнозначности разновременных затрат (дохода) принято проводить дисконтирование. Для этого используется формула сложных процентов

s_i = s_o(l +E_н)^l, (1.5)

где s₀ — затраты в начальный момент времени; S_i; — затраты на конец i-moго года.

Важными экономическими показателями являются также трудоемкость и технологичность в изготовлении, годовой экономический эффект, тарификация.

К техническим показателям ЦСИО, объединяемым в триаду «скорость, точность, надежность», относятся: производительность, доступность, пропускная способность, степень удовлетворения информационной потребности, отказоустойчивость, живучесть, готовность, вероятностно-временные характеристики (ВВХ) процесса доставки информации, остаточный коэффициент необнаруженных ошибок.

Все большее значение как на стадии производства, так и эксплуатации техники ЦСИО начинают приобретать показатели ресурсосбережения, эргономики, эстетики, безопасности, стандартизации, совместимости ЦСИО в общей инфраструктуре связи, конкурентоспособности на мировом рынке, защиты от несанкционированного доступа.

При технико-экономическом обосновании в результате построения ЦСИО необходимо учитывать то, что оптимально изготовленная техника может оказаться далеко не оптимальной при эксплуатации. Для этого оцениваются следующие характеристики оборудования с учетом влияния процедур ТО

• вероятность исправной работы, ее математическое ожидание и дисперсия;

• вероятность своевременного завершения технического и ремонтного обслуживания;

• коэффициенты готовности, простоя и среднего времени простоя на ремонте, профилактическом обслуживании;

• вероятность своевременного выполнения задания и т. п.

Эффективность функционирования САУЭ может оцениваться в соответствии c:

(1.6)

где z — количество решаемых задач управления; p_v — частота поступления у-н задачи в САУЭ; Ту – математическое ожидание времени решения задачи; Т_Пγ — непроизводительные затраты времени (различного рода ожидания).

Оперативность управления О_и характеризуется вероятностью того, что данная задача будет решена за время, не превышающее заданное T_z;

(1.7)

Показатель (1.7) определяет быстроту реагирования САУЭ на изменение ситуации.

Непроизводительные затраты времени

(1.8)

где М— математическое ожидание длины очереди (в числе задач либо в числе УК, ожидающих ремонта); λ— интенсивность поступления задач в СУ.

Другими трудноформализуемыми, а поэтому реже используемыми в практике структурно-сетевого проектирования, показателями являются:

• вероятность того, что ситуация, нуждающаяся в управляющем воздействии, будет обнаружена:

• стабильность, определяемая вероятностью того, что при увеличении интенсивности входящего потока заявок в α раз система будет функционировать с показателями не ниже заданных;

• набор распределений t-минутных потерь;

• распределение телефонных потерь во времени, когда для каждого значения величины потерь р в течение времени Т фиксируется суммарная длительность частичных интервалов, на которых телефонные потери больше или равны ;

• набор -процентных квантилей телефонных потерь, где для каждого значения доверительной вероятности β берется такое значение р, при котором вероятность того, что средняя t-минутная величина потерь будет меньше р, равна β.

Некоторые из приведенных показателей будут конкретизироваться ниже при описании соответствующих математических моделей, формализация других составит предмет дальнейших исследований.