3. Порядок выполнения работы

   0. Изучить теоретические положения;

   1. Составить алгоритм и фрагмент программы решения задачи на языке Паскаль

   2. Ответить на контрольные вопросы;

   3. Оформить отчет.

4. Содержание отчета

   0. Номер и название работы;

   1. Цели и задачи работы;

   2. Конспект теоретических сведений;

   3. Ответы на контрольные вопросы;

   4. Результаты и выводы.

4. Контрольные вопросы:

   0. Чем характеризуется пакетная транспортная система?

   1. Какие процессы в узлах коммутации (УК) влияют на вероятностно-временные характеристики (ВВХ)?

   2. Как рассчитываются компоненты вектора ?

   3. Какой вид имеет функция распределения времени пребывания речевого пакета в ПТС?

   4. Какую возможность обеспечивает БКП?

Лабораторная работа №5 гибридная транспортная система

1. Цели и задачи самостоятельной работы:

Ознакомление с гибридной транспортной системой. Ознакомление с критериями качества для оценки эффективности различных методов ГТС. Приобретение навыков расчета вероятностно-временных характеристик разнородного трафика на основе моделей систем ГК.

2. Теоретические сведения.

Гибридная транспортная система (ГТС) ЦСИО характе­ризуется тем, что транспортное соединение для нагрузки, тре­бующей изохронной передачи (речь, факсимиле, телеметрия и т. д.), или нагрузка 1-го класса осуществляется проключением канала передачи, аналогичным режиму виртуальной коммутации каналов. Это приводит к отсутствию соревнова­ния за физический ресурс сети в течение всего времени суще­ствования транспортного соединения. При этом паузы в ре­чевом трафике могут как уплотняться, так и не уплотняться потоком данных. Возможны варианты высокоскоростных ГТС с уплотнением речевых соединений речевыми соединениями, построенными на принципах буферированной TASI. Нагрузка, не требующая изохронной передачи (данные, диалог, файлы и т.д.), или нагрузка 2-го класса в ГТС обслуживается обыч­но в пакетном режиме (с образованием очередей на сетевом уровне).

К наиболее эффективным ГТС относятся системы с по­движной логической (или физической) границей в цикле уплотнения между нагрузкой обоих классов и уплотнением в речевом потоке данными (ГКПП, ГКЗП). Для нагрузки 1-го класса в этих ГТС осуществляется транспортный (про­зрачный по времени) режим работы. В силу того что в транспортных системах исключается образование очередей на сетевом уровне для нагрузки 1-го класса, задержка для этой нагрузки в этих системах постоянна и не зависит от ее величины. Она определяется только скоростью передачи в цифровом тракте.

Основой ГТС служат системы ГК. Наиболее эффективная система ГК — система АК, разработанная в СССР С.И.Самойленко превосходит системы ГКФП, ГКПП и ГКЗП. Наиболее близка по принципам реализации к АК система ГКПП. При ГКПП кадр, передаваемый по трактам сети, со­держит две информационные зоны: коммутации каналов и коммутации пакетов. Порог между этими зонами может сме­щаться в сторону КК, если в данный момент не все позиции зоны КК заняты для соединений в режиме КК. В сторону КП граница смещаться не может, так как в этом случае возможны ситуации полного прекращения передачи пакетов.

При АК возможна передача информации в трех режимах: КП, коммутации каналов высокого приоритета (ККВ) и коммутации каналов низкого приоритета (ККН).

Кадр АК содержит две информационные зоны приоритет­ного заполнения. В зоне КП/ККН высшим приоритетом обла­дает КП, низшим ККН. В этой зоне коммутируемый канал низкого приоритета может быть организован лишь при усло­вии недогрузки в режиме КП. При увеличении нагрузки КП каналы низкого приоритета могут быть разорваны по инициа­тиве перегруженного узла сети или в этих каналах может вестись передача с переменной скоростью, зависящей от ин­тенсивности поступления пакетов.

В зоне ККВ/КП/ККН наивысшим приоритетом обладают ККВ, при отсутствии ККВ позиции этой зоны могут занимать­ся пакетами и при недогрузке в режиме КП каналами низ­кого приоритета.

Граница зон в режиме АК может смещаться вправо и влево. Кроме того, при АК предусматривается возможность заполнения пакетами пауз между сообщениями в ККВ и ККН. Служебная информация по организации и ликвидации ка­налов при АК передается в режиме КП. В кадр включается служебная информация, определяющая границы между па­кетами, передаваемыми в данном кадре, сведения о завер­шенности последнего пакета, содержащегося в кадре, а также информация об изменении состояния передачи в закоммутированных каналах, в частности границы пауз.

Основным критерием для оценки эффективности сравни­ваемых методов при передаче речи считают объем про­пускной способности тракта, требуемый для реализации од­ного речевого канала. Метод коммутации более предпочтите­лен, если для передачи одного речевого канала требуются меньшие затраты пропускной способности тракта.

Избыточная служебная информация при АК включает три компоненты: избыточность, связанная с организацией и ликвидацией коммутируемого канала; служебная информа­ция, используемая для формирования кадров АК, а также служебная информация, определяющая границы пауз в рече­вом канале.

Общий объем полезной и служебной информации, пере­даваемой за одну сессию, определяется так :

, (5.1)

где Т_с — продолжительность речевой сессии; — объем служебной информации, затрачиваемой на организацию и ликвидацию коммутируемого канала в режиме АК; — удельный объем служебной информации в кадрах АК, при­ходящейся на один коммутируемый канал; — среднее число кадров АК в речевой сессии; r_ф — объем служебной информации, необходимый для определения границ одного фрагмента в речевом канале при АК; N_ф — среднее число речевых фрагментов в сессии; — доля пауз между речевы­ми фрагментами.

В каждом кадре АК передается М_АК знаков речевой по­следовательности, содержащих по m_АК битов каждый. Сле­довательно, общее число кадров АК, необходимых для пере­дачи бит речевой последовательности, равно

. (5.2)

Относительная избыточность кадра АК , приходящаяся на речевой канал, составляет

, (5.3)

где — избыточность кадра АК, бит; М_АК — число позиций знаков кадра, относящихся к одному речевому каналу; L_АК — общее число информационных позиций кадра.

Среднее число фрагментов речи за время сессии может быть определено из условия

(5.4)

Тогда требуемый объем пропускной способности тракта для передачи речевого сообщения при АК равен

, (5.5)

где l_AK — длина информационной части кадра АК, бит.

Для передачи речевого сообщения при ГКФП и ГКПП объем пропускной способности тракта определяется так:

, (5.6)

,

где — объем избыточности в кадрах ГКФП и ГКПП; — число информационных битов в кадрах ГКФП и ГКПП; - объем служебной информации, связанной с организацией и ликвидацией сессий при ГКФП и ГКПП соответственно.

Для более детального исследования систем ГК исполь­зуют методы теории массового обслуживания. Системы ГК формализуют системами массового обслуживания.

Наиболее распространенной в литературе мо­делью, описывающей системы ГК, является следующая мо­дель СМО.

Имеется линейное обслуживающее устройство (N + S), на которое поступают два простейших потока заявок.

Первый — поток телефонных вызовов или сообщений имеет интенсивность и среднее время обслуживания одно­го вызова . Второй — поток пакетов данных, имеет интен­сивность и среднее время обслуживания пакета . Заяв­ки первого потока могут обслуживаться только на приборах с номерами с 1-го по N-й, заявки второго — на приборах с но­мерами с (N+1)-го по (N+S)-й при ГКФП, а при ГКПП так же на приборах с номерами с 1-го по N-й, не занятых в дан­ный момент обслуживанием заявок первого потока. В случае ГКЗП к двум возможным состояниям временного канала в режиме КК (отсутствие или наличие соединения) добавля­ется третье состояние — паузы при наличии соединения. За­явки первого потока обслуживаются по системе с отказами, заявки второго — по системе с ожиданием.

На практике, как правило, , поэтому с большой степенью точности решение задачи нахождения вероятности потери заявки первого типа дает В-формула Эрланга для вероятности блокировки СМО типа M/M/N/O.

Для анализа систем ГК используют как точные — числен­ные методы расчета, так и приближенные. Мно­гочисленные примеры ГТС и возможные методы расчета их характеристик можно найти в работе, а также в обзоре.

Приближенные методы расчета позволяют получить каче­ственные характеристики множества возможных конфигура­ций ЦСИО с ГК, необходимые для сравнения и принятия ре­шения при проектировании. В качестве примера приведем приближенный метод расчета среднего времени пребывания пакета в системе ГКФП, ГКПП и ГКЗП. Процесс об­служивания пакетов рассматривается в моменты времени, соответствующие началу временного сегмента. Пакеты дан­ных поступают на однолинейное обслуживающее устройство, которое включено с вероятностью и выключено с вероят­ностью . Если обслуживающее устройство выключено, пакеты ставятся в очередь. Значение вероятности зависит от i-го способа ГК. Среднее время пребывания пакета в сис­теме определяется так:

(5.7.)

где ,

,

,

I — число канальных интервалов, необходимых для передачи одного пакета; — доза пауз при передаче телефонного со­общения; [х] — большее целое х; t — время передачи па­кета.

Адекватной моделью систем с ГК и АК являются СМО, функционирующие в случайной среде. Рас­смотрим одну [47] из интересных моделей ГК, отличающихся строгостью исследования.

Имеется случайный процесс , принимающий значения в множестве {0, 1, ..., п}. Имеется также однолинейная СМО с ожиданием, функционирование которой зависит от состоя­ний процесса следующим образом. Во время нахождения процесса в состоянии i в СМО поступает поток требований с экспоненциальным (с параметром ) распределением ин­тервалов между моментами поступления. Поступающие тре­бования (пакеты) имеют длину с распределением B_i(t). Об­служивание требований ведется со скоростью . Интересующими нас характеристиками являются распреде­ления суммарной длины требований в СМО и виртуального времени ожидания, в частности первые моменты этих распре­делений.

Под состоянием i процесса понимаем наличие в кадре (предполагается, что рассматривается принцип ипмпульсно-кодовой модуляции с временным уплотнением) п-i свобод­ных окон, отведенных для передачи речи (речью будем назы­вать все виды информации, передаваемой в сети в режиме КК). При ГК окно считаем свободным, если соответствую­щий логический канал не занят обслуживанием разговора, при АК — если логический канал не занят разговором или занят, но в данный момент идет пауза в разговоре. Если счи­тать, что в кадре п окон отдано для передачи речи, т — для передачи данных, в одном окне может быть передано R еди­ниц длины данных, и что граница в кадре может смещаться только в пользу данных, то при наличии п-i свободных рече­вых окон имеем

. (5.8)

В состоянии i процесс находится в течение времени, имеющего показательное распределение с параметром , после чего с вероятностью P_l он переходит в состояние l, .

Для СМО описанного вида получим следующий резуль­тат. Пусть W^*(t )—суммарная длина требований в системе в момент t, тогда

, (5.9)

так как F(l, x) — стационарное совместное распределение процессов и W^*(t), Ф(1, s )—его преобразование Лапла­са—Стилтьеса. Функция Ф(1, s) определяется следующим образом:

, (5.10)

где ,

.

Величины F(I, +0) находятся из системы линейных алгеб­раических уравнений:

,

, (5.11)

где ,

, ,

,

где - корни уравнения в области Re s>0, и . Средняя суммарная длина L^(l) требований в системе при условии, что в данный момент среда находится в состоянии l, равна

, (5.12)

.

Рассмотренные модели систем ГК могут быть использова­ны для расчета вероятностно-временных характеристик раз­нородного трафика и далее в задачах оптимизации структуры ЦСИО.