Ознакомление с макромоделью сети связи и её составом. Ознакомление с компонентами макромодели. Приобретение навыков расчета подвектора управляемых переменных.
Теоретические сведения.
Эффективным инструментом получения проектных обоснований и выявления направлений их дальнейшего развития являются системные модели (СМ). От обычных моделей СМ отличаются большим числом учитываемых факторов, их взаимосвязанностью, широким набором критериев и ограничений, компактностью и простотой модификации. Известно, что знание принципов организации системы возмещает незнание отдельных факторов. В этом плане СМ и нацелена на поиск принципов структурной и архитектурной организации ЦСИО, проводимой с помощью многовариантных численных расчетов.
В настоящее время СМ — это «мост» между традиционными задачами оптимизации на графах и сетях и будущими экспертными системами из этой области. С первыми их объединяет общность процедурного подхода, заключающегося в том, что для решения конкретной прикладной задачи нужно иметь сетевую модель и алгоритм оптимизации. Ко вторым их приближает массовость применения, поскольку на СМ решается большое число задач из соответствующей предметной области; компактность выходной информации достигается сжатием численных данных в таблицы и графики. К последним относятся, например, кривые, разделяющие области эффективного использования ЦСИО с различными методами коммутации. СМ могут оказаться полезными и в будущем, для «подпитки» экспертных систем новой информацией. К недостаткам СМ следует отнести: меньшую точность решения задач по сравнению с традиционными переборными алгоритмами топологического проектирования, отсутствие механизма накопления знаний, свойственного экспертным системам. СМ призваны не конкурировать с имеющимися средствами топологического проектирования САПР сетей связи, а дополнять их в случаях, когда ограничивающим фактором становится размерность задачи; постановка данной задачи отсутствует в титульном списке задач САПР; задачи качественного исследования и дискретного выбора преобладают над задачами параметрической оптимизации; требуется провести декомпозицию общесетевых требований, по времени и/или вероятности доставки информации или найти начальное приближение (связность, пропускные способности, число узлов и т.п,), необходимое для проведения уточняющих расчетов.
Последнее обстоятельство особенно существенно, поскольку большинство известных алгоритмов ВТГ работает на фиксированном множестве вершин.
Описываемая ниже СМ представляет собой аналитическую модель, функционально взаимоувязывающую интегральные показатели сети связи, внутренние параметры и входные данные, и названа макромоделью ЦСИО.
Построение макромодели ЦСИО базируется на следующих предпосылках:
1. Структура ЦСИО рассматривается в стоимостном, топологическом, географическом, физическом и вероятностно-временном аспектах с учетом подсистем САУЭ (подсистемы ТО и подсистемы управления потоками).
2. При расчете показателей качества обслуживания пользователей ЦСИО и в первую очередь вероятностно-временных характеристик предпочтение отдается комплексным стохастическим моделям, учитывающим следующие факторы: пропускную способность и загрузку оборудования, конечную надёжность обслуживающего прибора, приоритетность в обслуживании быстростареющей информации, дополнительные задержки в обслуживании, вызываемые отсутствием свободного в данный момент времени ЦТО, многовариантность в выборе дисциплин обслуживания пакетов, дисциплин дообслуживания прерванных пакетов, алгоритмов повышения достоверности информации.
3. Традиционно ЗОС рассматривается три стационарном входящем потоке, задаваемом в час наибольшей нагрузки (ЦНН). В реальных ситуациях входящий поток неизвестен либо меняется по времени [31]. Последнее обстоятельство вынуждает проектировщика рассматривать несколько вариантов значений внешнего трафика, как средних, так и пиковых.
4. Проблематика проектирования, крупномасштабных ЦСИО состоит в отсутствии компактных моделей информационного тяготения, топологии и методов РП. Традиционная матричная форма задания топологии и характеристик информационного тяготения в данном случае неприменима из-за своей необозримости.
5. Рекомендации МККТТ в части организации структуры ЦСИО в виде семиуровневой модели не дают однозначного выбора протоколов и протокольных механизмов, создавая тем самым проблемную ситуацию, выбора.
Макромодель представляется как многофункциональный преобразователь входных данных в выходные показатели, выполняющий отдельные проектные операции расчета стоимости, структурных и потоковых параметров, ВВХ и т. п.
Если каждой проектной операции привести в соответствие некоторую частную модель (субмодель), то макромодель представляется совокупностью десяти субмоделей (рис. 6.1).
Рис. 6.1. Состав макромодели
Стоимостная субмодель на основании известных структурных параметров и удельных стоимостей ресурсов позволяет рассчитать приведенные затраты, капитальные затраты, эксплуатационные расходы, срок окупаемости, прибыль и т. п.
Топологическая субмодель — набор аналитических функций или алгоритмических процедур, связывающих структурные параметры между собой. Строится на основе абстрактного графа, привязки вершин к географическим координатам местности не имеет.
Географическая субмодель является дополнением предыдущей и позволяет рассчитывать структурные параметры ЦСИО, зависящие от местоположения узлов на территории.
Субмодель информационного тяготения представляется функцией, определяющей степень информационного тяготения ОП между собой.
Субмодель РП предназначена для нахождения плана РП, интенсивностей потоков в КС и УК, расчета ВВХ.
Субмодель расчета параметров ограничения нагрузки является дополнением к предыдущей модели и предназначена для расчета ограничений по внешнему трафику в ситуациях, когда не выполнены ограничения по ВВХ.
Субмодели информационного обмена в звене, тракте и ЦСИО в целом приведены в главе 3.
Субмодель эффективности ТО учитывает дополнительные задержки, вносимые в процесс доставки информации со стороны подсистемы ТО.
Может быть априорно заложено несколько альтернатив в части класса структур ЦСИО, моделируемых дисциплин обслуживания заявок, алгоритмов РП, повышения достоверности, технического и ремонтного обслуживания и т. п. В этом случае оказывается естественным выделить самостоятельную субмодель (задачу) дискретного выбора наиболее предпочтительной комбинации этих алгоритмов.
Макромодель агрегируется из субмоделей путем объединения одноименных входов-выходов. Неконструктивность подхода, основанного на объединении известных процедур. РП, ВТГ, ВПС и т. п. в единую итерационно-циклическую схему, вряд ли вызывает сомнение из-за большой размерности и обилия обратных связей, вынуждающих после решения очередной процедуры проводить 'корректировку всех предыдущих. Трудности, связанные с объединением в рамках одной макромодели всего многообразия способов реализации будущей сети, растут экспоненциально с ростом размерности, т.е. описывающих ЦСИО параметров.
Представляется целесообразным искать пути снижения размерности, позволяющие получить рабочий вариант модели, сложность которого по сравнению с исходным значительно уменьшается, а степень адекватности все еще остается высокой. Используются следующие способы снижения размерности моделей:
исключение некоторых переменных или их объединение;
превращение переменных в константы;
введение линейной зависимости между исследуемыми величинами;
введение более жестких требований, ограничений и граничных условий.
При выборе (построении) субмоделей, составляющих макромодель, вначале следует исходить из учета полного набора всевозможных факторов, в той или иной степени определяющих эффективность структурной организации сети. Далее, путем последовательного упрощения первоначальной модели, заключающегося в исключении несущественных факторов, «загрублений» второстепенных факторов и оценки получаемой при этом погрешности, можно получить вариант рабочей модели.
Приведем основные допущения, положенные в основу макромодели, и аргументы в пользу их принятия [14].
1. Однородность и регулярность топологий отдельных, подсетей. Анализ литературы показал, что симметричная сеть, характеризуется высокой структурной надежностью, кроме того, симметричная сеть с обходными направлениями в отличие от асимметричной более устойчива к асимметричным отклонениям нагрузки.
2. Однотипность ТСС внутри отдельных ступеней иерархии. С точки зрения унификации оборудования она весьма полезна.
3. Равномерное размещение ОП и УК на территории. На первый взгляд, это весьма сильное допущение можно использовать на практике только в случае, когда данные о территориальном размещении ОП отсутствуют; стоимостной фактор в данной топологической задаче не является определяющим; плотность распределения ОП по территории постоянна или близка к постоянной.
Как показывают исследования [38], задача поиска оптимального размещения УК и Кц по территории не является критической в общем цикле проектирования сети из-за пологости стоимостного функционала в зависимости от координат УК и Кц.
4. Аппроксимация территории сети правильной геометрической фигурой (прямоугольником, кругом, квадратом, треугольником и т.п.). Это допущение позволяет получить простые по структуре аналитические выражения для структурных параметров ЦСИО.
5. Относительно потоков передаваемой информации принят монотонный (в частном случае равномерный) характер информационного тяготения ОП в зависимости от расстояния. Это позволяет на первых этапах проектирования организовать экспресс-оценку нескольких вариантов тяготения на основании разумных оценок среднего и пикового трафика, а не проводить детальную проработку проекта для одной матрицы тяготения.
