Основные закономерности, управляющие распределением потоков сообщений в сети связи (на примерах внутризоновых телефонных сетей в восточной части Советского Союза) тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.12.14, кандидат технических наук Калеников, Александр Иванович

• Калеников, Александр Иванович
• кандидат технических наук
• 1983

Оглавление диссертации кандидат технических наук Калеников, Александр Иванович

Введение

1. Система тяготений в сети связи.

1.1. Выбор характеристик, используемых для анализа

1.1.1. 0 потоках сообщений

1.1.2. 0 коэффициентах тяготения.

1.2. Коэффициенты тяготения для внутризоновой сети.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Основные закономерности, управляющие распределением потоков сообщений в сети связи (на примерах внутризоновых телефонных сетей в восточной части Советского Союза)»

Одним из. вопросов, изучаемых теорией телетрафика, является задача распределения потоков сообщений (или потоков нагрузки) по направлениям при рассмотрении систем распределения информации (в.общем случае, распределения потоков по направлениям в сети'связи). В самом общем виде задача распределения потоков в сети связи может быть сформулирована в следующем виде:имеется сеть связи, содержащая т полюсов; известны потоки сообщений (или нагрузки), исходящие от полюсов Q* т),требуется определить, как с учётом влияющих факторов распределяются исходящие потоки между полюсами сети, т.е. найти величины Qij U =. /П. т.).

В теории телетрафика задача распределения ставится для функциональных (имеющих конкретное назначение) сетей связи, которые в электросвязи получили название вторичных сетей [22]. Прежде всего - это телефонные и телеграфные сети, однако задача распределения актуальна для любой сети связи, в том числе, для почтовой. Необходимость решения задачи распределения диктуется прежде всего потребностями практики: рациональное построение сетей возможно лишь при наличии полноценного прогноза их развития на значительную перспективу (до 15 и более лет). Актуальность проблемы усиливается в условиях, когда происходит интенсивное развитие сетей связи, что характерно, в частности, длявосточных районов Советского Союза. Необходимо также отметить, что без решения задачи распределения затрудняется углубление теоретических представлений о сети связи.

Существующая теория телетрафика не содержит, решения рассматриваемой задачи. Например, в [18] задаче распределения посвя-щён один параграф (10.4), в котором приводятся лишь определения некоторых понятий.

Во многих работах, посвященных теории телетрафика, отмечается сложность задачи распределения (см., например, [19;20;25], что породило корреляционный подход к решению этой проблемы: на основе обработки статистических данных о фактических потоках в некоторой конкретной сети (или в ряде конкретных сетей) создаётся модель зависимости распределения потоков от влияющих факторов. Наилучшей моделью такого рода является матрица существующих потоков, поскольку при этом автоматически учитываются все влияющие факторы и закономерности, хотя они остаются невыясненными. Использование именно этого метода рекомендуется, в частности, для.прогнозирования развития внутризоновых телефонных сетей [27]. Однако этот метод не удаётся применить в полной мере по следующим причинам.

1). Из-за недостаточного развития сетей в настоящее время (например, внутризоновых телефонных сетей) матрицы потоков неполны, что в ряде случаев не даёт возможности представить общую картину распределения.

2). Развитие сетей связано с изменением числа станций, что приводит к изменениям в распределении потоков.

3). Большое влияние на перераспределение потоков в сети связи оказывает изменение социально-экономической структуры на территории, которую обслуживает сеть связи.

В случае, когда действуют все три причины, вообще невозможно распространить на перспективу существующее распределение потоков в.сети. В -этом отношении ярким примером служит Тюменская область. Освоение нефтегазовых месторождений на севере области вызывает существенное увеличение суммарного телефонного обмена и ощутимо изменяет распределение потоков телефонных сообщений внутри области.

Таким образом не удаётся сколько-нибудь определённо утверждать, что матрица существующих потоков в полной мере пригодна для прогнозирования распределения потоков на значительную перспективу (5-15 и более лет). Нельзя также не отметить, что использование метода существующих потоков бесперспективно для теории, поскольку этот метод не побуждает к выяснению сущности распределения. Недостатки метода существующих потоков приводят к необходимости исследования закономерностей, управляющих распределением потоков в сети.

Как известно (см., например, [18]), распределение потоков сообщений в сети может быть задано непосредственно (с помощью квадратной матрицы потоков) либо одним из косвенных методов, когда задаётся матрица некоторых величин, позволяющих рассчитать матрицу потоков. Для описания распределения потоков сообщений в сети теория телетрафика использует, в частности, матрицы коэффициентов тяготения или нормированных коэффициентов тяготения. Решение задачи распределения связано с выявлением факторов, влияющих на формирование величин этих коэффициентов, и с характером исследуемых зависимостей. Одним из примеров таких исследований является работа [7], в которой выявляется зависимость величин коэффициентов тяготения на внутризоновых телефонных сетях от расстояний между центральными станциями (однофакторная статистическая модель). Можно указать также на работы [б;24]. Б частности, найденные в [6] математические уравнения, учитывающие ряд факторов, влияющих на распределение телефонной нагрузки на Московской ГТС, представляют собой многофакторную статистическую модель. Формулы, найденные в [6], суть выражения, аппроксимирующие фактические зависимости опытных значений нормированных коэффициентов тяготения от ряда факторов, которые могут влиять на распределение потоков. Эти формулы оснащены коэффициентами, физический смысл которых не раскрыт.

К статистическим методам следует отнести также метод элементарных тяготений [5;35].

Вообще говоря, всем статистическим методам в той или иной мере присущи недостатки метода существующих потоков: статистическая модель, если бы даже она адекватно отображала действительность, справедлива лишь для тех условий, в которых получены исходные (опытные) данные. Поэтому такая модель обладает ограниченными возможностями для прогнозирования распределения потоков в меняющихся условиях.

Радикальное решение задачи распределения возможно только на пути выяснения сущности механизма распределения, т.е. нахождения основных закономерностей, управляющих распределением потоков в сети связи. Поскольку сущность скрыта в явлении,- необходимо, прежде всего, обнаружить проявления закономерностей в статистическом материале и исследовать регулярность их проявлении.. Таким образом основными элементами исследований в настоящей диссертации являются- анализ статистических (опытных) данных и нахождение проявлений искомых закономерностей;- дедуктивные построения, выполняемые путём анализа модели абстрактной системы тяготений и могущие привести к выявлению закономерностей, характеризующих распределение потоков сообщенийв сети связи;- прикладные исследования, позволяющие интерпретировать абстрактные построения с помощью легко измеряемых величин и получить аналитические соотношения (алгоритм) для расчёта численных значений коэффициентов тяготения.

В качестве экспериментальной базы для намеченных исследований используются статистические материалы по ряду внутризоновых сетей, располагающихся в восточной части Советского Союза.

На защиту выносятся результаты исследований, которые позволили выявить основные закономерности распределения потоков в сети связи. К ним относятся:- обнаружение проявлений закономерностей распределения при анализе опытного материала;- выявление и абстрагирование тех свойств сети связи, которые заставляют её функционировать а качестве системы распределения информации;- формулировка сущностных закономерностей распределения;- наховдение для коэффициента тяготения аналитического выражения путём анализа информационной сущности сети связи;- выявление ряда специфических закономерностей, которые участвуют в формировании величин коэффициентов тяготения и ео многом определяют их численные значения;- нахождение алгоритма для расчёта величин коэффициентов тяготения на внутризоновой телефонной сети.

Заключение диссертации по теме «Радиолокация и радионавигация», Калеников, Александр Иванович

Основные выводы

1. Поскольку системные характеристики, введённые в главе 3, не поддаются непосредственному измерению, - найдены их интерпретации с помощью потоковых и географических величин.

2. С использованием интерпретирующих величин на основе результатов, найденных в главе 2, получено экспериментальное подтверждение закономерностей, намеченных в главе 3.

3. Установлен факт естественного нормирования потоков в сети связи. Для внутризоновой телефонной сети нормирование потоков осуществляется по величине, в качестве которой можно принять среднее значение потоков, исходящих от полюсов.

4. При проведении прикладных исследований выявлен ряд закономерностей, связывающих параметры, характеризующие обратную кривую интереса, с размерами зоны и величинами потоков.

5. Найдено удовлетворительное объяснение квазисимметричности таблиц коэффициентов (/ ), что связывается с наличием в каждом потоке телефонных сообщений двух противоположнонаправ-ленных потоков сведений.

6. С учётом закономерностей, найденных в главе 3, на основе прикладных исследований, с помощью которых выявлены основные факторы, участвующие в формировании величин (у ), разработан алгоритм для расчёта коэффициентов (/ ) на внутризоновой телефонной сети.

7. Сравнение таблиц коэффициентов (/ ), рассчитанных по найденному алгоритму, с таблицами опытных значений коэффициентов j) свидетельствует о достаточно хорошем совпадении теоретических и опытных данных в условиях отсутствия ограничений, связанных с

- недостаточностью развития сети связи как социального образования;

- недостаточностью ресурсов, направляемых на развитие сети связи.

5. Об основных результатах диссертации

Настоящая диссертация посвящена нахождению основных закономерностей, управляющих распределением потоков сообщений в сети связи, т.е. выявлению сущности такого явления, как распределение потоков сообщений в сети связи. Решение этой задачи оказалось связанным с представлением о системе тяготений, характерных для социально-экономического региона, тлеющего признаки локализации и обслуживаемого сетью связи. Система тяготений, в свою очередь, основывается на принципах, которые связаны с нахождением количественных соотношений между понятием сообщение и содержащимися в нём сведениями. Эти принципы до сих пор недостаточно обсуждались в науке, поэтому построения и выводы, сделанные в 3-й и 4-й главах диссертации, проливают дополнительный свет на информационные свойства социальных регионов, развивая тем самым теоретические представления о сети связи.

Знание закономерностей, управляющих распределением потоков сообщений в сети связи, в конечном счёте позволяет сократить объёмы технических средств, направляемых на развитие сетей связи. Технические средства, объединяемые в сеть связи, предназначаются для доставки сообщений в заданные адреса. При этом массы возникающих сообщений распределяются в сети в соответствии с системными свойствами полюсов. Таким образом объёмы технических средств связи зависят от информационных свойств той части общества, которую обслуживает сеть связи.

Распределение сообщений в сети связи подчиняется строгим закономерноететя, которые проявляются тем отчётливее, чем больше массы сообщений. Эти закономерности сводятся к следующим.

I). В основе обмена сведениями между полюсами лежит соотношение (3.18), названное системным уравнением:

Xtogr.Fj = to9xmli], из которого следует соотношение (3.19), определявшее коэффициент тяготения:

•чу 7 fj Л-jli) .

2). Большое влияние на характер информационного обмена оказывает соотношение (3.II), которое может быть названо уравнением интереса: - т.

-й m :

3). Соотношения системных величин проявляются в реальной сети связи, размещающейся в некотором пространстве (например, на территории административной области). Связь системных свойств социальной структуры с её пространственными (географическими) свойствами приводит к соотношению (4.10), которое означает, что антиподом интереса является расстояние:

I ■■= -1Ч Xj(L) '

4). Интерпретация информационных характеристик социальной структуры с помощью потоковых и географических характеристик позволяет экспериментально подтвердить существование зависимостей (3.II) и (3.19). При этом зависимость (3.II) в несколько идеализированном виде представляется в виде уравнения (4.4) : М oCoj ~ & / ^

О/)

- 9

О,

2. С

5). Анализ уравнения (4.4) приводит его к виду (4.25):

Хп- ■ Ш

Oj "L-omin ^ что лишний раз подтверждает существование системы тяготений в сети, поскольку распределение потоков сообщений характеризуется их относительными величинами -ISlL . в сети происходит естестве венное нормирование потоков сообщений по величине 0С .

6). Статистический анализ свидетельствует, что для внутризоновых телефонных сетей величина 0С соответствует среднему значению потоков, исходящих от полюсов сети. Поэтому для практических расчётов внутризоновых телефонных сетей может использоваться величина (4.26): т

0>]. (QI т. , —

Г.(Ок) (Q)ucx

7) .Установлена зависимость величины Xomin от двух факторов - площади зоны и величины 9 xomin= у (s> Я) • Зависимость от величины у представляется в виде выражения (4.43): у = у

Om.cn с

Зависимость от площади 5 представляется в виде выражения (4.44)

0JU. = с Js .

8). Свойство симметричности матрицы коэффициентов тяготения, присущее реальным телефонным сетям, объясняется существованием в каждом потоке сообщений двух потоков новых сведений, которые приблизительно равны друг другу по величине, но противоположны по направлению, что приводит к соотношению (4.40)

У o(.oi ^-oj

L •

9). Некоторая асимметрия в таблицах коэффициентов (J- ) объясняется существованием поправки (1.8), учитывающей соотношение абонентских ёмкостей полюсов сети:

T,NK i: AM ф = Kj-i >

4 (2Л/К)(£Л/К) '

10). Формула для расчёта коэффициентов ( / ) с учётом найденных интерпретаций системных величин и исследованных закономерностей представляется в виде выражения которое разворачивается в алгоритм, приведенный в параграфе 4.7.1.

Заключение

В [18] , заключая параграф о распределении потоков в сети связи, авторы отметили (с. 186): "Кроме коэффициентов и nv в ч J литературе описаны и другие коэффициенты для учёта тяготения между абонентами. Однако какие бы коэффициенты ни применялись, прогнозирование их значений может оср!ествляться только на основе наблюдений за их значениями на действующих сетях."

Результаты настоящей диссертации позволяют с большим оптимизмом рассматривать эту проблему. Можно считать установленным, что не любые величины (коэффициенты), которыми в принципе можно охарактеризовать распределение потоков в сети связи, пригодны для научного прогноза распределения. Для этой цели должны применяться только те характеристики, которые, будучи физическими величинами, участвуют в соответствующих функциональных зависимостях, отражающих объективно существующие закономерности. После того как закономерности выявлены, прогнозирование распределения потоков в сети связи может и должно вестись на теоретической основе без широкого привлечения в каждом случае статистических (опытных) материалов. Можно, в частности, утверждать, что в качестве характеристики распределения, имеющей физический смысл, может применяться квадратная матрица коэффициентов тяготения у .

В диссертации показано, что анализ статистических (опытных) данных позволяет обнаружить проявления закономерностей, управляющих распределением потоков сообщений в сети, но не выявить сами эти закономерности. При работе над диссертацией искомые закономерности расшифровывались путём абстрагирования ряда свойств сети связи, анализа этих свойств и соответствующих дедуктивных построений. Существование выявленных таким образом закономерностей проверено на опытном материале. Значительные трудности преодолены при выполнении прикладных исследований, которые, во-первых, позволили подтвердить чисто теоретические построения, и во-вторых, выявить ряд специфических закономерностей, которые одевают в плоть абстрактные законы.

Главным практическим итогом настоящей диссертации является создание алгоритма для расчёта величин коэффициентов тяготения. Эта задача решена для внутризоновых телефонных сетей. На основе результатов диссертации в институте Гипросвязь-4 разработано Методическое руководство по проектированию РП.1.228-1-83. Расчёт коэффициентов тяготения на внутризоновой телефонной сети. [26], которое используется при проектировании сооружений связи, а также может использоваться в практической работе производственно-техническими управлениями Министерства связи.

Результаты диссертации позволяют считать, что аналогичные методики могут быть разработаны для городских телефонных сетей и других сетей связи. В условиях интенсивного развития полноценный прогноз распределения нагрузки по направлениям в сети электросвязи на значительную перспективу (до 15 лет) имеет большое значение, позволяя существенно сократить при строительстве объёмы материальных ресурсов ( в частности, дефицитной кабельной продукции). Для сетей почтовой связи использование результатов диссертации может улучшить (рационализировать) транспортные схемы перевозок почтовой корреспонденции.

Если говорить о теоретических результатах диссертации, то наиболее существенным следует считать дальнейшее углубление представлений о сети связи при её взаимодействии с полисами. Здесь важными моментами являются

- обобщение логарифмической функции, используемой для описания информационных прцессов, путём включения в число её аргументов основания логарифма;

- обоснование существования уравнения интереса;

- выяснение характера зависимости усвоения новых сведений от величины проявляемого интереса;

- нахождение аналитического выражения для коэффициента тяготения, исходя из системных представлений о сети связи.

Из результатов прикладных исследований, выполненных в диссертации для получения алгоритма расчёта коэффициентов тяготения, необходимо отметить

- выяснение зависимости между величинами, харктеризующими обмен сведениями в системе связи, и величинами, характеризующими размеры региона, обслуживаемого сетью связи;

- экспериментальное подтверждение существования зависимости, которая соответствует кривой интереса;

- обнаружение процесса естественного нормирования потоков сообщений, движущихся в сети (нахождение основы распределения).

Теоретические выводы и их практическая применимость, обнаруженные при работе над диссертацией, позволяют утверждать, что основой формирования потоков в сети связи являются свойства полюсов системы связи или свойства той части общества, которую сеть связи обслуживает. Большое влияние на формирование потоков оказывают также закономерности, связывающие информационные свойства полюсов с потоковыми и географическими свойствами сети.

В методологическом плане важно отметить, что особенностью такого процесса, как распределение потоков сообщений по направлениям в сети связи, является большое количество закономерностей, которые должны быть учтены вкупе, чтобы с нужным приближением описать это достаточно сложное явление.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Калеников, Александр Иванович, 1983 год

1. Баклейщик Ф.Б. О проектировании генеральных схем построения и развития зоновых телефонных сетей,- Информационные материалы (Гипросвязь) , 1968, ib 6, с. 60 III.

2. Бауэр Ф.Л., Гооз Г. Информатика: Вводный курс.- М.: Мир, 1976.- 484 с.

3. Бродская Ф.Л. Прогнозирование обмена и потоков при проектировании зоновой связи.- Информационные материалы (Гипросвязь), 1969, № 3, с. 101 134.

4. Большая Советская энциклопедия / Научно-редакционный Совет издательства "Советская энциклопедия?- 3-е издание.- М.: Советская энциклопедия, 1972.- т. 10.

5. Быков Ю.П. Исследование межстанционных потоков на широкоразвитых телефонных сетях с указанием входящих и исходящих сообщений: Автореферат на соискание учёной степени канд. техн. наук.- Л.: ЛЭИС им. Бонч-Бруевича, 1976.- 16 с.

6. Быков Ю.П., Ионова Е.А., Лосицкая Л.В. Определение телефонной нагрузки на ГТС.- Электросвязь, 1981, № 7, с. 25 -28.

7. Геденидзе Г.С., Пшеничников А.П. Анализ распределения потоков телефонного сообщения на внутризоновых сетях.- Информационные материалы (Гипросвязь), 1969, № 6, с. 80 92.

8. ГОСТ 20733-75. Сообщение телефонное. Характеристики. Термины и определения.- Введ. 01.01.76; Срок действия до 01.01.84.- 18 с. Группа Э00 СССР.

9. ГОСТ 22515-77. Связь телеграфная. Термины и определения.-Введ. 01.07. 78.- 64 с. Группа Э00 СССР.

10. Грекова И. К вопросу об информации.-Наука и жизнь, 1967, № 3, с. 31-37.

11. Давыдов Г.Б., Рогинский В.Н., Толчан А.Я. Сети электросвязи." М.: Связь, 1977.- 360 с.

12. Калеников А.И. 0 влиянии ёмкостей местных телефонных сетей на коэффициенты тяготения j. для зоновой телефонной сети.-Б кн. Информационные сети и автоматическая коммутация (ВСИС 3).- М.: Наука, 1973, с. 139 - 140.

13. Калеников А.И. Об анизотропности информационных свойств сети связи.- В кн. Надёжность и качество функционированния информационных сетей и их элементов (НИСЭ 81).- Новосибирск; Академия наук, Сибирское отделение, 1981, с. 35-36.

14. Калеников А.И. Система тяготений в сети связи как отражение её информационных свойств.- Деп. ИДТИ Информсвязь 08.12.82 № 168. •

15. Коган В.З. Человек в потоке информации.- Новосибирск: Наука, 1981.- 177 с.

16. Лифшиц B.C., Пшеничников А.П., Харкевич А.Д. Теория телетрафика.- 2-е изд. перераб. и доп.- М.: Связь, 1979,-224с.

17. Лифшиц Б.С., Фидлин Я.В., Харкевич А.Д. Теория телефонных и телеграфных сообщений.- М.: Связь, 1971.- 304 с.

18. Максимов Г.З., Пшеничников А.П. Телефонная нагрузка местных сетей.- М.: Связь, 1969.- 152 с.

19. Маркович Э.С. Курс высшей математики с элементами теории вероятностей и математической статистики.- 2-е изд., пере-раб. и доп.- М.: Высшая школа, 1972.-480 с.

20. Мартьянов Б.К. Телефонная коммутация.- М.: Связь, 1972. 520 с.

21. Министерство связи СССР. Междугородные телефонные правила.-М.: Связь, 1968.- 200 с.

22. Мелик-Шахназарова Г.В., Решетников Н.В. Расчёт межстанционных нагрузок на ГТС средней ёмкости.- Электросвязь, 1982, В 5, с. 20 -23.

23. Метельский Г.Б. 0 расчёте межстанционных потоков.- Информационные материалы (Гипросвязь), 1969, № I, с. 52 63.

24. Методическое руководство по проектированию РП.1.228-1-83: Расчёт коэффициентов тяготения на внутризоновой телефонной сети / Государственный институт по изысканиям и проектированию сооружений связи Гипросвязь-4.- Новосибирск: 1983.25 с.

25. Методические указания по проектированию М-077-4-80 / Государственный институт по изысканиям и проектированию сооружений связи Гипросвязь.- М.: 1980.- 178 с.

26. Рогинский В.Н., Харкевич А.Д., Шнепс М.А. и др.; Под редакцией В.Н. Рогинского. Теория сетей связи.- М.: Радио и связь, 1981.- 192 с.

27. Сифоров В.И. Информология и научно-технический прогресс.-В кн. Кибернетика и диалектика.- М.: Наука, 1978. с. 83 -100.

28. Статистический бюллетень В I26I8I (ч. I) / ЦСУ РСФСР,

29. Статуправление Красноярского края. Красноярск, 1979. - 31 с.

30. Степанов 10.С. Семиотика. М.: Наука, 1971. - 212 с.

31. Тростников В.Н. Человек и информация. М.: Наука, 1970.-188с.

32. Урсул А.Д. Проблема информации в современной науке. М. : Наука, 1975. 288 с.

33. Философский словарь / Под редакцией М.М.Розенталя. 3-е издание. - М.: Политиздат, 1975. - 496 с.

34. Четыркин Е.М. Статистические методы прогнозирования. -Изд. 2-е,перераб. и доп. ГЛ.: Статистика, 1977. - 200 с.

35. Шнепс М.А. Системы распределения информации. Методы расчёта: Справ, пособие. М.: Связь, 1979. - 344 с.

36. Шрейдер Ю.А. 0 семиотических аспектах теории информации. -В кн. Информация и кибернетика. М.: Сов. радио, 1967,с. 15 47.

37. Энциклопедия кибернетики / Академия наук УССР. Киев: Главная редакция Украинской советской энциклопедии, 1975.-т.2.

38. Яглом A.M., Яглом И.М. Вероятность и информация.- 3-е изд., перераб. и доп. М.: Наука, 1973. - 512 с.

39. Янков М. Материя и информация. М.: Прогресс, 1979.- 335 с.

40. Ясин Е.Г. Экономическая информация. Что это такое? М.: Статистика, 1976. - 80 с.