Влияние гистерезиса управления трафиком на использование ресурса узла беспроводных систем передачи информации тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.12.13, кандидат технических наук Чернушевич, Александр Викторович
- Специальность ВАК РФ05.12.13
- Количество страниц 129
Оглавление диссертации кандидат технических наук Чернушевич, Александр Викторович
сетей
1.4. Исследование механизмов гистерезисного управления в телекоммуникациях в историческом развитии
1.5. Анализ стандартов беспроводных систем передачи информации
1.6. Постановка задачи исследований и определение способов ее решения
1.7. Выводы
Глава 2. Разработка модели дифференцированного обслуживания различных сервисных классов сегмента БСПИ
2.1. Формализация процесса передачи информации в БСПИ
2.2. Описание математической модели дифференцированного обслуживания запросов различных сервисных классов на сегменте БСПИ
2.3. Эффективность применения упрощенных моделей
2.4. Упрощенная модель обслуживания требований
2.5. Выводы
Глава 3. Динамическое управление потоками при дифференцированном обслуживании пользователей беспроводной сети
3.1. Введение
3.2. Решение системы уравнений статистического равновесия в случае непересекающихся гистерезисов
3.3. Решение системы уравнений статистического равновесия в случае пересекающихся гистерезисов
3.4. Решение системы уравнений статистического равновесия в случае, когда один гистерезис содержит внутри себя другой гистерезис
3.5. Выводы
Глава 4. Расчет стационарных вероятностей трехпотоковой модели управления доступом к ресурсам БСПИ с гистерезисами
4.1. Введение
4.2. Архитектура сети мобильной связи LTE
4.3. Численное исследование свойств управления доступом с непересекающимися гистерезисами
4.4. Численное исследование свойств управления доступом с пересекающимися гистерезисами
4.5. Численное исследование свойств управления доступом в случае, когда один гистерезис содержит внутри себя другой гистерезис
4.6. «Стоимостные функционалы» звена БСПИ с тремя потоками и гистерезисами
4.7. Численное исследование свойств «стоимостных функционалов»
4.8. Численное исследование свойств математической модели узла беспроводной сети с учетом суточных колебаний нагрузки
4.9. Выводы
Заключение
Литература
Список сокращений
ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line
aGW Access Gateway
ANSI American National Standards Institute
ARP Allocation and Retention Priority
ARQ Automatic Repeat reQuest
AS Access Stratum
ATM Asynchronous Transfer Mode
BE Best Efforts Service
BER Bit Error Rate
DAMA Demand Assignment Multiple Access
DECT Digital Enhanced Cordless Telecommunication
DS Differentiated Services
DSSS Direct-sequence spread spectrum
EIA Electronic Industries Association
eNB evolved Node B
EPC Evolved Packet Core
ERT-VR Extended Real-Time Variable-Rate service
ETSI European Telecommunication Standards Institute
E-UTRAN Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network
EV-DO Evolution-Data Optimized
FDD Frequency Division Duplexing
FHSS Frequency-hopping spread spectrum
FSDD Frequency Division Duplexing
FTTH Fiber to the Home
GBR Guaranteed Bit Rate
GGSN GPRS Gateway Service Node
GSM Global System Mobile
HSPA High Speed Packet Access
IASA Inter Access System Anchor
IDLE Idle State Mobility Handling
IEEE Institute of Electrical and Electronic Engineers
IP Internet Protocol
ISO International Organization for Standartds
ITU International Telecommunication Unity
LLC Logical Link Control
LTE Long Term Evolution
MAC Media Access Control
MAN Metropolian Access Network
MBR Maximum Bit Rate
MME MultiMedia Extensions
MPEG Moving Picture Experts Group
NAS Non-Access Stratum
NRT-VR Non-Real-Time Variable-Rate service
OFDM Orthogonal frequency-divison multiplexing
OSI Open Systems Interconnection
PDCP Packet Data Convergence Protocol
PDU Protocol Data Unit
P-GW PDN Gateway
PHB Per-Hop Behavior Forwarding Class
PHY Physics
PU Packet Unit
QCI QoS class identifier
QoS Quality of Service
RLC Radio Link Control
RRC Radio Resource Control
RT-VR Real-Ttime Variable-Rate service
SAE System Architecture Evolution
SCGN Serving GPRS Support Node
SDF Service Data Flows
S-GW Serving Gateway
SLA Service Level Agreement
SWAP Shared Wireless Access Protocol
TDD Time Division Duplexing
TDM Time Division Multiple
TDMA Time Division Multiple Access
ToS Type of Service
UGS Unsolicited Grant Service
UMTS Universal Mobile Telecommunications System
UPE User Plane Entity
UTRAN UMTS Terrestrial Radio Access Network
VAS Value Added Services
VoIP Voice over Internet Protocol
Wi-Fi Wireless Fidelity
Wi-MAX Worldwide Interoperability for Microwave Access
WLAN Wireless Local Area Network
WPAN Wireless Personal Area Network
WWAN Wireless Wide Area Network
WMAN Wireless Metropolitan Area Network
AC Абонентская Станция
АТС Автоматическая телефонная станция
БС Базовая Станция
БСПИ Беспроводные Системы Передачи Информации
ДВО Дополнительные Виды Обслуживания
ДУ Дополнительные Услуги
ИП Информационный Путь
ИС Информационная Сеть
01 и- Общая Передаточная Единца
спи Сети Передачи Информации
УК Узел коммутации
ЦНИИС Центральный Научно-Исследовательский Институт Связи
чнн Час Наибольшей Нагрузки
Список обозначений.
£) - пропускная способность беспроводной системы передачи информации;
/у - расстояние между абонентами в км;
П - производительность беспроводной системы передачи информации; кчнн~ коэффициент концентрации нагрузки; Учнн - величина нагрузки за ЧНН; усут - величина нагрузки за сутки;
щ - удельный вес использованияу'-ой услуги /-ым сервисным классом; ] - номер услуги; / - сервисный класс;
qi - вероятность непредоставления ресурсов в обслуживании для требований /-го сервисного класса; т - число сервисных классов; И- число абонентских станций; V- общее количество ресурсов в данном сегменте;
к,— количество ресурсов, выделяемых для обслуживания запросов /-го сервисного класса;
Я, - интенсивность поступления запросов на предоставление ресурсов в от пользователей сервисного класса /;
т, - интенсивность обслуживания запросов на предоставление ресурсов от пользователей сервисного класса /;
- интенсивность потока повторных запросов на предоставление ресурсов от пользователей сервисного класса /;
- интенсивность обслуживания потока повторных запросов на предоставление ресурсов от пользователей сервисного класса /; а - стоимость попытки соединения;
с, - стоимость обслуживания пользователей сервисного класса /; //, - настойчивость пользователей /-й сервисного класса {тф1)\
г]г - интенсивность обслуживания повторных запросов на предоставление ресурсов;
/— состояние доступа к ресурсам сети для /-го потока;
когда обслуживаются запросы всех трех сервисных классов; когда прекращаются обслуживаться запросы низшего сервисного
класса;
когда обслуживаются запросы пользователей только 1 сервисного
класса;
5
третьего сервисных классов;
х1- дополнительный поток, обусловленный повторными попытками;
Р1 - вероятность отказа в обслуживании требований ¿-го потока; а1 - средний объем ресурса, используемого требованиями /-го потока;
- вероятность пребывания в состоянии у++ • р1~ - вероятность пребывания в состоянии • р~~ - вероятность пребывания в состоянии • р - удельная нагрузка на одну ОПЕ;
10
Рекомендованный список диссертаций по специальности «Системы, сети и устройства телекоммуникаций», 05.12.13 шифр ВАК
Применение масштаба времени для описания, анализа свойств и управления информационными потоками сервера данных2013 год, кандидат технических наук Титов, Иван Николаевич
Математические модели сетей сотовой связи с эластичным трафиком2010 год, кандидат физико-математических наук Клапоущак, Сергей Николаевич
Разработка алгоритмов обработки информации в системах видеотрансляций по беспроводным сетям2013 год, кандидат технических наук Сагатов, Евгений Собирович
Методы и алгоритмы адаптивного управления информационными ресурсами в распределенных автоматизированных системах1999 год, кандидат технических наук Шабуневич, Елена Валерьевна
Разработка методики расчета показателей качества для сетей сигнализации и управления2009 год, кандидат технических наук Червяков, Олег Вячеславович
Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Влияние гистерезиса управления трафиком на использование ресурса узла беспроводных систем передачи информации»
Введение.
Актуальность работы. В последнее десятилетие получили широкое развитие беспроводные системы передачи информации (БСПИ). В настоящее время БСПИ практически находятся вне конкуренции по оперативности развертывания, мобильности, цене и широте возможных приложений, во многих случаях представляя для такой страны, как Россия единственное экономически оправданное решение.
Анализ тенденций развития БСПИ показывает, что они все больше становятся мультисервисными и осуществляют передачу информации в реальном масштабе времени (РМВ). При передаче трафика РМВ должны учитываться жёсткие требования качества предоставления услуг (QoS). Усложнение характера и рост объема нагрузки в БСПИ приводит к тому, что требуемое качество обслуживания может быть обеспечено только при использовании эффективных методов управления объемами передаваемых потоков. Задача управления потоками сети разбивается на три самостоятельные задачи управления: доступом в сеть, управление потоком на отдельном маршруте сети и управление потоком на отдельной линии сети.
В данной работе рассматриваются метод управления доступом в БСПИ с использованием порогового управления с приоритетами. Одним из механизмов порогового управления является гистерезисное управление, которое использует три типа порогов для контроля перегрузок - порог обнаружения перегрузки, порог снижения перегрузки и порог сброса перегрузки; таким образом, возникает гистерезис управления доступом. В данной работе рассмотрено гистерезисное управление трафиком на уровне доступа пользователей к ресурсам БСПИ.
Разработке методов управления доступом, а так же гистерезисного управления посвящены работы отечественных и зарубежных исследователей М.А. Красносельского, Г.П. Башарина, В.Г. Лазарева Ю.В. Лазарева, К.Е.
Самуйлова, С.Н. Степанова, Н.Я. Паршенкова, Ю.В. Гайдамаки, Р. Шерера, Л. Клейнрока, М. Охта, М. Ругана и др.
При использовании таких методов, как правило, устанавливаются два уровня нагрузки в сети. Высокий уровень - когда начинается ограничение на доступ определенной категории пользователей к ресурсам сети, и низкий уровень - когда ограничение снимается, при этом уровни могут устанавливаться индивидуально для каждого сервисного класса. В связи с этим, является актуальной задача исследования влияния ширины и положения гистерезисов при использовании управления доступом, основанного на дифференцированном доступе пользователей к ресурсам сети, при наличии нескольких сервисных классов и, следовательно, различного взаимного расположения гистерезисов для этих потоков.
Объектом исследования является процесс предоставления (выделения) ресурсов запросам на обслуживание сегмента БСПИ.
Предметом исследования являются статистические характеристики качества обслуживания запросов от пользователей различных приоритетов, которые влияют на эффективность распределения ресурсов в сети, исследование которых позволяют усовершенствовать методы обслуживания с целью повышения пропускной способности БСПИ.
Цель работы и задачи исследования. Целью диссертации является разработка метода повышения пропускной способности БСПИ с приоритетным доступом пользователей к ресурсам сети, основанного на управлении трафиком с помощью гистерезиса.
Для достижения поставленной цели в диссертации проведены следующие исследования:
• анализ абонентской базы различных операторов БСПИ для выделения категории пользователей, различающихся по требованиям к уровню С^оБ;
• разработка математической модели сегмента БСГ1И при динамическом управлении потоками с различными приоритетами с гистерезисами;
• разработка алгоритмов расчета характеристик модели сегмента БСГТИ при различном расположении гистерезисов;
• исследование влияния различного взаимного расположения гистерезисов при управлении трафиком на характеристики узла Б СПИ;
• разработка методики выбора границ гистерезисов и ширина возможного диапазона изменения числа занятых устройств, при котором сохраняются характеристики качества обслуживания на заданном уровне.
Методы исследования. Для решения поставленных задач используются методы теории сетей связи, теории вероятностей, теории массового обслуживания и методы математического моделирования.
Достоверность результатов. Достоверность результатов обеспечивается адекватностью используемых методов математической статистики и теории вероятностей, верификацией математической модели, а также сравнением аналитических результатов с результатами математического моделирования.
Научная новизна результатов. 1. Впервые предложена и обоснована математическая модель сегмента БСПИ с управлением доступом пользователей различных категорий при наличии гистерезисов, описываемых объемом занятого ресурса всеми пользователями, а также упрощенная трехпотоковая модель с состояниями БСПИ, описываемыми объемом занятого ресурса всеми пользователями в общих передаточных единицах (ОПЕ) при наличии гистерезисов.
2. Получены алгоритмы расчета стационарных вероятностей объема используемого ресурса для упрощенной модели в зависимости от взаимного расположения нескольких гистерезисов.
3. Впервые проведено исследование влияния расположения гистерезисов управления доступом к ресурсам БСПИ на эффективность ее функционирования.
Личный вклад: все основные научные положения и выводы, составляющие содержание диссертации, разработаны соискателем самостоятельно. Теоретические и практические исследования, а также вытекающие из них выводы и рекомендации проведены и получены автором лично.
Практическая ценность и реализация результатов работы:
выполненные в диссертационной работе исследования и разработанный метод, а также предложенные инженерные методики могут быть использованы для управления доступом к ресурсам БСПИ для обеспечения надежности функционирования узлов системы передачи информации. Разработанный алгоритм расчета стационарных вероятностей объема используемого ресурса позволяет производить расчеты эффективности использования управления доступом с гистерезисами. Основные результаты диссертационной работы использованы ОАО «СМАРТС», ООО «Информационные бизнес системы», а также применяются в учебном процессе МТУСИ на базовой кафедре Информационных сетей и систем при ИРЭ РАН.
Апробация результатов работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на 59 студенческой конференции МТУСИ (Москва, 2006), на 64 и 66 научных сессиях РНТОРЭС им. A.C. Попова (Москва, 2009, 2011), на XI Всероссийском симпозиуме по прикладной и промышленной математике (Кисловодск, 2010), на Международной научно-технической конференция «INTERMATIC-2010»
(Москва, МИРЭА, 2010), на пятой научной конференции «Технологии информационного общества» (Москва, МТУ СИ, 2010, 2011), на Всероссийской конференции «Информационно-телекоммуникационные технологии и математическое моделирование высокотехнологичных систем» (Москва, РУДН, 2011).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ, в том числе 4 работы в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, внесенных в перечень журналов и изданий, утвержденных ВАК.
Основные положения, выносимые на защиту. На защиту выносятся следующие положения:
1. Актуальность задачи распределения ресурсов БСПИ между пользователями различных категорий для ряда технологий БСПИ.
2. Обоснование перехода к упрощенной трехпотоковой модели, которое показало, что для учета ограничений на доступ к ресурсам сети необходимо различать 4 варианта состояний, когда обслуживаются или не обслуживаются запросы соответствующего потока.
3. Обоснование необходимости использовать достаточно далеко отстоящие гистерезисы для запросов второго и третьего сервисных классов при нагрузке в узле, превосходящей его пропускную способность или близкой к ней.
4. Снижение вероятности настойчивости пользователей, создающих нагрузку третьего сервисного класса, позволяет улучшить показатели эффективности использования ресурсов сети в случае, когда показатель удельной общей нагрузки запросов всех сервисных классов на одну OIIE.
5. При перегруженной сети наличие запросов третьего сервисного класса приводит к снижению эффективности БСПИ. В сети за счет запросов третьего сервисного класса ресурсы сети можно использовать более полно, однако вырастает вероятность потерь для запросов второго
сервисного класса, который чувствителен к выбору границ гистерезиса для запросов третьего сервисного класса. В слабо нагруженной сети за счет запросов третьего сервисного класса ресурсы сети используются более эффективно, чем при обслуживании только запросов двух первых классов.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 89 наименований и приложения. Основная часть содержит 126 страниц, включая 25 рисунков, 12 таблиц.
В первой главе, приведена постановка задачи исследовании и определены способы ее решения. Проведена классификация БСПИ, рассмотрены стандарты беспроводных широкополосных сетей, подробно рассмотрена архитектура стандарта LTE. Проведен анализ способов повышения пропускной способности, применяемых в информационных сетях, в частности выделен способ управления с гистерезисом, проведен анализ применения этого метода в системах связи. Выделен способ дифференцированного обслуживания пользователей при управлении доступом. Проведен анализ тарифных планов операторов разных стран. Показано, что применение метода дифференцированного обслуживания позволяет операторам оптимизировать использование ресурсов, что позволяет обслуживать большее число пользователей.
Для этого проанализированы возможности распределения пропускной способности, заложенные разработчиками в стандарт LTE. В технологии LTE распределение пропускной способности осуществляется базовой станцией, которая выполняет установление и модификацию параметров соединений, управление качеством передачи в каналах «вверх» и «вниз». При этом введены следующие параметры качества: приоритет распределения ресурсов, гарантированная и максимальная скорости передачи, идентификатор класса
(он характеризует тип службы, задержку передачи пакетов, число потерянных пакетов).
Во второй главе проведено исследование параметров модели дифференцированного обслуживания различных сервисных классов. Рассмотрена модель, позволяющая определить численную информацию (ожидаемое качество обслуживания, доходы и т.д.), необходимую для принятия требуемых решений. Модель, с одной стороны, отражает все особенности анализируемой сети, таких как: характер входных потоков, очередность их обслуживания, дисциплина обслуживания и т.д., а с другой стороны - остается приемлемой для проведения численного анализа и применения стандартных процедур, развитых в теории телетрафика для решения соответствующих задач и дает возможность определить количество ресурса, достаточного для передачи сообщений с заданным качеством. В главе проведены исследование работ по эффективности применения упрощенных моделей.
Проведен переход к упрощенной трехпотоковой модели, после которых состояния процесса задаются одним параметром V - объем используемого ресурса. Вместе с тем, для учета ограничений на доступ к ресурсам сети различают состояния, когда обслуживаются или не обслуживаются требования соответствующего потока. Рассмотрены три возможных варианта обслуживания требований из второго и третьего потоков.
В третьей главе рассмотрены решения системы уравнений статистического равновесия для всех трех вариантов обслуживания поступающих запросов от трех сервисных классов пользователей, в зависимости от расположения гистерезисов, а также разработаны алгоритмы вычисления стационарных вероятностей.
В четвертой главе на основании решений уравнений статистического равновесия проведено численное исследование характеристик трехпотоковой
модели, рассмотренной в предыдущей главе, при различном расположении гистерезисов управления доступом к ресурсам сети для требований второго и третьего сервисных классов. При проведении расчетов производился расчет вероятностей потерь требований каждого сервисного класса. При определении допустимости управления доступом предполагалось, что вероятность потерь для требований первого сервисного класса не должна превосходить 0,5%, а требований второго класса - 5%. Расчеты проводились при различной удельной нагрузке на одну ОПЕ. Кроме того, задавались различные границы гистерезисов и рассматривались все три возможных способа их взаимного расположения
Численное исследование свойств управления при наличии непересекающихся гистерезисов проводилось при различных значениях нагрузки на одну ОПЕ; при этом рассматривался как случай сильно перегруженного узла, так и менее нагруженного. Результаты, приведенные в четвертой главе показывают, что при заданных исходных данных практически полная блокировка требований третьего сервисного класса не обеспечивает высокое качество обслуживания требований первых двух сервисных классов, поскольку общая нагрузка, создаваемая этими требованиями, составляет 0,9 эрл. в расчете на одну ОПЕ. Вместе с тем, за счет выбора границ гистерезиса для требований второго сервисного класса можно обеспечить высокое качество обслуживания требований первого сервисного класса. Выбранные во втором и последующих вариантах границы гистерезиса для второго сервисного класса позволяют устранить негативное влияние других потоков на качество обслуживания требований первого сервисного класса, если нагрузка, создаваемая требованиями первого сервисного класса, не станет чрезмерной.
Численное исследование свойств управления доступом с пересекающимися гистерезисами рассматривалось только в области относительно небольших нагрузок, т.к. при большей нагрузке сближение
гистерезисов не целесообразно. Данные исследования показали, что если суммарная нагрузка всех потоков составляет не более 0,8 эрл на ОПЕ, то при большой доле нагрузки, создаваемой требованиями третьего сервисного класса, является целесообразным устанавливать верхнюю границу гистерезиса для требований третьего сервисного класса выше верхней границы гистерезиса для требований второго сервисного класса, т.е. использовать схему, когда один гистерезис содержит внутри себя другой. Если суммарная нагрузка всех потоков составляет не более 0,8 эрл на ОПЕ, а доля нагрузки, создаваемой требованиями третьего сервисного класса невелика, то следует использовать пересекающееся расположение гистерезисов, при этом гистерезис для требований третьего класса должен быть достаточно широким, чтобы обеспечить сохранения режима доступа при колебаниях нагрузки в области ее больших значений.
Численное исследование свойств управления доступом, когда один гистерезис содержит внутри себя другой рассматривалось лишь в области относительно небольших нагрузок. В рассматриваемых примерах практически отсутствуют потери требований первого сервисного класса. Однако, потери требований второго сервисного класса оказывались большими, если верхняя граница гистерезиса для требований третьего сервисного класса была слишком высокой, что облегчало доступ требованиям этого класса к ресурсам сети. В то же время, нижняя граница гистерезиса для требований третьего сервисного класса оказывала слабое влияние на характеристики сети.
В заключении сформулированы основные результаты работы.
Похожие диссертационные работы по специальности «Системы, сети и устройства телекоммуникаций», 05.12.13 шифр ВАК
Разработка алгоритмов размещения базовых станций на основе методов оптимизации для сетей беспроводного доступа2010 год, кандидат технических наук Ермолаев, Сергей Юрьевич
Исследование влияния статистических свойств мультимедийного IP-трафика на характеристики качества обслуживания2013 год, кандидат технических наук Буранова, Марина Анатольевна
Разработка метода оценки вероятностно-временных характеристик услуг IPTV при их управлении мультимедийной подсистемой IMS2013 год, кандидат наук Али Раад Абдо Мохаммед
Разработка и исследование метода оценки эффективности введения мультисервисной интеграции на корпоративной сети2001 год, кандидат технических наук Голышко, Александр Викторович
Методы анализа и расчета сетей сигнализации и мультисервисных сетей с одноадресными и многоадресными соединениями2005 год, доктор технических наук Самуйлов, Константин Евгеньевич
Заключение диссертации по теме «Системы, сети и устройства телекоммуникаций», Чернушевич, Александр Викторович
4.9. Выводы
1. При нагрузке в узле, превосходящей его пропускную способность или близкой к ней, необходимо использовать достаточно далеко отстоящие гистерезисы для требований второго и третьего сервисных классов.
2. Гистерезис для требований второго сервисного класса должен быть достаточно узким, если суммарная нагрузка первого и второго сервисных классов составляет не более 0,7 эрл. на ОГК.
3. Гистерезис по обслуживанию требований третьего класса должен быть достаточно широким, чтобы обеспечить сохранения режима доступа при колебаниях нагрузки в области ее больших значений.
4. Если суммарная нагрузка всех потоков составляет не более 0,8 эрл. на ОПЕ, то при большой доле нагрузки, создаваемой требованиями третьего сервисного класса, является целесообразным устанавливать верхнюю границу гистерезиса для требований третьего сервисного класса выше верхней границы гистерезиса для требований второго сервисного класса.
5. Если суммарная нагрузка всех потоков составляет не более 0,8 эрл. на ОПЕ, а доля нагрузки, создаваемой требованиями третьего сервисного класса, невелика, то следует использовать пересекающееся расположение гистерезисов, при этом гистерезис для требований третьего класса должен быть достаточно широким, чтобы обеспечить сохранения режима доступа при колебаниях нагрузки в области ее больших значений.
6. «Стоимостные функционалы» слабо чувствительны к вероятности потерь требований, в особенности требований приоритетных классов, поэтому их оптимизацию нужно проводить только при сохранении ограничений на качество обслуживания требований первых двух классов.
7. При перегруженной сети (р> 1) наличие требований третьего сервисного класса приводит к снижению стоимостных показателей, в особенности показателя Р, указывающего на доход сети от обслуживания требований всех сервисных классов.
8. В сильно нагруженной сети (р> 0,8) за счет требований третьего сервисного класса ресурсы сети используются более полно, однако функционал Р чувствителен к выбору границ гистерезиса для требований третьего сервисного класса.
9. В слабо нагруженной сети (р<0,7) за счет требований третьего сервисного класса ресурсы сети используются более эффективно, чем при обслуживании только требований двух первых классов.
10. Снижение вероятности настойчивости пользователей, создающих требования третьего сервисного класса, позволяет повышать эффективность функционирования сети.
11. Наиболее эффективным с учетом суточных колебаний нагрузки является обслуживание требований третьего сервисного класса таким образом, что в интервалах с высокой общей нагрузкой требований первых двух сервисных классов интенсивность потока требований третьего сервисного класса снижается за счет ухода на альтернативные сети.
117
Заключение
1. В современных БСПИ на аппаратном уровне и уровне ПО реализована возможность применения метода дифференцированного обслуживания пользователей.
2. Разработана математическая модели сегмента БСПИ, учитывающая разные сервисные классы пользователей, их дифференцированный доступ к ресурсам сети, а также гистерезисы, возникающие при управлении доступом БСПИ.
3. Исследована упрощенная трехпотоковая математическая модель показавшая, что для учета ограничений на доступ к ресурсам сети необходимо различать состояния, когда обслуживаются или не обслуживаются требования соответствующего потока.
4. Разработаны алгоритмы вычисления стационарных вероятностей трехпотоковой модели в зависимости от расположения гистерезисов
5. Стоимостные функционалы слабо чувствительны к вероятности потерь требований, в особенности требований приоритетных классов, поэтому их оптимизацию нужно проводить только при сохранении ограничений на качество обслуживания требований первых двух классов.
6. Снижение вероятности настойчивости пользователей, создающих требования третьего сервисного класса, позволяет повышать эффективность функционирования сети.
7. Наиболее эффективным является вариант, когда в интервалах с высокой общей нагрузкой требований первых двух сервисных классов, интенсивность потока требований третьего сервисного класса снижается за счет ухода на альтернативные сети.
118
Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Чернушевич, Александр Викторович, 2012 год
Литература
1. Автоматическая коммутация: Учебник для вузов. Под ред. Ивановой О.Н., - М.: Радио и связь, 1988. - 624 с.
2. Андрианов Г.А. Учет влияния повторных вызовов при интерпретации результатов измерения качества обслуживания. Обозрение прикладной и промышленной математики, 2010, т. 17, вып. 2. 247248 с.
3. Андрианов Г.А., Порязов С., Цитович И.И. Обслуживание транзитного трафика на сети оператора связи. Информационные процессы, 2010, т. 10, вып. 1. 3653 с.
4. Андрианов Г.А., Цитович И.И. О некоторых особенностях влияния потерь на интерпретацию результатов измерения качества обслуживания. Труды 64-й научной сессии РНТОРЭС. М.: РНТОРЭС, 2009. 341343 с.
5. Башарин Е.П., Самуйлов К.Е. Современный этап в развитии теории телетрафика. Сбоорник: Информационная математика, т.1, 2001. 153166 с.
6. Безир X., Хойер П., Кеттлер Г. Цифровые АТС. Перевод с немецкого под ред. В.В. Штрагера. М.: Радио и связь, 1984
7. Блэк. К). Сети ЭВМ: протоколы стандарты, интерфейсы. М.: Мир, 1990. 506 с.
8. Боккер П. ISDN - цифровая сеть с интеграцией служб. Понятия, методы, системы. - М.: Радио и связь, 1991 с.
9. Бутрименко A.B., Лазарев В.Г. Система поиска оптимальных путей передачи сообщений. Проблемы передачи информации, т.1, 1965. 8-26 с.
10. Вентцель Е.С. Овчаров Л.А. Теория вероятностей и ее инженерные приложения. М.: Высшая школа, 2000. 480 с.
11. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. М.: Высшая школа, 1999. 576 с.
12. Вишневский В. M. Теоретические основы проектирования компьютерных сетей. М.: Техносфера, 2003. 512 с.
13. Вишневский В.М., Ляхов А.И., Портной С. Л., Шахнович И.В. Широкополосные беспроводные сети передачи информации. М.: Техносфера, 2005. 592с.
14. Вишневский В.М., Портной С.Л., Шахнович И.В. Энциклопедия 4G. М.: Техносфера, 2009. 472с.
15. Гольдштейн Б.С. Конвергенция мобильных и интеллектуальных сетей. Вестник связи, №4, 2000. 15-24 с.
16. Гольдштейн Б.С. Протоколы сети доступа. М.: Радио и связь, 1999. 317 с.
17. Гольдштейн Б.С., Пинчук A.B., Суховицкий А.Л. IP - Телефония. -М.: Радио и связь, 2001. - 336 с.
18. Джамалипур А. Беспроводной мобильный Интернет: архитектура, протоколы и сервисы. М.:Техносфера, 2009. - 496 с.
19. Дымарский Я.С., Крутякова Н.П., Яновский Г.Г. Управление сетями связи: принципы, протоколы, прикладные задачи. М.: ИТЦ «Мобильные коммуникации»,
20. Евланов Л.Г. Теория и практика принятия решений. М.: Экономика, 1984. 176 с.
21. Емельянов C.B., Борисов В.И., Малевич A.A., Черкашин А.М. Модели и методы векторной оптимизации. Итоги науки и техники. Техническая кибернетика. М.: ВИНИТИ АН СССР, т.5, 1973. 386-488 с.
22. Емельянов C.B., Озерной В.М. Проблемы и методы принятия решений в задачах с векторным критерием. Материалы YI всесоюзного совещания по проблемам управления. М.: Наука, т.5, 1974. 25-29 с.
23. Чекалин A.A. Защита информации в системах мобильной связи. Под редакцией д.т.н. Заряева A.B. и д.т.н. Скрыля C.B. 2-е изд. испр. и доп. -М.: Горячая линия телеком, 2005. -171 с.
24. Кааранен X., Ахтиайнен А. и др. Сети UMTS. Архитектура, мобильность, сервисы. - М.: Техносфера , 2007. - 464 с.
25. Клейнрок Л. Вычислительные системы с очередями. М.: Мир, 1979. 600 с.
26. Клейнрок Л. Коммуникационные сети: Стохастические потоки и задержки сообщений. Пер. с англ. под редакцией Первозванского A.A. -М. Наука, 1970.-225 с.
27. Корнышев Ю.Н., Пшеничников А.П., Харкевич А.Д. Теория телетрафика. Учебник для вузов. - М.: Радио и связь, 1996. - 272 с.
28. Кох Р., Яновский Г.Г. Эволюция и конвергенция в электросвязи. -М.: Радио и связь, 2001.-280 с.
29. Красносельский М.А., Покровский A.B. Системы с гистерезисом. -М.: Наука, главная редакция физико-математической литературы, 1983.-271 с.
30. Крутякова Н.П. Управление сетями электросвязи. Учебное пособие. ГУТ им. проф. М.А. Бонч-Бруевича. - СПб, 1995.
31. Лагутин B.C., Степанов С.Н. Телетрафик мультисервисных сетей связи. - М.: Радио и связь, 2000.
32. Лазарев В.Г. Основы построения цифровой сети интегрального обслуживания. Узкополосные ЦСИО. Учебное пособие для студентов и аспирантов по специальности 23.05. МИС. - М., 1990. - 89 с.
33. Лазарев В.Г., Лазарев Ю.В. Динамическое управление потоками информации в сетях связи. - М.: Радио и связь, 1983. - 235 с.
34. Лазарев В.Г., Лазарев К).В., Шерер Р.Г. Управление приоритетным обслуживанием потоков вызовов. Сборник научных трудов: управление в распределённых информационных системах. - М.:Наука, 1989. -22-27 с.
35. Лазарев В.Г., Саввин Г.Г. Сети связи, управление и коммутация. -М.: «Связь», 1973.-264 с.
36. Лившиц Б.С., Пшеничников А.П., Харкевич А.Д. Теория телетрафика. -М.: Связь, 1979.-224 с.
37. Назаров А.Н., Разживин И.А., Симонов М.В. ATM: Технические решения создания сетей. М.: Горячая линия - Телеком, 2001. - 376 с.
38. Олифер В.Г., Олифер H.A. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы. 3-издание. - СПб: Питер, 2009. - 960 с.
39. Паршенков Н.Я., Шерер Р.Г. Игровой метод адаптивного управления входными потоками в комбинированной системе обслуживания. Управление ресурсами в интегральных сетях. -М.: Наука, 1991. -13-21 с.
40. Поспелов Д.А. Введение в теорию вычислительных систем. -М.: Советское Радио, 1972. - 280 с.
41. Прангишвили И.В., Виленкин С .Я., Медведев И.Л. Параллельные вычислительные системы с общим управлением. -М.: Энергоатомиздат, 1983. - 312 с.
42. Протоколы и методы управления в сетях передачи данных. Под ред. Ф. Куо. - М.: Радио и связь, 1985.
43. Рогинский В.Н. Теория сетей связи. - М. Радио и связь, 1977.
44. Сегайер А. Численное исследование алгоритмов расчета вероятности потерь для многопотоковых моделей пакетных сетей. Информационные процессы, том 9, № 3. -М., 2009. - 161-182 с.
45. Степанов С.Н. Модель совместного обслуживания трафика сервисов реального времени и трафика данных, т. II. Интеллект Телеком. -М., 2011
46. Степанов С.Н. Основы телетрафика мультисервисных сетей. - М.: Эко -Трендз, 2010.-392 с.
47. Степанов С.Н. Численные методы анализа систем с повторными вызовами. -М.: Наука, 1983.
48. Степанов С.Н., Мелик-Гайказова Э.И., Наумова Е.О. Расчет пучков соединительных линий декадно-шаговых и координатных АТС с учетом эффекта повторных вызовов. Труды Российского научно-технического общества радиотехники, электроники и связи имени А.С. Попова. Серия: Научная сессия, посвященная Дню радио, вып. LX-2. -М.: Инсвязьиздат, 2005.-298-300 с.
49. Тихвинский В.О., Терентьев С.В. Управление и качество услуг в сетях GPRS/UMTS. - М.: Эко-Трендз, 2007. - 284с.
50. Тихвинский В.О., Терентьев С.В., Юрчук А.Б. Сети мобильной связи LTE: технологии и архитектура. - М.: Эко-Трендз, 2010. - 284с.
51. Форд Л., Фалкерсон Д. Потоки в сетях. Пер. с англ. - М.: Мир, 1966. -276 с.
52. 1Дитович И.И. Устойчивые модели трафика мультисервисных сетей Труды Российского научно-технического общества радиотехники, электроники и связи имени А.С. Попова. Серия: научная сессия, посвященная Дню радио, выпуск: LX-2, т. 2. - М., 2005. - 271-273 с.
53. Цитович И.И., Наумова Е.О., Чернушевич А.В. Влияние гистерезиса при управлении трафиком на характеристики узла мобильной сети. РНТОРЭС им. А.С. Попова. Серия: научная сессия, посвященная Дню радио. B.LXIV. - М.: Инсвязьиздат, 2009. - 343-345 с.
54. Цитович И.И., Чернушевич А.В. Влияние гистерезиса на управление приоритетами в телекоммуникационной сети. Обозрение прикладной и промышленной математики, т. 15. № 6, 2008. - 1141-1142 с.
55. Цитович И.И., Чернушевич А.В. Исследование влияния гистерезиса управления доступом к ресурсам БШС на эффективность ее функционирования. Информационные процессы, т. 11, № 3, 2011. -348-368 с.
56. Цитович И.И., Чернушевич A.B. О влиянии гистерезиса управления трафиком на эффективность функционирования мультисервисной сети. Обозрение прикладной и промышленной математики, т. 17, № 2, 2010. -314-315 с.
57. Цитович И.И., Чернушевич A.B. Особенности приоритетного обслуживания при передаче информации в реальном времени в сетях передачи данных. Девятый Международный симпозиум «Интеллектуальные системы» ИНТЕЛС. - Владимир, 2010. - 326-329 с.
58. Цитович И.И., Чернушевич A.B. Расчет стационарных вероятностей трехпотоковой модели управления доступом к ресурсам БШС с гистерезисами. Информационные процессы, т. И, № 2, 2011.-348-368 с.
59. Чернушевич A.B. Динамическое управление приоритетами при дифференцированном обслуживании пользователей беспроводной сети. РНТОРЭС им. A.C. Попова. Научная сессия, посвященная Дню радио. B.LXVI. - М.: Инсвязьиздат, 2011,- 295-298 с.
60. Чернушевич A.B. Математическая модель сегмента беспроводной широкополосной сети при дифференцированном обслуживании абонентов. Всероссийская конференция с международным участием «Информационно-телекоммуникационные технологии и математическое моделирование высокотехнологичных систем», -М.: РУДН. 2011.-59-61 с.
61. Чернушевич A.B. Особенности приоритетного обслуживания при передаче информации реального времени в LTE-сетях. Труды Международной научно-технической конференции «INTERMATIC-2010», ч. 3. - М.: Энергоатомиздат, 2010. -260-263 с.
62. Чернушевич A.B. Управление распределением ресурсов сегмента беспроводной широкополосной сети. Т-СОММ: Телекоммуникации и транспорт, №7. -М., 2011. - 156-159 с.
63. Шварц М. Сети связи: протоколы, моделирование и анализ: в 2-х ч., ч I.
Пер. с англ. - М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1992. - 336 с.
64. Шварц М. Сети связи: протоколы, моделирование и анализ: В 2-х ч., ч II. Пер. с англ. - М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1992. - 272 с.
65. Шварц М. Сети ЭВМ: Анализ и проектирование. Ilep. с англ. под ред В.А. Жожикашвили. -М.: Радио и связь, 1981 -336 с.
66. Шерер Р. Анализ эффективности комбинированных систем с потерями и ожиданием и условными приоритетами при локальном управлении нагрузкой в условиях перегрузки. Распределённые управляющие системы и вычислительные системы. -М. .'Москва, 1987. - 50-61 с.
67. Шерер Р., Паршенков Н.Я., Кольцов А.Н., Баранник К.Д. Адаптивное управление при перегрузке в комбинированной системе с отказами и ожиданием. Сборник научных трудов. Управление в распределённых информационных системах. - М.:Наука, 1989. - 10-20 с.
68. LLIeppep Р. Системы связи с перестроением и переформированием пакетов вызовов, №2. - М.: Электросвязь, 2003. - 35-37 е., №6,2003 с.32-34
69. Шеррер Р. Системы связи с перестроением и переформированием пакетов вызовов, №6. - М.: Электросвязь, 2003. - 32-34 с.
70. Якубайтис Э.А. Архитектура вычислительных сетей. - М.: Статистика, 1980-279 с.
71. Якубайтис Э.А. Открытые информационные сети. - М.: Радио и связь, 1991.
72. Яновский Г.Г., Абдурахманов Р.П. Анализ характеристик системы ограничения нагрузки, базирующихся на управлении выходным буфером центра коммутации пакетов. Обработка сигналов в системах связи. Сб. научных трудов УИС, вып. 156-СПб: ЛЭИС, 1992.-138-142 с.
73. Recommendation ETSI 3G TS 29.002 version 3.3.0
74. 3GPP TS 23.203. Technical Specification Group Services and System Aspects; Policy and Charging Control Architecture (Release 9)
75. 3GPP TS 29.272. Technical Specification Group Core Network and Terminals; Evolved Packet System (EPS); Mobility Management Entity (MME) and Serving GPRS Support Node (SGSN) related interfaces based on Diameter protocol (Release 9)
76. 3GPP TS 29.273 Evolved Packet System (EPS); 3GPP EPS AAA interfaces (Release 9).
77. 3GPP TS 33.401. 3GPP System Architecture Evolution (SAE); Security architecture (Release 9).
78. Bogomolova N.E., Lazarev Y.G. Information flows management in the 3rd generation of mobile communication network. Pr. Conf New Information Technologies, - M.: EF3Y, 2000 - 221-224 c.
79. IEEE 802.11 Standard Group Web Site. Available from: http://www.ieee802.Org/l 1/
80. IEEE 802.16 Standard Group Web Site. Available from: http://www.ieee802.org/16/
81. IEEE Std 802.11-2007. I EE Standard for Information Technology -Telecommunications and information
82. IEEE Std 802.16e-2005 and IEEE Std. 802.16-2004/Cor 1-2005. Part 16: Air Interface for Fixed and Mobile Broadband Wireless Access Systems. Amendment 2: Physical
83. ITU-T, Recommendation Q.704: Signalling System No.7. Message Transfer Part, Signalling network functions and messages. 1996
84. ITU-T, Recommendation Q.752: Monitoring and measurements for Signalling System No. 7 networks. 1997.
85. Scherer R.G. On a delay-loss system for overload protection. Arch. Electronic end Ubertragungstechn, Bd. 38, N3, 1984. - 201-206 p.
86. Scherer R.G., Parchenkov N. Ya, Koltsov A.N., Barannik K.D. Adaptive overload control in a delay-loss system. First German-Soviet seminar on flow control and integrated commun. Syst. - Dortmund, 1987. - 3.1 - 3.19 p.
87. Tim Szigeti, Christina Hattingh. End-to-End QoS Network Design: Quality of Service in LANs, WANs, and VPNs. - Cisco Press, 2004
88. Tsitovich I., Bubnov Yu., Melik-Gaykazova E. On robust models of multyservise system traffic XH-th International summer conference on probability and statistics. Abstracts. - Bulgaria, Sozopol, 2006. - 38 p.
89. Tsitovich 1.1., Chernushevich A.V. Calculation of stationary probabilities for a three-stream model of control of the access of the resources of a wireless wideband network with hysteresis. Journal of Communication Technology and Electronics, vol. 56№12.-M., 2011.- 1543-1551 p.
«УТВЕРЖДАЮ»
Ректор МТУ СИ д.т.н, проф.
Аджемов A.C.
2011 г.
АКТ
об использований результатов кандидатской диссертации «Влияние гистерезиса управления трафиком на обеспечение надежности функционирования узла беспроводных систем передачи информации»
Чернушевича Александра Викторовича
в учебном процессе базовой кафедры МТУ СИ «Информационные сети и системы» при
ИРЭ РАН им. В.А. Котельникова
Комиссия в составе:
- председателя заведующего кафедрой ИСиС акад., д.т.н., проф. Кузнецова H.A.,
- членов комиссии:
Цитовича И.И., д.ф.-м.н., профессора кафедры Богомоловой Н.Е., к.т.н., доцента кафедры составили настоящий акт о том, что следующие результаты диссертационной работы Чернушевича A.B., полученные им лично, использованы в лекционном курсе и при постановке практических занятий по дисциплине «Современные проблемы науки в области телекоммуникаций», а именно:
1) результаты исследования эффективности модели дифференцированного обслуживания пользователей с использованием гистерезисов для сегмента беспроводной широкополосной сети;
2) алгоритм расчета стационарных вероятностей объема используемого ресурса сети, учитывающий различные категории пользователей;
3) метод определения порогов доступа к ресурсам сети для различных категорий пользователей.
/Кузнецов H.A./
/Цитович И.И./
/Богомолова Н.Е./
«УТВЕРЖДАЮ»
АКТ
о внедрении результатов диссертационной работы Чернушевича A.B.
на тему «Влияние гистерезиса управления трафиком на обеспечение надежности функционирования узла беспроводных систем передачи информации» в ОАО «СМАРТС»
Комиссия в составе председателя - заместителя директора технического департамента Жидкова М.Г. и членов комиссии: заместителя начальника управления и оптимизации сетей Савенкова А.Н., начальника отдела по техническому обеспечению Кинжалеева С.Х. составила настоящий акт в том, что:
1. В ОАО «СМАРТС» были использованы следующие результаты и методики, полученные в диссертационной работе на соискание ученой степени кандидата технических наук Чернушевича A.B. «Влияние гистерезиса управления трафиком на обеспечение надежности функционирования узла беспроводных систем передачи информации»:
- методика дифференциации абонентов по категориям обслуживания и метод определения порогов обслуживания для каждой категории абонентов по критерию максимальной выручки;
- алгоритм расчета необходимого ресурса сети для заданной вероятности обслуживания абонентов, учитывающий различные категории абонентов.
2. Внедрение разработанных Чернушевичем A.B. методов и алгоритмов позволило:
- уточнить процедуры расчета информационной нагрузки и использовать результаты расчетов при разработке новых тарифных планов;
- снизить непроизводительные затраты на информационную сеть более чем на
- повысить нагрузку, обслуженную сетью в сутки при сохранении заданного качества обслуживания при введении двух категорий пользователей более чем на 5%, а при введении трех категорий пользователей - более чем на 7,5%.
Председатель комиссии:
2%;
Члены комиссии:
Заместитель начальника управления и оптимизации сете
Заместитель директора технического департамента
Начальник отдела по техническому обеспечению
ООО «Информационные Бизнес Системы» Россия, 127434, Москва, Дмитровское шоссе, 9Б тел.: +7 (495) 967-8080, факс: +7 (495) 967-8081 www.ibs.ru, e-mail: ibs@ibs.ru
АКТ
об использовании результатов диссертационной работы
Чернушевича A.B. на тему «Влияние гистерезиса управления трафиком на обеспечение надежности функционирования узла беспроводных систем передачи информации» в ООО «Информационные Бизнес Системы»
Комиссия в составе председателя - Заместителя генерального директора ООО «Информационные Бизнес Системы» Насырова В.В. и членов комиссии: Заместителя директора департамента промышленности и ТЭК Пилипенко Б.Г., начальника отдела по работе с ключевыми Заказчиками Багдасаряна А.Р. составила настоящий акт в том, что:
1. При исследовании эффективности тарифных планов были использованы следующие результаты и методики, полученные в диссертационной работе на соискание ученой степени кандидата технических наук Чернушевича A.B. «Влияние гистерезиса управления трафиком на обеспечение надежности функционирования узла беспроводных систем передачи информации»:
- методика повышения пропускной способности информационной сети путем введения дифференцированного обслуживания пользователей различных категорий в беспроводных широкополосных сетях, учитывающая структурный состав пользователей сети;
- упрощенная трехпотоковая математическая модель с гистерезисами и алгоритм расчета ее характеристик.
2. Внедрение разработанных Чернушевичем A.B. методов и алгоритмов позволило:
- уточнить процедуры расчета информационной нагрузки при введении нескольких категорий пользователей для создания новых видов услуг, предоставляемых Заказчикам ООО «Информационные Бизнес Системы» по разработке моделей для формирования тарифов как в мобильных, так и в стационарных сетях.
Члены комиссии:
1. Заместитель директора департамента промышленности и ТЭК
Председатель комиссии:
Заместителя генерального директора
2. Начальник отдела по работе с ключевыми Заказчиками
Обратите внимание, представленные выше научные тексты размещены для ознакомления и получены посредством распознавания оригинальных текстов диссертаций (OCR). В связи с чем, в них могут содержаться ошибки, связанные с несовершенством алгоритмов распознавания. В PDF файлах диссертаций и авторефератов, которые мы доставляем, подобных ошибок нет.