CC BY
32
16 декабря 2011 г, 10:20
Т-Сотт #9-2010
(Технология информационного общества)
Учет нестационарности потоков запросов при оптимизации структуры интеллектуальной сети системы поиска подвижных абонентов
Описано влияние нестационарности потоков запросов на вероятнос-тно-временные характеристики поиска подвижных абонентов. Приводится способ учета нестационарности потоков запросов при определении временных характеристик системы поиска подвижных абонентов
Бонч-Бруевич Л.М., Козииен Л.В..
МТУ СИ '
Практический интерес к системам подвижной связи СПС в настоящее время вызван потребностями пользователей в средств связи. Создание СПС требует больших затрат. Каждая организация, принимающая решение о построении сети, понимает необходимость расходования довольно значительных финансовых средств и поэтому тем более желает получить определенные гарантии качества проектируемой системы.
Необходимо подчеркнуть, что каждая СПС обладает своей спецификой и проектировщик сети при выполнении проектных работ должен обосновывать структуру и характеристики элементов и подсистем, в частности системы поиска подвижных абонентов (СИПА). Часто при проектировании СПС используют аналоги известные. хорошо зарекомендовавшие себя в работе проектные решения, накопленный опыт. Однако, своеобразие и уникальность функций, выполняемых каждой организацией, их постоянное развитие, возникновение новых технологий обгоняют накопленный опыт и тогда СПС, даже содержащая все современные средства, может работать с точки зрения пользователя недостаточно эффективно. Именно поэтому особый интерес в настоящее время приобретают методы, которые па основе моделирования позволяют оценить: структуру системы поиска подвижных абонентов СПС, организацию ба) данных, характеристики компьютеров и каналов связи, состав и функции программных продуктов, состав и организацию информационного обеспечения поиска подвижных абоентов.
Таким образом, цель проектирования СИПА состоит в том, чтобы на основании характеристик функционирующего объекта выбрать состав технических устройств, средств связи, информационное и программное обеспечение, структуру и организацию СИПА, которые выполняли бы основные требования к качеству поиска подвижных абонентов при заданных ограничениях на затраты.
В процессе проектирования СИПА разработчику на различных этапах проектирования необходимо генерировать варианты проектных решений, рассчитывать функциональные характеристики для каждого варнаита вычислительной сети. Для повышения точности определения вероятностно временных характеристик поиска абонентов необходимо использовать большое число
параметров математической модели, которая описывает
функционирование СИПА. Это усложняет расчетные соотношения и увеличивает объем вычислений.
В настоящее время имеется широкий набор отдельных методик, каждая из которых позволяет определить свой, достаточно узкий набор характеристик при определенных ограничениях. Учитывая, что основные требования абоненты СПС предъявляют временным характеристикам, которые являются основной оценкой качества функционирования, в настоящей статье основное внимание уделено именно этому вопросу.
По различным причинам поток запросов не бывает установившимся на достаточно большой срок (стационарным). Стационарность режима на текущем этапе развития науки является основным условием для оптимизации. Говорить о стационарности режима можно лишь с той или иной степенью приближения. Поэтому, для того, чтобы обеспечить минимальные временные характеристики поиска подвижных абонентов при оптимизации структуры интеллектуальной сети, необходимо учитывать нестационарность потоков. Задача оптимизации структуры интеллектуальной сети подсистемы поиска абонентов возникает при оптимизации работы существующей сети подвижной связи.
В случае применения распределенного метода поиска подвижных абонентов необходимо разделить зону обслуживания системы связи между узлами управления. а также определить необходимое число уровней управления. В работе [4] показано, применение распределенного метода поиска [1] подвижного абонента при вызове позволяет уменьшить время поиска подвижного абонента по сравнению с централизованным методом поиска. Применение распределенного метода поиска также позволяет уменьшить внутренний трафик системы на поиск абонентов при вызове и на обновление информации о местоположении подвижных абонентов при их перемещении из юны обслуживания одной базовой станции в зону обслуживания другой.
На время поиска подвижного абонента в сетях связи с распределенной системой поиска в значительной степени зависит от числа уровней иерархии интеллектуальной сети и числа узлов управления на каждом из уровней, то есть структуры интеллектуальной сети, а также от перераспределения производительности между узлами интеллектуальной сети. Следовательно, выбор такой структуры интеллектуальной сети и такого
Т-Сошш #9-2010
(Технологии информационного общества)
распределения производительности между ее узлами, которое обеспечивает минимальное время поиска при вызове подвижного абонента, является крайне важной.
11роблсма синтеза структуры интеллектуальной сети является одной из важнейших и наиболее сложных задач проектирования не только в плане разработки самих процедур синтеза, но даже и в плане ее удовлетворительной математической постановки. Эта проблема предполагает решение двух взаимосвязанных задач: задачи определения числа и местоположения узлов управления и задачи построения структуры (конфигурации) межузловой сети, включающей в себя определение емкости линий связи.
Моделью работы системы поиска подвижных абонентов является система массового обслуживания с обработкой запросов двух видов с разными характеристиками потоков запросов и потоков обслуживания. В случае оптимизации существующей сети возможно применение статистических методов как для оптимизации структуры интеллектуазыюй сети [2]. так и для оптимального распределения производительности между элементами системы поиска подвижного абонента [3]. Определение граничных условий позволяет уменьшить число рассматриваемых вариантов сократить сложность задачи.
При модернизации существующей сети мы уже имеем статистику по зонам обслуживания базовых станций. В частности, по каждой базовой станции нам известно число абонентов в зоне обслуживания ,\ы =[//й ] и интенсивности Гы = [у6( ] потоков запросов на установление соединений. Кроме того, нам известны вероятности РВшЕ1 = [/)Лы1А| ] вызовов абонентов, находящихся в зоне обслуживания / -й базовой станции, абонентами, находящимися в зоне обслуживания /-й базовой станции.
Также, мы знаем по каждой базовой станции интенсивность Ла = [Я, , ] потока запросов на изменение баш данных о местоположении подвижных абонентов при перемещении, равно как и вероятности РПгр[ =[Рп/р, | перемещения абонентов из зоны
обслуживания /-й базовой станции в зону обслуживания / -й базовой станции.
Определим оптимальное число узлов управления по критерию минимального среднего значения времени поиска подвижного абонента при вызове.
Как и в предыдущем случае, мы ограничимся вариантом построения двухуровневой распределенной интеллектуальной сети. Если число узлов управления первого уровня равно единице, то двухуровневая распределенная интеллектуальная сеть вырождается в централизованную. Максимальное значение числа узлов управления первого уровня ^ равно числу базовых станций Л/,
Архитектура интеллектуазыюй сети может быть
.. .. .-I = 1</ 1
описана мономиазьнои матрицей 1 '' размером
Л/ х XI строки которой соответствуют узлам управления первого уровня, а столбцы - базовым станциям.
Элемент матрицы </„ = 1 если /-ая базовая станция управляется /-м умом управления первого уровня и о =0 - в противном случае. При этом число узлов
управления первого уровня равно числу ненулевых строк.
Необходимо отмстить, что от перестановки строк
матрицы •'! структура интеллектуальной сети не меняется, а меняется только нумерация узлов управления первого уровня. Поэтому договоримся, что строки матрицы А будут отсортированы в порядке возрастания номера первого ненулевого элемента. В этом случае первые К строк будут ненулевые, а оставшиеся ( Л/ - К ) - нулевые.
Число абонентов узлов управления первого уровня может быть найдено по следующей формуле:
Ы,=ЫахА, (I)
где - вектор числа абонентов в зонах обслуживания базовых станций;
А - матрица архитектуры интеллектуазыюй сети.
Вектор .V, числа абонентов узлов управления первого уровня содержит М элементов, из которых первые К элементов будут ненулевые, а оставшиеся (М- А') - нулевые.
Интенсивности Г,,, потоков запросов на установление соединений поступающих в узлы управления первого уровня от базовых станций равны:
Г„|=ГйхЛ. (2)
где Гк. - вектор интенсивностей потоков запросов на установление соединений, поступающих к базовым станциям;
А — матрица архитектуры интеллектуальной сети.
Вектор Г„, интенсивностей потоков запросов на установление соединений поступающих в узлы управления первого уровня от базовых станций содержит М элементов, из которых первые К элементов будут ненулевые, а оставшиеся (М - к) - нулевые.
Вероятности вызовов абонентов, находящихся в зоне обслуживания /-го узла управления, абонентами, находящимися в зоне обслуживания / -го узла управления, находятся по следующей формуле:
(3)
где РВы,и - матрица вероятностей вызовов абонентов, находящихся в зоне обслуживания / -й базовой станции. абонентами, находящимися в зоне обслуживания / -й базовой станции.
Матрица Р11ьп1 вероятностей вызовов абонентов имеет размер Л/хЛ/ . При этом только элементы подматрицы размером КхК могут иметь не нулевые значения. Матрица содержит полные вероятности, то есть как вероятности полной обработки вызова узлом управления первого уровня, так и вероятности перехода обработки вызова на узел управления второго уровня и
