Загальні положення автоматизованого проектування систем зв’язку

Размещено на http://www.allbest.ru/

ЗАГАЛЬНІ ПОЛОЖЕННЯ АВТОМАТИЗОВАНОГО ПРОЕКТУВАННЯ СИСТЕМ ЗВ'ЯЗКУ

Вступ

Проектування - це початковий етап створення нової чи модернізації існуючої системи, який включає перетворення інформації, що задана технічним завданням, у технічну документацію на виготовлення цієї системи. Проектування включає комплекс робіт з дослідження, розрахунків, оптимізації, моделювання, конструювання для одержання оптимальної (найкращої у визначеному розумінні) системи, що задовольняє вимоги технічного завдання.

В сучасних умовах постійно зростають потреби суспільства у нових системах зв'язку. Поряд із ускладненням систем зв'язку виникають вимоги скорочення термінів їх проектування та підвищення якості проєктування без зростання кількості проектувальників. Цього можна досягти шляхом застосування автоматизованого проектування системи, що означає виконання проектних процедур при тісній взаємодії людини та ЕОМ. Розглянемо деякі загальні положення та особливості початкових етапів проектування систем.

1. Етапи та особливості проектування технічних систем

Зміст даного підрозділу базується на відомих роботах з теорії та практики проектування, зокрема, автоматизованого проектування систем. Життєвий цикл складної технічної системи, як правило, включає такі етапи:

1) формування вимог до системи і формування технічного завдання на її розробку;

2) проектування системи;

3) виготовлення, дослідження та доопрацювання дослідних зразків системи;

4) серійне виробництво;

5) експлуатація;

6) модернізація системи,

7) утилізація.

Етап 1 також називають зовнішнім проектуванням. При цьому виясняється мета, заради якої створюється система; уточнюється коло розв'язування нею задач; визначаються умови роботи системи, формулюються вимоги до технічних характеристик та показників якості системи.

Етап 2 називають також внутрішнім проектуванням. При цьому визначаються структура і параметри системи, варіанти побудови та способи практичної реалізації, конструкція, технологія виготовлення підсистем та системи в цілому. Метою внутрішнього проектування є розробка необхідної технічної документації, що складає собою проект системи.

На етапі внутрішнього проектування в свою чергу виділяють наступні стадії: розробка технічної пропозиції, ескізного проекту, технічного проекту, робочої конструкторської документації. На стадії розробки технічної пропозиції формується концепція побудови та визначаються основні параметри системи, що задовольняють вимоги технічного завдання. При цьому фактично узгоджуються вимоги зовнішнього проектування з можливостями внутрішнього проектування. Основна задача ескізного проектування - розробка структури, визначення основних характеристик системи. На стадії технічного проектування уточнюється та деталізується проект системи, створюється та випробовується дослідницький зразок системи. На заключній стадії проектування розробляється комплект конструкторської документації на виробництво та експлуатацію системи.

Процес внутрішнього проектування системи у загальному випадку включає виконання таких робіт: аналіз аналогічних систем та обґрунтування вихідних даних і обмежень на систему; вибір принципів побудови і визначення структури системи; схемотехнічний синтез системи; конструювання системи; розробка технології виготовлення системи, підготовка апаратури для випробувань системи.

При проектуванні спочатку виконуються науково-дослідні роботи, в межах яких проводиться пошук шляхів створення та дослідження нових принципів побудови системи. Результатом є формулювання технічного завдання на розробку нової системи. Потім проводяться експериментально-конструкторські роботи, в межах яких перевіряються і конкретизуються способи побудови системи, а також створюється дослідницький зразок системи. Результатом є ескізний проект системи. При технічному проектуванні виконується детальна розробка усіх схемних, конструкторських і технологічних рішень, необхідних для виготовлення, випробувань та експлуатації системи.

Опис складної технічної системи складається з декількох аспектів: функціонального, конструкторського, технологічного. Функціональний аспект відбиває фізичні, інформаційні процеси, що відбуваються в системі при її функціюванні. Конструкторський аспект характеризує структуру, розташування у просторі і форму складових частин системи. Технологічний аспект характеризує технологічність, можливість і засоби виготовлення системи в заданих умовах.

При описуванні системи виділяються такі рівні абстрагування: системний, функціональний, схемотехнічний і компонентний. На системному рівні як система фігурує той об'єкт, що призначений для проектування, наприклад, система автоматичного телефонного зв'язку або мережа передачі даних між ЕОМ. Функціональними елементами виступають блоки та пристрої, наприклад, модем, передавач, приймач, демодулятор. Схемними елементами виступають, наприклад, генератор сигналів, підсилювач, лічильник, дешифратор. На компонентному рівні розглядаються процеси, що протікають у компонентах схеми, наприклад, інтегральних схемах, транзисторах.

У залежності від того, в якій послідовності виконується проектування, розглядають спадний і висхідний спосіб проектування системи. При спадному проектуванні, що протікає ”зверху-вниз”, задачі більш високих ієрархічних рівнів проектування вирішуються раніше, ніж задачі нижчих ієрархічних рівнів. При висхідному проектуванні - ”знизу-вверх”, навпаки, задачі нижчих ієрархічних рівнів проектування вирішуються раніше, ніж задачі більш високих ієрархічних рівнів. Функціональне проектування є, як правило, спадним, а конструкторське - висхідним.

Успішне вирішення задачі проектування системи можливе лише на базі різностороннього, цілістного розгляду проектованої системи та її розвитку (зміни) у процесі взаємодії із зовнішнім середовищем та іншими системами. Лише такий підхід, який називається системним, здатний привести до істино творчих, новаторських проектних рішень. В основі системного підходу лежать такі принципи.

Врахування всіх етапів "життєвого циклу" системи, що розробляється (проектування, виготовлення, експлуатація, утилізація).

2. Врахування історії і особливо перспектив розвитку систем даного та близьких класів систем.

3. Різносторонній розгляд взаємодії системи з навколишнім середовищем (з природою та суспільством взагалі).

4. Врахування основних видів взаємодії елементів самої системи (функціональної, конструктивної, енергетичної, інформаційної, динамічної).

5. Врахування взаємодії між розвитком елементної бази та системотехніки.

6. Врахування можливості зміни вихідних даних і навіть вирішуваної задачі в процесах проектування, виготовлення та експлуатації системи.

7. Виділення головних показників якості системи, що повинні враховуватися та покращуватися при проектуванні.

8. Поєднання принципів композиції, декомпозиції та ієрархічності при створенні підсистем, пристроїв, блоків.

9. Розкриття основних технічних протиріч, що перешкоджають покращенню основних показників якості системи та пошук шляхів їх усунення.

9. Правильне поєднання різних методів проектування: математичних, евристичних, експериментальних, а в рамках математичних методів - аналітичних та з допомогою ЕОМ.

10. Забезпечення відповідної взаємодії в процесі проектування спеціалістів різного профілю.

Розглянемо деякі особливості проектування систем зв'язку з урахуванням вказаних принципів системного підходу.

Оскільки складність систем зв'язку швидко зростає, то для аналізу і синтезу таких складних систем існує лише один шлях - розчленування їх на різні елементи та дослідження множини їх структур і взаємодії. Ці проблеми відбиті у науковому напрямку - архітектура систем. Архітектура систем - містке поняття, що містить три важливих види взаємопов'язаних структур: фізичну, логічну, програмну. Кожна з цих структур визначається набором елементів і характером їх взаємодії.

Складній системі зв'язку притаманні такі відмінні ознаки:

- велика кількість взаємопов'язаних і взаємодіючих елементів;

- складність функції, яку виконує система;

- можливість розбивання системи на підсистеми, функціонування яких підпорядковані загальній цілі функціонування системи;

- керування розгалуженою мережею (часто ієрархічної структури) і потоками інформації;

- взаємозв'язок із зовнішнім середовищем і функціонування в умовах впливу випадкових факторів.

Сучасні системи зв'язку є типовими представниками складних систем з ієрархічною, функціональною та структурною організацією. Функціональна ієрархія відбиває специфіку задач кожного елемента системи та підпорядкованість елементів, зумовлену їх спільним функціонуванням у складі системи зв'язку.

У сучасній практиці створення складних систем для їх синтезу використовується поєднання змістовних (еврістичннх, інтуітивних) та формальних (алгоритмічних) методів. Синтез складних систем полягає у визначенні структури системи, що синтезується, та процесів її функціонування. Функціонально-структурний підхід зводиться до розбивання складних систем на окремі структурні рівні (підсистеми) для визначення їх функціонального призначення. Така організація відбиває як взаємодію системи з навколишнім середовищем, так і внутрішні взаємозв'язки елементів у процесі функціонування системи.

Внутрішні процеси в системах зв'язку можна подати у вигляді досить складних моделей фізичних, інформаційних та керуючих потоків. Однак масштаби та складність сучасних систем зв'язку такі, що їх безсистемний опис подібним набором моделей часто не наближає, а віддаляє проектувальників від розуміння основних процесів, що відбуваються в системі, та їх взаємозв'язків. З цього випливає необхідність використання простої, але водночас унікальної методології аналізу прикладних областей і специфікації (подання) систем зв'язку, що дозволяють систематизовано зафіксувати процеси, які відбуваються в них. Таким науковим методом є метод системного аналізу.

Центральне мiсце серед основних концепцiй проектування систем зв'язку слiд надати принципу модульностi, який необхiдно розвивати на iнформацiйному, функцiональному та iнших рiвнях. Принцип модульної органiзацiї передбачає побудову складних систем на основi набору модулiв. Модульний пiдхiд при проектуваннi систем дозволяє забезпечити створення сiмейств систем, якi вiдрiзняються функцioнальними можливостями та характеристиками, сприяє стандартизацiї елементiв все бiльш високих рiвнiв та скороченню витрат на проектування систем. Основнi властивостi видiлених типiв модулiв - їх завершенiсть та ієрархічність у середині модулів певного типу.

При вирішенні питання про функціональний склад модулів існують дві діалектичні протилежності - багатофункціональність та спеціалізація модулей, причому ці протилежності існують на всіх рівнях розвитку систем. Підвищення універсальності модулів розглядається як захід, який забезпечує скорочення номенклатури, зниження витрат на проектування. Спеціалізація модулів є засобом досягнення високої ефективності системи внаслідок оптимального узгодження алгоритмів та функції, що реалізуються, а також зменшення надлишковості структури модулів.

2. Застосування математичних методів на початкових стадіях проектування

мережа зв'язок автоматизований система

Раніше при проектуванні систем використовувалися в основному евристичні та експериментальні методи. Процес проектування зводився до вибору з невеликої кількості варіантів систем і тільки тих, що задовольняють задані обмеження на тактико-технічні характеристики системи. З ускладненням систем і зростанням їх вартості виникла необхідність створення оптимальних систем. Став крилатим вислів «Ми не настільки багаті, щоб проектувати неоптимально». Зараз при проектуванні вже не задовольняються аналізом тільки одного варіанту системи із заданими властивостями. Намагаються порівняти якомога більше альтернативних варіантів побудови системи, щоб вибрати із них найкращий у встановленому розумінні.

В процесі проектування складної системи необхідно, щоб на кожному етапі приймались оптимальні проектні рішення. Тому при проектуванні значну роль відіграють такі основні проектні процедури, як оптимізація, синтез, аналіз варіантів побудови системи. Оптимізація - це вибір оптимальної (найкращої у визначеному розумінні) структури і параметрів системи. При цьому мають місце задачі синтезу та аналізу. Вибір параметрів системи - це параметричний синтез, вибір структури - це структурний синтез. Аналіз - це оцінювання потенціальних можливостей системи, визначення характеру змін значень вихідних параметрів системи в залежності від того, як змінються її структура та внутрішні параметри системи. Вихідні параметри системи визначають технічні характеристики системи (наприклад, вага, габарити, надійність, необхідна смуга частот), а також визначають показники якості, що характеризують споживчі властивості системи (наприклад, точність і швидкість передачі даних, тривалість затримки повідомлень). До внутрішніх параметрів системи можна віднести, наприклад, вид модуляції, потужність сигналу передавача, робочу частоту сигналу, коефіцієнт модуляції, девіацію частоти.

В сучасних умовах при проектуванні застосовують математичні, евристичні та експериментальні методи. Евристичні і експериментальні методи використовуються в тому випадку, коли немає можливості вирішити поставлені задачі проектування за допомогою математичних методів.

При використанні математичних методів проектування сукупність вихідних даних для проектування формулюється у вигляді строгих математичних положень, зокрема, будуються математичні моделі системи, визначаються показники якості системи, вибирається критерій оптимальності системи та розв'язуються задачі оптимізації структури та параметрів системи.

Поняття оптимальності пов'язується з вибором найкращих у встановленому розумінні варіантів системи. Цей вибір виконується шляхом оптимізації деяких цільових функцій, зв'язаних з показниками якості систем. Постає запитання, чи можливо взагалі знайти проектне рішення, яке б задовольняло максимум (чи мінімум) одночасно всіх цільових функцій. Як правило, це неможливо. Тому, наприклад, формулювання «добитися максимальної ефективності системи за мінімальних витрат» не має сенсу.

Обрані показники якості системи можуть бути трьох типів: нейтральні, тобто незалежні між собою; зв'язані між собою, але узгоджені; зв'язані та конкуруючі між собою. У перших двох випадках оптимізація системи може виконуватися незалежно щодо кожного із показників. У третьому, найбільш складному випадку, поліпшення одних показників якості призводить до погіршення інших показників якості. Тому при розв'язанні оптимізаційної задачі слід шукати узгоджений оптимум показників якості, якому відповідає найкраще значення кожного показника якості, що може бути досягнутий за фіксованих, але довільних значень інших показників якості.

Задача вибору оптимальних варіантів систем із позиції системного аналізу є типовою задачею відомої галузі дослідження операцій, зокрема, теорії вибору і прийняття рішень. Задача прийняття рішень це пара , де - множина допустимих варіантів (альтернатив) системи, - принцип оптимальності, що визначає поняття кращих (оптимальних) варіантів. Розв'язком задачі є підмножина оптимальних варіантів , одержана з використанням указаного принципу оптимальності.

Математичним виразом принципу оптимальності є функція вибору . Вона зіставляє з підмножиною допустимих варіантів ту її частину , що є розв'язком сформульованої задачі вибору. Задачі прийняття проектних рішень відрізняються в залежності від наявної інформації про множину і принцип оптимальності . У загальній задачі прийняття рішень як , так і можуть бути не повністю відомі, а додаткову інформацію для вибору одержують у процесі розв'язання задачі. Задачу з відомою множиною називають задачею вибору, а задачу з відомими та - загальною задачею оптимізації.

Нехай певна властивість альтернатив із множини виражається числом, тобто існує відображення :. Тоді така властивість називається показником якості, а число - оцінкою альтернативи за цільовою функцією (критерієм) . Як правило, альтернативи характеризуються не однією, а кількома властивостями, що визначає неохідність характеризувати систему вектором показників якості

.

При цьому проектне рішення оцінюється за сукупністю цільових функцій

,

а множина відображується у критерійний простір , де кожній альтернативі відповідає свій вектор оцінок

.

Існує багато методів оптимізації систем, що вкладають у поняття оптимальності різне розуміння. Проте більшість правил вибору кращих рішень має спільну рису: вибір виконується на основі інформації про попарне (бінарне) порівняння варіантів систем. Звичайно, таке порівняння може здійснюватися на множині допустимих альтернатив, але частіше це зручно виконувати у критерійному просторі, оскільки тут проектні рішення порівнюються за допомогою критеріїв, що мають числовий характер.

При проектуванні систем мають місце прямі й обернені задачі. Прямі задачі - це задачі аналізу, що відповідають на запитання: яке значення приймає критерій для вибраного допустимого варіанта . Обернені задачі - це задачі синтезу, що відповідають на запитання: як вибрати рішення , для якого критерій досяг оптимального значення. Якщо є відомим аналітичний вираз для цільової функції (у скалярному випадку), то оптимальна альтернатива знаходиться розв'язанням деякої варіаційної задачі

Складнощі розв'язання таких задач зв'язані з апріорною невизначеністю, зокрема при недостатній інформації про умови роботи системи. Якщо ця невизначеність носить параметричний характер, можуть бути одержані оцінки невідомих параметрів, які і використовуються при розв'язанні задач оптимізації. У загальному випадку апріорна невизначеність приводить до складніших за структурою систем.

Другий тип апріорної невизначеності зв'язаний з відсутністю достатньої інформації для формалізації розпливчастого уявлення про оптимальність системи, що є наслідком недостатньо усвідомленої, а тому і нечітко сформульованої глобальної цілі функціонування системи. Відомими є тільки вимоги до окремих властивостей (показників якості) системи. Це і приводить до задач векторної оптимізації, в яких виникає необхідність шукати оптимум векторної цільової функції

.

Лише у випадку нейтральних і узгоджених показників якості розв'язок оптимізаційної задачі знаходиться шляхом незалежної оптимізації окремих цільових функцій

.

При зв'язаних між собою і конкуруючих показниках якості системи збіг окремих розв'язків

є скоріше випадком, аніж правилом. У цьому разі розв'язком задачі

є узгоджений оптимум, якому відповідають найкращі значення кожного з показників якості, що можуть бути досягнуті за фіксованих (але довільних) значень інших показників. Розв'язком таких оптимізаційних задач, як правило, є не одна альтернатива, а певна множина альтернатив. Множину розв'язків, що задовольняють умову узгодженого оптимуму векторної цільової функції, називають Парето-оптимальними розв'язками.

Враховуючи, що показники якості взаємопов'язані між собою, потенціально можливі значення кожного показника, наприклад, першого залежать від значень інших показників якості . Ця залежність

при різних допустимих комбінаціях називається робочою поверхнею. За умови, що залежність є строго монотонною по кожному показнику , вона є оптимальною поверхнею. Усі точки цієї поверхні задовольняють умови -кратного узгодженого оптимуму і тому визначають багатовимірні (-вимірні) потенціальні характеристики системи. В термінах багатокритеріальної (векторної) оптимізації оптимальній поверхні відповідає множина Парето-оптимальних значень вектора показників якості , а також відповідних їм Парето-оптимальних систем. Оптимальна поверхня визначає також сімейство багатовимірних діаграм обміну показників якості, тобто залежностей потенціально можливих значень кожного із показників якості від значень інших показників.

Слід зазначити, що широко використовувані на практиці одновимірні потенціальні характеристики систем, що характеризують потенціальне значення одного показника якості є, як правило, прихованою формою багатовимірної потенціальної характеристики і зв'язаною з нею багатовимірною діаграмою обміну. Це пояснюється тим, що при визначенні одновимірної потенціальної характеристики всі показники якості, окрім одного (найбільш важливого), переводяться в ранг обмежень або повністю ігноруються (тобто не враховуються). Однак фактично повністю ігнорувати всі показники якості, окрім одного, недопустимо, оскільки при цьому потенціально можливе значення цього єдиного оптимізуємого показника якості досягне нуля (тобто розв'язувана оптимізаційна задача виродиться у тривіальну). Таким чином, при оптимізації обраного головного показника слід обов'язково брати до уваги значення ще як мінімум одного антагоністичного показника. На практиці доводиться обов'язково враховувати, як правило, декілька показників якості. Звідси випливає, що у загальному випадку всі оптимізаційні задачі проектування складних систем є векторними за своєю суттю.

Для подальшого вибору єдиного пректного рішення із одержаної множини Парето-оптимальних варіантів треба залучати додаткову інформацію, яка уточнює і формалізує початкове нечітке уявлення про оптимальність системи. Використання такої інформації дає змогу визначити деяку конструктивну процедуру вибору єдиного прийнятного варіанта. Таким чином, спроектувати оптимальну систему - значить знайти оптимальну за векторним критерієм структуру та оптимальні значення параметрів системи. Для цього потрібно розв'язувати математичні задачі у загальному випадку векторної оптимізації при заданих цільових функціях і обмеженнях. Порівняно із задачами скалярної оптимізації, це значно складніші математичні задачі.

У багатьох випадках синтез та аналіз ефективності систем виконується аналітичними методами. Але часто розв'язання цих задач наштовхується складнощі не лише технічного, а й принципового характеру. У таких випадках при проектуванні складних систем також широко використовується їх моделювання на ЕОМ. Моделювання системи включає побудову і програмну реалізацію математичної моделі системи на ЕОМ і проведення її дослідження. Метою моделювання є перевірка ще на початкових етапах проектування правильності вибраних проектних рішень, а також можливості виконання вимог технічного завдання щодо одержання необхідних тактико-технічних характеристик системи. Слід відзначити, що виправлення помилок проектування ще на стадії підготовки технічної документації є значно дешевшим, ніж на стадії виготовлення дослідницьких зразків системи і тим більше на стадіях серійного виробництва та експлуатації системи. Тому моделювання системи на ЕОМ є важливим і ефективним етапом проектування системи.

Вказані проектні процедури оптимізації та моделювання притаманні початковим етапам проектування систем. Вони виконуються з використанням ЕОМ. Такий спосіб проектування, коли проектні процедури виконуються у тісній взаємодії проектувальника з ЕОМ називається автоматизованим проектуванням. Відповідні пакети прикладних програм та організаційно-технічні засоби, що реалізують ці проектні процедури, називають системами автоматизованого проектування (САПР). Для автоматизованого проектування характерним є раціональний розподіл функцій між людиною та ЕОМ. За допомогою ЕОМ розв'язуються ті задачі, які підлягають формалізації, але за умови, що їх машинне розв'язання ефективніше, ніж “ручне”. Для такого способу проектування характерним є використання ЕОМ при автоматизації окремих проектних процедур, що раніше виконувалися проектувальниками "вручну" (розрахунки, оптимізація, дослідження та опрацювання результатів досліджень, випуск конструкторської документації і таке інше).

На даний час автоматизоване проектування систем широко застосовується на схемотехнічному рівні, а також при конструюванні та розробці технології виготовлення окремих елементів системи. Але через ускладнення систем все більша потреба виникає в застосуванні ЕОМ при проектуванні на системотехнічному рівні, зокрема, при оптимізації та моделюванні систем.

Необхідно відрізняти автоматизоване проектування від автоматичного проектування. В останньому випадку опис об'єкту або алгоритм його функціювання перетворюєтся в технічну документацію без участі людини.

Нині термін "автоматизація проектування" визначає не тільки спосіб проектування, але також характеризує важливий науково-технічний напрямок у галузі проектування систем. При автоматизації проектування спостерігається перехід кількісного виграшу в термінах та витратах на проектування в якісні можливості цілих галузей техніки. Прикладом може служити мікроелектроніка, в якій без автоматизації проектування практично неможливим було б створення великих інтегральних схем.

Для розв'язання задачі автоматизованого проектування складної системи необхідна не тільки проста "експлуатація" значних технічних можливостей ЕОМ (великої швидкодії та пам'яті), але і глибокі знання предметної галузі. Це необхідно для побудови відповідних математичних моделей системи та використання сучасного математичного апарату теорії оптимізації систем для вибору проектних рішень, оптимальних за векторним критерієм оптимальності. При цьому виникає ряд питань. Як сформувати множину допустимих варіантів побудови системи? Як формалізувати цілі, заради яких створюється система? Як серед усіх можливих варіантів знайти оптимальний - "найбільш відповідний поставленим цілям"? Щоб відповісти на ці питання, необхідно математично строго поставити задачу синтезу оптимальної системи з урахуванням вимог технічного завдання.

3. Особливості мережі зв'язку як об'єкту проектування

Розглянемо загальну структуру мереж зв'язку (МЗ), які є складовими елементами інформаційних мереж - систем більш високого ієрархічного рівня. Інформаційні мережі - це сукупність технічних засобів збору, збереження, розподілу, передачі та обробки інформації (рис. 1).

Інформація від джерел інформації (ДІ) до споживачів інформації (СІ) може бути доставлена різними способами: людиною (Л) безпосередньо, за допомогою якогось виду зв'язку (наприклад, поштового, кур'єрського), або за допомогою системи електрозв'язку чи мережі електрозв'язку.

Мережа зв'язку - це сукупність кінцевих пунктів (КП), вузлів зв'язку (ВЗ) або систем комутації (СК), ліній або каналів зв'язку (КЗ), система керування, що призначені для передавання інформації від джерел інформації до споживачів інформації за допомогою електричних сигналів.

Кінцеві пункти - це сукупність технічних засобів для перетворення інформації в електричні сигнали, що можуть бути передані по каналах електрозв'язку. Вузли зв'язку, поділяються на комутаційні (комутація каналів, комутація повідомлень, комутація пакетів) для розподілу інформації та мережні (з кросуванням) для розподілу пучків каналів. Канали та лінії зв'язку, тобто ребра мережі, призначені для перенесення сигналів у просторі між окремими пунктами мережі. Фактично це одно чи багатоканальні системи системи передавання сигналів. Система керування - це набір програмно-технічних засобів, призначених для забезпечення нормальної роботи окремих систем, пристроїв і каналів, а також доставки повідомлень за адресою із заданими показниками якості, перерозподілу і обмеження потоків повідомлень, що передаються в мережі зв'язку. Обчислювальні центри (ОЦ) використовуються для забезпечення інформаційних послуг, тобто збору, збереження і переробки інформації. Для обміну інформацією між окремими ОЦ може бути використана МЗ, але в ролі ОЦ можуть бути і локальні мережі ЕОМ. Обчислювальні центри, що входять в інформаційну мережу, відносно МЗ можуть розглядатися як КП або як джерело чи споживач інформації.

Таким чином, мережа зв'язку являє собою систему передавання та розподілу інформації, тобто систему зв'язку у широкому розумінні. У цілому задачу розподілу інформаційних потоків у МЗ виконує система комутації. Вибір методів комутації визначається, виходячи з особливостей потоків повідомлень, класів користувачів і показників якості обслуговування. Розглянемо існуючі методи комутації з указаних позицій.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 1- Структурна схема інформаційної мережі зв'язку

Мережі з комутацією каналів. У мережах з комутацією каналів входженню користувача у зв'язок передує встановлення між ними прямого з'єднання через ряд проміжних ВК. Організований складений тракт передавання інформації, який одночасно використовує велике число проміжних ВК, закріплюється між двома КП на весь період сеансу зв'язку. При діалоговому режимі роботи інтервали між короткими проміжками передавання корисної інформації є значними, що призводить до зниження ефективності використання мережі.

Мережі з комутацією повідомлень. Метод комутації повідомлень на відміну від методу комутації каналів не потребує одночасного використання великого числа проміжних ділянок. Тут повідомлення передаються по черзі від ділянки до ділянки аж до досягнення повідомленням приймального КП. Якщо чергова проміжна ділянка зайнята, то передаванні повідомлення накопичуються у центрі комутації до моменту звільнення зайнятої ділянки.

Мережі з комутацією пакетів. Метод комутації пакетів на відміну від комутації повідомлень передбачає розподіл і передавання не цілих повідомлень, а частин повідомлення - пакетів, кожного зі своїм заголовком та адресою КП. Очевидно, що фаза встановлення з'єднання в явному вигляді тут відсутня. Пакети одного повідомлення можуть передаватися різними маршрутами. При цьому легко реалізуються різні види послуг для користувача, високий коефіцієнт завантаження каналів зв'язку, відносно малий час затримки при передачі пакетів завдяки можливості адаптивного перерозподілу трафіка з урахуванням стану мережі.

Мережі з гібридною комутацією. Поєднання переваг вказаних методів забезпечується у системах гібридної комутації, в яких комбінується метод комутації каналів для повідомлень, що потребують передавання в реальному масштабі часу (мова, сигнали телекерування і телеметрії, факсимільні повідомлення тощо) і метод комутації пакетів для цифрових даних. При цьому частина пропускної здатності магістральних каналів відводиться під трафік, що передається у режимі комутації каналів, а друга частина - під трафік, що передається у режимі комутації пакетів. Платою за широкі можливості гібридного методу комутації є ускладнення апаратури ВК.

Процес передавання повідомлень у МЗ, коли джерела інформації незалежні один від одного, породжує систему випадкових (у часі і просторі) потоків даних. Якість функціонування такої системи зв'язку, що комутується, характеризують різними показниками: середнім часом затримки повідомлень у мережі і середнім часом передавання повідомлень, проміжком часу від моменту під'єднання відправника до мережі до моменту видачі повідомлення одержувачу. Повідомлення виникають у випадкові моменти часу, їх тривалості також є випадковими величинами.

Велика кількість абонентів мережі і випадковість породжуваних ними потоків, що вимагають обслуговування, дозволяє розглядати МЗ як систему масового обслуговування (СМО). Кількісну сторону процесів у СМО досліджує теорія масового обслуговування, а інколи теорія черг. Вона встановлює залежність між характером потоків заявок, продуктивністю окремого каналу (обслуговуючого апарату), числом каналів та ефективністю обслуговування. Існують різні види систем обслуговування при надходженні вимог в систему, коли обслуговуючі апарати (ОА) зайняті.

Системи з втратами. Вимоги, що надходять до системи, не знаходять жодного вільного обслуговуючого апарату і губляться.

Системи з дожиданням. Можливе очікування для будь-якого числа вимог, які не можуть бути обслужені відразу. Вони складають чергу і за допомогою деякої дисципліни обслуговування визначається, в якому порядку очікувані вимоги вибираються з черги для обслуговування. Важливими дисциплінами обслуговування є: вимоги обслуговуються в порядку їх надходження; кожного разу перевагу має вимога, що надійшла останньою; чергова вимога вибирається з черги навмання.

Комбіновані системи з дожиданням і втратами. Очікувати може лише кінцеве число вимог, що визначається числом місць для очікування. Вимога може губитися і тоді, коли час очікування вимог перевищує задані межі.

Пріоритетні системи. Вимоги, що надходять, мають різні пріоритети. Якщо вимога, що надійшла, має високий пріоритет, а всі обслуговуючі апарати зайняті, то вона або займає одне з перших місць у черзі, або тимчасово припиняє обслуговування вимоги низького пріоритету, або взагалі припиняє його.

Мережі зв'язку підрозділяються за такими принципами:

- залежно від виду інформації, що передається (телефонні, телеграфні, передачі даних, звукове і телевізійне мовлення);

- залежно від території, що обслуговується (міжміські, обласні);

- за відомчою приналежністю (загального користування, диспетчерські);

- за способом розподілу і доставки повідомлень (прямими каналами або з комутацією каналів, повідомлень, пакетів);

- залежно від техніки, що використовується для організації роботи каналів зв'язку (кабельні, радіорелейні, волоконно-оптичні, супутникові);

- за типом каналу зв'язку (аналогові, дискретні, телефонні, телеграфні);

- за напрямком передачі (симплексні - в один бік, дуплексні - в обидва боки;

-за пропускною здатністю (низько і високошвидкісні).

Таким чином, проектування мереж зв'язку - це складна науково-технічна та економічна проблема, що потребує розв'язання великої кількості взаємопов'язаних задач. До їх числа належать насамперед задачі, зв'язані з визначенням топології мережі, вибором її архітектури та методу комутації, вибором каналів зв'язку, керуванням інформаційними потоками та мережею в цілому, розробкою та реалізацією стандартних процедур (протоколів інтерфейсів) для взаємодії апаратних та програмних засобів мережі, сервісним обслуговуванням тощо. Для розв'язання цих задач використовується системний підхід, що дозволяє з єдиних позицій розглянути проектування мережі як складної системи зв'язку.

При створенні мереж зв'язку виникають різні задачі проектування: побудова нової мережі, розвиток існуючих мереж з уведенням нових пунктів і каналів зв'язку, побудови нових мереж зв'язку на базі існуючих пунктів і каналів зв'язку заданої первинної мережі. У любому випадку при проектуванні мереж зв'язку необхідно побудувати математичну модель; вибрати показники якості та критерій оптимальності; вибрати оптимальну структуру і параметри мереж зв'язку та її складових частин.

Проектування мережі зв'язку включає розв'язування таких основних задач: визначення топології мережі; вибору пропускних здатностей каналів; визначення процедур маршрутизації; визначення процедур керування протоками. В цілому зміст проектування мережі зв'язку полягає в тому, щоб при заданих потоках синтезувати структуру мережі, яка за мінімальну вартість і при дотриманні деяких вимог до характеристик мережі могла б обслуговувати ці потоки. Звичайно, проектування мережі виконується в декілька етапів: прийняття рішень відносно топології абонентської мережі (загального числа абонентів, кількості і місця розташування концентратів доступу); проектування абонентських мереж; проектування магістральних мереж.

Різні підходи до вирішення задач проектування мережі визначаються вибором глобального показника якості, якими оцінюються мережі, наприклад, ціна будівництва мережі; ціна експлуатації мережі; надійність і продуктивність мережі; середній час затримки обслуговування заявок абонентів мережі. Важливе значення для проектування має також вибір сукупності частинних показників ефективності, що характеризують споживчі властивості мережі. Процес проектування мережі включає вибір структури мережі (структурний синтез) і вибір числових значень параметрів структур (параметричний синтез).

Размещено на Allbest.ru