Материал: Парамонов А. И. Математические модели в сетях связи. Часть 1

Технологии имитационного моделирования глубоко проникли в современную жизнь. Компьютерные игры, виртуальная реальность, дополненная реальность – это лишь примеры имитационных моделей, которые встречаются на бытовом уровне. В области научных исследований, разработок, производства и образования также используется множество, как правило, программных средств, которые можно отнести к системам имитационного моделирования. Системы имитационного моделирования позволяют, в ряде случаев, заменить натурное (физическое) моделирование и тем самым значительно облегчить решение задач проектирования.

Области применения имитационного моделирования весьма разнообразны, однако нас интересует вполне конкретная сфера деятельности, а именно построение телекоммуникационных систем и сетей. Круг решаемых в этой области задач тоже весьма широк: от уровня свойств физической среды, электрических сигналов и т. д. до уровня поведения пользователя (человека). В настоящее время нет единой системы имитационного моделирования, которая бы давала возможность глубоко и досконально моделировать процессы и явления, происходящие на всех этих уровнях.

В данном учебном пособии даются основные сведения, необходимые для построения имитационных моделей и анализе результатов моделирования с использованием двух систем имитационного моделирования AnyLogic и OMNeT++. По мнению автора, на момент написания пособия, эти системы являются наиболее проработанными и достаточно документированными. Обе системы доступны для свободного использования (или ограниченного использования, достаточного для решения рассматриваемых в настоящем пособии задач). Выбор двух систем объясняется их особенностями и особенностями задач в области теории и практики развития телекоммуникационных систем. Первая рассматриваемая система AnyLogic является системой имитационного моделирования общего назначения и не содержит готовых средств, ориентированных именно на телекоммуникационные приложения. Однако, особенность ее реализации, выражающаяся в широких функциональных возможностях, простоте освоения, наглядности результатов и некоторых других, позволяют найти ей применение в задачах исследования процессов, описываемых моделями систем массового обслуживания. Такое описание часто используется при описании элементов телекоммуникационных систем и сетей связи.

Вторая система имитационного моделирования OMNeT++ ориентирована на построение моделей сетей связи и содержит широкий набор библиотечных элементов, позволяющий упростить задачи моделирования сложных телекоммуникационных систем. Ее использование

6

позволяет достаточно простыми средствами создавать модели близкие по свойствам к реальным сетевым устройствам.

Выбор той или иной системы для решения конкретной задачи определяется исследователем (разработчиком модели), поэтому навыки работы с этими системами позволят достаточно свободно ориентироваться

ввыборе средств решения конкретных задач.

Впособии приводятся достаточно подробные описания процесса построения нескольких, наиболее наглядных, по мнению автора, имитационных моделей. Разумеется, материалы данного пособия не охватывают всего множества возможных вариантов построения моделей, а дают лишь начальные сведения и позволяют получить начальные навыки работы, что может быть весьма полезно для дальнейшей углубленной работы с данными системами. Для углубленного изучения способов построения моделей и систем имитационного моделирования следует обратиться к документации этих систем и дополнительной литературе, в частности, приведенной в перечне рекомендуемой литературы.

Материалы данного учебного пособия могут быть полезны для самостоятельного изучения систем имитационного моделирования, а также при выполнении лабораторного практикума по специальности 11.04.02 в рамках учебного плана.

7

1.СЕТИ СВЯЗИ: ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ И МОДЕЛИ

1.1.Сети с коммутацией каналов

1.1.1.Структура сетей с коммутацией каналов и сетевое оборудование

Технология коммутации каналов (КК), традиционно, применялась как базовая технология построения сетей телефонной связи.

Основная особенность технологии коммутации каналов заключается в том, что единицей измерения ресурса сети связи является канал связи. При предоставлении услуги связи канал (или несколько каналов) предоставляются на все время предоставления услуги. Это время определяется длительностью занятия, которая в свою очередь, в сети телефонной связи, в наибольшей степени зависит от длительности разговора.

Ввиду того, что технология коммутации каналов постепенно вытесняется технологий с коммутацией пакетов. Вопросы построения сети с КК целесообразно рассмотреть с точки зрения разработанных ранее и существующих по сей день решений. Традиционно, оборудование и линейные сооружения, используемые для построения телефонных сетей связи, принято подразделять на первичные и вторичные сети.

Первичная сеть – это каналообразующая сеть, определяющая структуру сети связи.

Вторичная сеть – это сеть коммутации, включающая в себя узлы коммутации, подключенные к первичной сети.

Примером структуры сетей с коммутацией каналов является структура телефонной сети общего пользования (ТфОП) [1]. Основным коммутационным элементом ТфОП являются АТС (автоматические телефонные станции).

Исторически, городские сети телефонной связи строились с использованием архитектуры без узлообразования (при малом числе абонентов), в которой все АТС сети соединялись по принципу «каждая с каждой». Второй архитектурой является архитектура ТфОП с узлообразованием, в которую вводятся еще два вида узлов коммутации: узлы входящих сообщений и узлы исходящих сообщений (УВС и УИС). Пара таких узлов образует узловой район. Сети содержали узлы спецслужб (УСС), и междугородные автоматические телефонные станции (АМТС).

Все узлы связаны между собой соединительными линиями первичной сети, каждая из которых позволяет организовать некоторое количество независимых каналов (иногда эту группу каналов называют пучком соединительных линий).

С точки зрения локализации систем коммутации относительно населенных пунктов принято различать следующие уровни иерархии сетей:

8

местный (городские и сельские сети), зоновый (группа населенных пунктов на территории одной зоны нумерации), междугородный и международный.

В процессе модернизации сетей связи, связанной с распространением цифровых систем коммутации, появились новые и изменились некоторые общепринятые названия узлов сети [1]. Районные АТС (РАТС) в цифровой сети обычно именуются ОПС (Опорная станция), узлы УИС и УВС – ТС (транзитная станция) и ОПТС (Опорно-транзитная станция).

Основная задача проектирования сети связи – обеспечение требований к качеству предоставления услуг и надежности (устойчивости), которая решается выбором необходимого объема ресурсов: числа каналов, узлов коммутации и структуры их связей.

1.1.2. Понятие абонентской нагрузки в сетях с коммутацией каналов

При обслуживании потока вызовов коммутационной системой каждый вызов занимает выход системы на некоторый промежуток времени. Если, например, выход одновременно обслуживает только один вызов, то загрузка выхода может характеризоваться суммарным временем обслуживания всех вызовов, а коэффициент полезного действия или использование выхода можно оценивать отношением суммарного времени обслуживания всех вызовов ко времени действия выхода. В теории телетрафика суммарное время обслуживания вызовов принято называть нагрузкой.

Следует различать нагрузки: поступающую, обслуженную и потерянную [2].

Обслуженная коммутационной системой за промежуток времени [t1, t2) нагрузка Y0(t1, t2) представляет собой сумму времен занятия всех выходов коммутационной системы, обслуживающей поступающий на ее входы поток вызовов за рассматриваемый промежуток времени [2].

Обслуженная за интервал времени нагрузка измеряется в часозанятиях или минуто-занятиях.

Интенсивность нагрузки – нагрузка за единицу времени (в телефонии, обычно за 1 ч). За единицу измерения интенсивности нагрузки принят эрланг (Эрл) по имени А. К. Эрланга. Один эрланг представляет собой нагрузку в одно часо-занятие за 1 ч.

В теории и практике расчета пропускной способности коммутационных систем обычно используется средняя интенсивность нагрузки, которую для краткости называют интенсивностью нагрузки.

Под поступающей на коммутационную систему за промежуток времени [t1, t2) нагрузкой Y(t1, t2) понимается такая нагрузка, которая была бы обслужена коммутационной системой за рассматриваемый промежуток времени, если бы каждому поступающему вызову тотчас было предоставлено соединение со свободным выходом.

9