Книги по разным темам Pages:     | 1 | 2 | 3 |

Кроме того, наличие параметров неопределенности (bi ) ( z,i 1, n, z i ) в выраz, жении (6) и (gi1) ( s 1,m, i 1,n ) в выражении (7) может привести к тому, что разs, мерность вектора состояния ТКС nx также станет функцией параметров неопределенности. Таким образом, параметры (b1) и (gi2 ) формализуют параметрическую стаz,i s, ционарную неопределенность, а параметры (bi ) и (gi1) - структурную стационарную z, s, неопределенность состояния телекоммуникационной системы.

В рамках предлагаемой модели реструктуризации (4) осуществляется формализация процессов управления канальными и буферными ресурсами ТКС. В выражении (4) n слагаемое aij pxi, j (k) характеризует объем данных, который будет убывать из, p1, pi n очереди (i, j) на соседние узлы, а слагаемое arj,i xr, j (k) численно определяет r 1,r i, j объем данных, которые поступают в эту же очередь в момент времени tk в соответствии со статической стратегией управления сетевыми ресурсами. Эти слагаемые определяют непосредственно содержание управления буферным ресурсом сетевых узлов.

n n Кроме того, слагаемые bi,l (k)uijl (k) и bv,i (k)uvj,i (k) (4) определяют, l 1,l i v1,vi, j также объемы данных, которые убывают или поступают в очередь (i, j) от соседних узлов, но уже в соответствии с динамической стратегией управления сетевыми ресурсами. Приведенные слагаемые непосредственно отвечают за распределение канального ресурса между трафиками пользователей, а также согласно выражению (3) определяют порядок использования буферного пространства сетевых узлов-маршрутизаторов ТКС.

m Слагаемое gsj,iws, j (k) характеризуют объем данных, который поступает в очередь s(i, j) приграничного узла-маршрутизатора от сетей доступа или отдельных абонентов.

На переменные состояния, а также переменные статического и динамического управления сетевыми ресурсами с целью предотвращения перегрузки элементов ТКС может быть наложен ряд ограничений. Ввиду ограниченности величины буферов очередей на узлах ТКС на переменные состояния накладываются ограничения вида 0 xi, j (k) ximax, (9), j где ximax - емкость буфера очереди на i -м маршрутизаторе для пакетов трафиков, пе, j редаваемых на j -й маршрутизатор.

Исходя из физического смысла переменных статического управления сетевыми ресурсами, на них накладываются ограничения вида n 0 aij p ; aij p 1. (10),, p1, pi Вследствие ограниченности пропускных способностей трактов передачи на переменные динамического управления сетевыми ресурсами накладывается следующая система ограничений:

n ( 0 uijl (k) uijlmax) 1; uijl (k) i,l 1, (11),,, j1, ji ( где uijlmax) - результат предварительного решения задачи распределения канальных, ресурсов, определяющий максимальную долю пропускной способности тракта передачи (i,l), выделенную для передачи пакетов от i -го узла-маршрутизатора к j -му; i,l - доля пропускной способности тракта (i,l ), выделенная для реализации динамической стратегии управления сетевыми ресурсами.

В общем случае переменная i,l может отличаться от единицы, так как реализация динамической стратегии управления сетевыми ресурсами всегда связана с дополнительными временными затратами и расходами буферного пространства и пропускной способности, вызванными необходимостью передачи дополнительных объемов служебной информации. Случай i,l 0 соответствует моделированию решения задач реструктуризации с реализацией лишь статических стратегий управления сетевыми ресурсами, основанных на использовании фиксированных (статических) маршрутных таблиц. Они определяются или на этапе проектирования сети на основе информации о ее структуре, пропускной способности каналов связи, а также априорных данных о средней загрузке отдельных направлений сети, или в процессе предварительной настройки сетевого оборудования провайдеров, например при создании некоммутируемых виртуальных путей в сетях АТМ или Frame Relay. Примером подобного решения служит протокол маршрутизации IISP (Interim Interswitch Signaling Protocol), нашедший свое применение в сетях АТМ. Динамические стратегии управления сетевыми ресурсами ( i,l 0 ) и, в частности, динамическая маршрутизация являются атрибутом дейтаграммных сетей, например сетей-IP или ATM-сетей, использующих коммутируемые виртуальные соединения. Возможность периодического перерасчета маршрутных таблиц заложена, например, в такие маршрутизирующие протоколы, как RIP и IGRP в IPсетях [6].

Кроме того, согласно физическому смыслу координат матрицы G на их величину накладываются ограничения вида n gsj,i 1. (12) i1, ji Стоит учесть тот факт, что на узлы ТКС поступают агрегированные потоки одновременно от нескольких сетей доступа, к которым подключены, в свою очередь, множество отдельных абонентов (рис.1). В этой связи особый интерес представляет при нятие гипотезы о нормальности процесса w(t) [7]. Принятие данной гипотезы обосновано возможностью применения центральной предельной теоремы, позволяющей сделать следующее заключение: если агрегированный поток w(t) представляет собой наложение множества информационных потоков отдельных абонентов, то согласно ре зультатам работ [7, 8] процесс w(t) можно считать гауссовской случайной некоррелированной последовательностью с известным средним w(k) и спектральной плотностью мощности Nw(t). Обеспечивая коммутацию каждого сетевого узла как минимум к четырем-пяти сетям доступа, создающим соизмеримые между собой по интенсивности информационные нагрузки, можно добиться желаемых статистических характеристик агрегированного потока на приграничный узел ТКС [8]. Это позволит обеспечить адекватное математическое описание системы и, в конечном итоге, получить эффективное решение поставленной задачи по реструктуризации ТКС.

4. Выбор критерия оптимальности при решении задач реструктуризации ТКС В конечном итоге наличие в том или ином виде неопределенности стационарного состояния ТКС существенно отражается на самом процессе реструктуризации системы, который в общем случае согласно предложенной выше динамической модели сводится к расчету оптимального управления u(xt,t) в соответствии с выражением u(xt,t) arg min MJ(x,u,,t), (13) где Ma - математическое ожидание случайной величины a.

При получении численных значений вектора динамического управления сетевыми ресурсами u(xt,t) в процессе реструктуризации ТКС важную роль играет форма и содержание функционала J в выражении (13). Основным требованием к таким функционалам является учет значений вектора состояния ТКС и вектора динамического управления сетевыми ресурсами на протяжении интервала оптимизации 0,tN, т.е. критерий (13) не должен носить терминальный характер.

В рамках предложенной динамической модели реструктуризации ТКС задача оптимального управления (13) может быть представлена в форме задач Больца, Майера, Лагранжа и задачи на оптимальное быстродействие [9]. Формулировка задачи Майера не обеспечивает в процессе минимизации учет значений вектора динамического управления ресурсами ТКС, а в задаче на оптимальное быстродействие, кроме того, не учитываются значения и самого вектора состояния системы. В задаче Больца наблюдается обратная ситуация, в ней обеспечивается учет текущих значений x(t) и u(t), но кроме всего прочего особое внимание уделяется значениям вектора состояния ТКС в конце процесса оптимизации x(tN ). Но согласно физике процесса реструктуризации управление должно быть организовано на скользящем интервале 0,tN, в котором никаких дополнительных требований к значениям вектора x(tN ) не предъявляется. В этой связи, наиболее отвечает установленным требованиям интегральный функционал, представляющий задачу (13) в форме задачи Лагранжа [9]:

tN J М xT (t)Qxx(t) uT (t)Quu (t) dt, (14) где Qx - диагональная положительно определенная весовая матрица, обусловленная приоритетностью очередей на узлах сетевых узлов ТКС; Qu - диагональная положительно определенная весовая матрица, координаты которой характеризуют важность (стоимость) использования трактов передачи данных в ТКС.

Расчет управляющего вектора u(xt,t) связан с минимизацией стоимости использования доступных сетевых ресурсов ТКС на временном интервале 0,tN - периоде прогнозирования состояния системы. При этом в выражении (14) слагаемое xT (t)Qxx(t) характеризует стоимость использования буферных устройств сетевых уз лов ТКС, а слагаемое uT (t)Quu (t) определяет стоимость использования пропускной способности трактов передачи ТКС, т.е. канальных ресурсов сети.

5. Метод реструктуризации ТКС в условиях неопределенности структурнофункциональных сетевых параметров и характеристик абонентского трафика В основу предлагаемого метода реструктуризации будет положено решение сформулированной оптимизационной задачи (14), которое усложняется необходимостью синтеза управления u(xt,t) с одновременным стохастическим усреднением полученных решений. Однако предложенная модель реструктуризации, дополненная квадратичным функционалом (14), имеет одну важную особенность. Она заключается в применимости теоремы разделения [5], суть которой состоит в том, что решение исходной стохастической оптимизационной задачи можно упростить путем последовательного решения двух частных взаимосвязанных между собой задач. Первая - задача стохасти ческого оценивания состояния ТКС ( x(t) ) в условиях различного рода неопределенностей, а вторая - задача детерминированного управления сетевыми ресурсами, связанная с нахождением непосредственно управляющего вектора u(xt,t) по результатам решения задач оценивания. Таким образом, основу разрабатываемого метода реструктуризации составят модель нахождения оценок вектора состояния ТКС в различных условиях неопределенности сетевых параметров и внешних воздействий, а также модель рас чета вектора динамического управления сетевыми ресурсами u(xt,t).

5.1. Модель адаптивного оценивания состояния ТКС в условиях неопределенности структурных и функциональных сетевых параметров В рамках предложенной математической модели реструктуризации ТКС в условиях неопределенности стационарного состояния системы при наличии неизвестного вектора параметров неопределенности задача адаптивного оценивания может рассматриваться как задача совместного оценивания и идентификации [5]. В соответствии с методом разделения производится, в свою очередь, декомпозиция общей задачи оценивания на множество элементарных условных задач при фиксированном векторе параметров. Тогда решение исходной задачи при стационарной параметрической неопределенности получается в виде взвешенной суперпозиции решений элементарных задач оценивания с весовой функцией, в роли которой может выступать априорная f ( | t0) ( или апостериорная f | t,t0 ) плотности вероятности распределения вектора. Выражение для оценки состояния ТКС в этом случае приобретает вид [5] x(t) x(,t) f( | t,t0 )d (16) с апостериорной дисперсией оценки ( V (t) (,t) [x(t) x(,t)][x(t) x(,t)]T } f | t,t0 )d. (17) {V Важно отметить, что входящие в выражения (16) и (17) условные по среднеквадратичные оценки x(,t) Мx(t) | y(t), и V (,t) M[x(t) x(,t)][x(t) x(,t)]T | y(t), получаются путем использования фильтра Калмана-Бьюси [10] 1 T dx(,t) / dt А(,t)x(,t) V (,t)H(,t)Nv (t)[(t) H (,t)x(,t)], (18) dV (,t) / dt А(,t)V (,t) V (,t)АT (,t) V (,t)H(,t)Nv HT (,t)V (,t) G()NwGT (). (19) ( Апостериорная плотность вероятности f | t,t0 ) при наличии результатов наблюдения находится из соотношения f( | t,t0 ) (t,t0 | ) f () / (20) (t,t | ) f ()d, где (t,t0 | ) - отношение правдоподобия, определяемое из выражения [5] t (t,t0 | ) exp x( |,t0,)H (,)Nv (,)y()d tt T H (, )x( |, t0, ) Nv (, )d.

t ( Плотность распределения f | t,t0 ) позволяет получить оценку на основании выборочной статистики (t).

Основываясь на анализе выражений (16)-(20), можно сделать вывод о том, что в соответствии с применением метода разделения для получения искомой адаптивной по оценки (16) можно использовать обобщенный фильтр [5, 11], структуру которого (рис. 2) определяет, с одной стороны, линейная неадаптивная часть (множество параллельно соединенных элементарных линейных фильтров, непосредственно функционально не связанных между собой, каждый из которых настроен на конкретное значение ), а с другой стороны, - нелинейная часть, обеспечивающая необходимую адаптацию к значениям параметра неопределенности путем расчета апостериорной плот( ности вероятности f | t,t0 ).

Элементарный x(1,t) линейный фильтр (18)-(19) №Элементарный x(2,t) Блок x(t) линейный фильтр переключения (18)-(19) №каналов (16) y(t) * x(S,t) * * Элементарный линейный фильтр (18)-(19) № S Блок расчета апостериорной плотности вероятности состояния (20) Рис. 2.

При практической реализации предложенной модели адаптивного оценивания состояния ТКС следует учитывать тот факт, что количество элементарных фильтров, входящих в состав обобщенного фильтра (рис.2), соответствует числу возможных реализаций параметра стационарной неопределенности. Таким образом, для получения приемлемых решений в реальном масштабе времени континуум должен быть представлен счетным множеством в соответствии с заданной f (). Согласно физике решаемой задачи параметры неопределенности динамической модели реструктуризации ТКС в основе своей дискретны, так как (bi ) 0,1 (6) и (gi1) 0,1 (7). Кроме того, z, s, мощность множества значений параметров статической неопределенности (b1) 0,cz,i (5) полностью определяется числом классов обслуживания, принятых в z,i рамках алгоритмов обслуживания очередей CBQ, CBWFQ на узлах ТКС. Количество а) возможных реализаций параметров неопределенности ij,(p (4) и (gi2 ) 0,1 (8) во s, многом зависит от особенностей технологической реализации соответственно механизмов статической маршрутизации и средств управления доступом.

5.2. Модель расчета управления сетевыми ресурсами в условиях реструктуризации телекоммуникационной системы При расчете вектора динамического управления сетевыми ресурсами u(t) в каждый текущий момент времени в ходе решения задач реструктуризации ТКС в соответствии с теоремой разделения [5] необходимо основываться на полученных оценках век тора состояния системы x, так как именно при его формировании производился учет возникновения в процессе функционирования различного рода неопределенностей. По итогам решения задач адаптивного стохастического оценивания вектора состояния ТКС производится также фактически идентификация структуры системы, отдельных ее функциональных параметров и характеристик внешней нагрузки. В этой связи процесс расчета оптимального вектора динамического управления сетевыми ресурсами u(xt,t) можно полагать детерминированным.

Pages:     | 1 | 2 | 3 |    Книги по разным темам