 |
Лекция. Современное состояние телекоммуникационных систем
|
|
|
|
Цель: описать современное состояние телекоммуникационных систем, их особенности, основные направления совершенствования.
Содержание: основные определения; свойства ТКС; направления развития ТКС.
Основные определения.
Система – это взаимосвязанная совокупность элементов, обладающая свойством, которого не имеет ни одна его часть при любом способе членения.
Телекоммуникация – общение на расстоянии при помощи технических средств. Телекоммуникацию необходимо рассматривать как социально-техническую большую систему, в которой социальный компонент является активнодействующим и использующим информацию – основной рабочий объект системы.
Телекоммуникационные системы (ТКС) состоят из: технических средств, программного обеспечения, пользователей (абонентов) и системы управления. Взаимодействие этих элементов позволяет реализовать главную цель ТКС – передача, хранение и обработка информации.
При этом решаются социальные, технологические, экономические задачи общества:
1) Социальные задачи представлены задачами:
- повысить качество труда, которое оценивается соотношением «производственной стоимости» к «затратам труда»;
- расширять зону обслуживания, как по территории, так и по населению этой территории;
- увеличить состав и качество услуг.
2) Технические задачи связаны в первую очередь с обеспечением широкого состава и качества услуг, их профессиональную и функциональную ориентацию, информационную полноту.
3) Решение экономических задач должно быть направлено на обеспечение эффективности связи, ее оперативности, комфортности для потребителя, формирование рынка сбыта и платежеспособного спроса.
|
|
|
Все рассмотренные задачи должны учитываться еще при проектировании ТКС.
Свойства ТКС.
Назовем основные свойства телекоммуникационных систем:
1)Телекоммуникационные системы являются информационными системами. Смысл функционирования этих систем — транспортировка (перенос) информации.
2) Телекоммуникационные системы состоят из двух основных подсистем: технической и пользовательской. Взаимодействие этих различных по своей физической сущности подсистем определяет структуру и функции телекоммуникационной системы.
3) Телекоммуникационные системы являются «большими» системами, содержащими огромное количество компонентов, многие из которых — сами большие системы либо многофункциональные устройства. Компоненты телекоммуникационной системы имеют различное устройство и выполняют различные функции.
4) Телекоммуникационные системы многосвязные: их различные компоненты соединены между собой и имеют как прямые, так и обратные связи. Структура и топология телекоммуникационных систем переменны, управляемы, зависят от пользователей.
5) Телекоммуникационные системы являются крупномасштабными системами, охватывающими крупные территории и интегрирующимися в мировую систему телекоммуникаций. Телекоммуникационные системы взаимно проникающие. Процессы в телекоммуникационных системах могут проходить с различными скоростями.
6) Телекоммуникационные системы являются пространственно- распределенными и содержат как дискретные, так и непрерывные (пространственно-протяженные) компоненты. Элементы системы могут быть стационарными (статическими) или движущимися (динамическими). Такая природа телекоммуникационных систем порождает особую специфику происходящих в них процессов.
7) Телекоммуникационные системы являются эргатическими.
8) Телекоммуникационные системы являются немарковскими с точки зрения протекающих в них процессов. Это означает, что поведение системы определяется не только текущим состоянием, но и предысторией, причем довольно длительной, а также скрытыми возможностями, включающимися спонтанно в определенных условиях.
|
|
|
9) Телекоммуникационные системы нелинейны. Важно отметить следующие моменты:
а) нелинейная зависимость между различными видами оборудования в системе — техническая нелинейность;
б) нелинейная зависимость между нагрузкой, создаваемой абонентами системы, и пропускной способностью системы. Абонентская нагрузка существенно ситуационна, пропускная способность определяется инженерными решениями.
10) Телекоммуникационные системы синергетичны, т.е. самоорганизуемые и склонны к самостоятельному автономному поведению, обладают способностями к самосохранению и противодействию внешним воздействиям, устранению произошедших изменений внутренними средствами (в определенных пределах), а также функциональной инертностью.
11) Телекоммуникационные системы находятся в непрерывном развитии.
12) Телекоммуникационные системы наукоемки и базируются на перспективных технических разработках.
13) Телекоммуникационные системы являются сложными системами высокого уровня, т.е. сверхсложными.
Основные направления развития.
Перспективными направлениями развития сетей связи являются следующие:
1) Расширение использования дискретных сигналов.
2) Увеличение видов передаваемой информации за счет передачи документов, схем, видеоизображений.
3) Расширение функций обработки информации за счет включения в сеть связи ЭВМ.
4) Увеличения территории обслуживания различными видами связи (кабельная, радиорелейная, спутниковая, подвижная).
5) Интеграция связи, т.е. предоставление абоненту звуковой, факсимильной, видеосвязи и передачи данных в интегрированной форме.
6) Использование высокоскоростных каналов связи – оптическое волокно, волноводы.
7) Совершенствование коммутационных систем на базе цифровой электронной техники, что обеспечено достижениями в технологии БИС, их надежностью, ремонтопригодностью, малой энерго- и материалоемкостью, низкой стоимостью.
Учитывая сказанное выше, можно сформулировать главную цель совершенствования ТКС – глобализация связи и ее персонализация. Глобальная информационная структура может быть представлена объединением транспортной сети и распределенной сети доступа, предоставляющих любую информацию пользователям. Это может быть обеспечено высокими скоростями передачи, интеграцией видов информации, интеллектуализацией сетей, мобильностью связи.
|
|
|
4 лекция. Моделирование больших систем [5]
Цель: ознакомить обучающихся с кибернетическим понятием «большая система», показать возможность декомпозиции, характеристики и требования к моделям.
Содержание: уровни моделирования; формы представления моделей и требования к ним; основные этапы моделирования больших систем.
Уровни моделирования.
Математическая модель технического объекта есть совокупность математических объектов (чисел, переменных, отношений, матриц, множеств, и т.д.) и отношений между ними, которая адекватно отражает свойства технического объекта, интересующие пользователя.
Модели, отражающие закономерности процессов функционирования объекта, называются функциональными и представляют собой (как правило) систему уравнений – алгебраических или дифференциальных.
Задачи, отражающие конструкторский аспект проектирования, например, геометрическую форму, размер объекта, расположение его элементов и т.д., решаются с помощью так называемых структурных моделей.
Принято выделять три уровня:
- микроуровень;
- макроуровень;
- метауровень.
Микроуровень составляют модели физического состояния и процессов в сплошных средах. Модели представлены системами обыкновенных дифференциальных уравнений или уравнений в частных производных. Пространство и время в микромоделях непрерывны.
На макроуровне производится дискретизация пространства и времени (секунды, часы, годы). Математически модели представляются системами алгебраических и обыкновенных дифференциальных уравнений. Они характеризуют проявление внешних свойств объекта и взаимосвязи его с окружающей средой.
|
|
|
На метауровне основное внимание уделяется описанию информационных, социальных и экономических процессов, применяемые модели – имитационные, модели систем массового обслуживания, исследования операции.
Все социальные и социально-технические системы, к которым относится телекоммуникация, представляются моделями метауровня. Однако построение модели системы в целом на современном этапе развития науки невозможно не только из-за огромной размерности системы, но и в силу отсутствия теоретической базы [5].
Формы представления моделей и требования к ним.
Принято выделять следующие формы представления моделей.
Инвариантная – запись модели с помощью традиционного математического языка безотносительно к методу ее реализации.
Алгоритмическая запись соотношений модели и выбранного численного метода ее реализации в виде алгоритма.
Аналитическая – совокупность выражений явной аналитической зависимости y = f(x).
Схемная – графическая – представление модели с использованием схем, чертежей, графов.
Независимо от формы представления моделей к ним предъявляются определенные требования:
1) Адекватность – это свойство модели отражать заданные характеристики объекта с приемлемой точностью. Точность определяется как степень совпадения значений выходных параметров модели и объекта
, (4.1)
где ỹ – параметр модели;
yj – параметр объекта.
2) Экономичность:
а) минимум затрат вычислительных ресурсов (объем памяти ЭВМ П и время расчетов Т);
б) максимум эффекта от реализации.
3) Универсальность – широкая область использования и максимальный учет множества учитываемых факторов N. В качестве N принимают размер решаемой системы уравнений, число элементов рассматриваемой системы и т.д. При расчете экономичности используют не абсолютное значение П и Т, а их зависимость от объема модели:
, 
, (4.2)
где c, k, α, β – коэффициенты.
Наиболее экономичными являются модели с линейной зависимостью.
4) Надежность модели оценивается как вероятность получения приемлемых результатов при использовании модели для решения задач заданного класса.
Перечисленные требования часто являются противоречивыми, несовместимыми. Например, увеличение точности расчетов часто требует увеличения времени расчетов, а универсальность требует повышенных объемов памяти ЭВМ, поэтому необходимо в каждом конкретном случае находить компромиссное решение.
|
|
|
