Процедури керування множинним доступом до каналу з паралельною пакетною обробкою

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНЕ КОСМІЧНЕ АГЕНТСТВО УКРАЇНИ ІНСТИТУТ КОСМІЧНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ

 

УДК 681. 142

 

Гонтаренко Ірина Сергіївна

 

 

01. 05. 04 – системний аналіз та теорія оптимальних рішень

 

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

 

Київ – 2002

 

Дисертацією є рукопис.

Роботу виконано в Інституті космічних досліджень НАНУ та НКАУ.

Науковий керівник: доктор технічних наук, с. н. с. Бунін Сергій Георгійович.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Коваленко Ігор Іванович, Інститут прикладного системного аналізу НАНУ та Міністерства освіти та науки України, заступник директора кандидат технічних наук, c. н. с. Войтер Анатолій Петрович, Інститут ядерних досліджень НАНУ, завідуючий відділом Провідна установа: Київський національний університет України ім. Тараса Шевченка, кафедра теоретичної кібернетики.

Захист відбудеться «14» березня 2002 р. о 15 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26. 205. 01 в Інституті космічних досліджень НАНУ та НКАУ за адресою: 03187, м. Київ -187, просп. академіка Глушкова, 40.

З дисертацією можна ознайомитись в архіві Інституту космічних досліджень НАНУ та НКАУ.

Автореферат розіслано «11» лютого 2002 р.

 

 

Актуальність теми. В системах, що реалізують одночасну взаємодію множини процесів із деяким одним процесом чи спільним для них ресурсом, оптимальна процедура керування множинним доступом є одним з основних факторів, які визначають якість функціонування системи. Проблема організації множинного доступу актуальна для радіо- та комп’ютерних мереж, телекомунікаційних систем та технічних пристроїв із паралельною обробкою. Однак у ряді випадків її рішення з урахуванням усієї різноманітності вимог до системи та її властивостей пов'язано з необхідністю вдосконалення відповідної апаратури, що не завжди може бути виконано. Тому основною галуззю застосувань для досліджень у цьому напрямку стають сьогодні системи радіотелефонії. З одного боку, як наслідок їхньої постійно зростаючої популярності, збільшується потужність абонентського комплексу та зростає навантаження на існуючу апаратуру, що обумовлює необхідність якісно нових рішень. З іншого боку, із тієї ж причини в галузь радіотелефонії надходить достатня кількість інвестицій, що стимулює технологічний прогрес та дозволяє розробляти нові підходи до процедур оптимального розподілення ресурсів системи.

Існуючі системи множинного доступу - Multiple access (МА) мають обмеження на кількість вимог, що одночасно обслуговуються, порушення якого породжує конфлікти. Так саме наявність конфліктів у системах зв'язку з кодовим поділом каналу (CDMA) призводить до того, що ефективність використання робочої смуги частот є низькою. Тому пропонується оптимізувати їхню роботу за рахунок механізмів, що реалізовані в процедурах впорядкування множинного доступу одного з альтернативних напрямків - часового поділу (TDMA). Аналізу систем на основі цих протоколів присвячені класичні дослідження Ерланга, Клейнрока та Тобаги. Напрямки сучасних досліджень відображають роботи Цибакова, Михайлова, Буніна, Войтера.

Розробка більш складних протоколів, що поєднують можливості різних підходів до організації динаміки функціонування системи, може дати ефективні рішення актуальних у теперішній час проблем. Так, наприклад, в рамках сучасного стандарту IS-661 пропонується поєднання кодового розподілу з методами множинного доступу з розподілом часу. Аналіз результатів, отриманих для систем радіозв'язку, вказує на можливість їхнього використання в інших системах із схожими характеристиками.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана у відділі Передачі даних Інституту космічних досліджень НАНУ та НКАУ в рамках основних наукових програм та тем:

Науково-дослідна робота “Пошукові дослідження в інтересах розвитку космічної науки” (“Фундамент”), виконана за рішенням Національного космічного агентства України (№0199U002992).

Проект “Розробка архітектури інтегрального обслуговування на основі наземних та космічних радіоканалів”, виконаний за рішенням Президії Національної академії наук України (№0100U002338).

Мета та задачі досліджень. Метою дисертаційної роботи є розробка ефективного рішення проблеми організації динаміки функціонування систем множинного доступу у системах із паралельною обробкою пакетів за рахунок процедур, що знижують вплив можливих конфліктів на якість обслуговування. Для реалізації поставленої мети повинні бути виконані наступні задачі:

Порівняльний аналіз можливостей різних підходів до організації роботи мереж передачі даних та класифікація протоколів TDMA.

Постановка задачі організації множинного доступу в контексті системного аналізу. Обґрунтування доцільності використання процедур розподілу часу.

Розробка протоколів множинного доступу - процедур абонентів та ретранслятора, які дозволяють покращити значення оптимальної середньої швидкості передач у каналі з паралельною пакетною обробкою.

Аналіз логічної структури взаємодії процесів у системах, що використовують запропоновані протоколи для керування множинним доступом. Аналітичний та чисельний аналіз пропускної здатності каналу. Розробка рекомендацій щодо оптимального вибору протоколу з урахуванням параметрів реальних систем.

Побудова математичних моделей масового обслуговування, що адекватно описують функціонування систем на основі запропонованих протоколів. Розробка математичного апарату для дослідження отриманих моделей.

Обчислення та порівняльний аналіз характеристик якості систем обслуговування на основі розроблених процедур керування множинним доступом.

Наукова новизна отриманих результатів. В дисертаційній роботі викладаються вперше отриманні результати:

Уперше розроблені протоколи множинного доступу, які дозволяють використовувати можливості вже відомих протоколів розподілу часу для підвищення ефективності роботи систем із паралельною обробкою:

- Асинхронний протокол множинного доступу із сигналом зайнятості (МДСЗ) у системах із паралельною передачею пакетів, що