Главные темы. Последние записи с тегом «телекоммуникации». Страница 5

Сегодня 26 апреля, пятница

Какой рейтинг вас больше интересует?

получить код

Главная /

Главные темы

Тэг «телекоммуникации»

Мобильные телекоммуникации №2 (март 2013)

2013-03-26 13:42:12
... -decoration: underline;">Мобильные телекоммуникации №2 (март 2013 ...
+ развернуть текст сохранённая копия

Тэги: мобильный, телекоммуникация

Без заголовка

2013-03-25 11:20:00

+ развернуть текст сохранённая копия

Критерий качества организации системы

Напомним, что в первой части мы рассмотрели основные особенности самоорганизующихся систем.
Интуитивно, отсутствие организации отождествляется с хаосом. На основании этой интуитивной предпосылки, в кибернетике появилось специфическое понятие организации, которое применимо к широкому кругу объектов и систем и дает численную меру статистических связей между элементами системы - R.

Это понятие основано на следующих рассуждениях. Пусть имеется некая система, которая состоит из отдельных частей или подсистем (не обязательно однородных). Каждая из этих подсистем, в процессе их существования или деятельности может принимать некоторое множество состояний, над которым задано конкретное распределение вероятностей.

Если все подсистемы разобщены, то есть поведение одной подсистемы никак не влияет на поведение других, или, иными словами, все подсистемы независимы, то система будет являться предельно неорганизованной.

Другой предельный (идеальный) случай – когда состояние одной подсистемы однозначно определяет состояние всех остальных.

Если подсистемы разобщены, то энтропия множества состояний каждой подсистемы Zможет быть определена следующим образом:

H(Z) = - P_k log₂ P_k	(2.1)

где k= 1, 2, … N– возможные состояния подсистемы Z_i, а P_ik– вероятность того, что эта подсистема окажется в состоянии k. При этом если P_k=0.5, то

H(Z) = log₂N

(2.2)

В предельно неорганизованной системе общая энтропия будет максимальна и равна сумме энтропий её подсистем. Так, для системы, состоящей из двух подсистем – Z^*и Z^**, будем иметь:

H₀(Z^, Z^) = H(Z^) + H(Z^**)	(2.3)

Если в системе имеются связи между её элементами (подсистемами), то есть эти элементы взаимно влияют друг на друга, то система организуется, и общая энтропия становится меньше суммы энтропий её элементов, и будет составлять:

H₁(Z^, Z^) = H(Z^) + H(Z^\|Z^*) = H(Z^) + H(Z^*\|Z^)	(2.4)

где H(Z^*|Z^**) – условная энтропия, которая определяется выражением:

H(Z^*|Z^**) = -

P(Z_k^**)

P(Z_j^*|Z_k^**) log₂ P(Z_j^*|Z_k^**)

(2.5)

где P(Z_j^*|Z_k^**) – вероятность состояния Z_j^*, если имеет место состояние Z_k^**.

Величина H(Z^*|Z^**) всегда удовлетворяет следующему условию:

0  H(Z^\|Z^)  H(Z^)	(2.6)

при этом величина H(Z^*|Z^**)=0 только в том случае, если каждое состояние Z_j^*однозначно определяется состоянием Z_k^**. При таких условиях все P(Z_j^*|Z_k^**)=1, и H(Z^*|Z^**)=0 (в силу того, что log1=0). Данный случай соответствуют идеальной организации системы.

Таким образом, в результате организации системы её энтропия H₁будет ниже максимальной энтропии H₀. Это уменьшение энтропии может служить численной мерой организованности системы – R:

R = H₀ – H₁ = H(Z^*) - H(Z^*|Z^**)

(2.7)

при этом величина R=0 будет соответствовать предельно неорганизованной системе, а величина R=Н(Z^*) – системе, которая организована идеально.

Следует отметить, что величина Rопределяет уровень организации системы в процессе её функционирования (в динамике), а именно: величина Rможет быть больше нуля только тогда, когда система способна адаптироваться к изменениям состояний её элементов.

Тэги: самоорганизация, связь, сеть, синергетика, телекоммуникация

Без заголовка

2013-03-18 09:26:00

+ развернуть текст сохранённая копия

Реализация модели канала

При построении алгоритма имитации работы всех каналов сети, сеть рассматривается как совокупность параллельно протекающих процессов. Каждый процесс есть некоторая последовательность событий, приводящих к изменению состояний синхронных автоматов, описывающих поведение элементов сети, причём, под событием понимается любое изменение сигналов на входах этих автоматов.

В общем случае, эти процессы не должны считаться независимыми, а а должны взаимодействовать между собой.

Принципы взаимодействия процессов могут быть проиллюстрированы следующим примером. Представим себе фрагмент сети, включающий в себя Nабонентов, работающий на одной и той же частоте. Такой фрагмент может рассматриваться как система массового обслуживания с одним прибором, который обслуживает некий поток требований от Nстанций. Если требование, придя в систему, застаёт прибор свободным, то оно занимает прибор и обслуживается в нём в течение некоторого промежутка времени, после чего покидает систему. В противном случае, требование поступает в очередь к прибору, где будет дожидаться завершения обслуживания всех ранее поступивших в систему требований. Причём эта очередь «виртуальна» - требования могут быть сосредоточены как в одном узле, так и распределены по разным узлам.

В такой системе, на начальных фазах обслуживания, «передатчик» каждого узла может находиться в одном из следующих состояний:

ожидание очередного кадра;
ожидание освобождения канала;
запуск таймера, определяющего время начала передачи кадра (основной принцип канального протокола – «слушать», прежде чем «вещать»);
ожидание завершения данного интервала;
захват канала и передача кадра.

Переход «передатчика» из одного состояния в другое, осуществляется под воздействием комбинаций входных сигналов. Эти сигналы могут поступать, как извне - от модуля, имитирующего поведение «высшего» уровня, так и от других автоматов - автоматов того же уровня.

Например, (см. рисунок 1), переход автомата из состояния «ожидание кадра» в состояние «ожидание освобождения канала» осуществляется при появлении сигнала «требование передачи», а переход в следующее состояние – «запуск таймера отсрочки» - зависит от состояний аналогичных автоматов, претендующих на тот же канал.

Если какой либо другой аналогичный автомат находится в состоянии «захват канала», то рассматриваемый автомат будет получать сигнал «канал занят».

Рисунок 1

Из рассматриваемого примера видно, что в моделируемой сети могут сосуществовать параллельные «типовые» процессы, каждый из которых может находиться в своём уникальном состоянии. Но, при их имитации на одной ЭВМ, эти события необходимо рассматривать последовательно. Поэтому, совокупность параллельно протекающих процессов должна быть представлена в виде упорядоченной последовательности моментов наступления событий во времени.

При таких условиях, сканируя эту последовательность, и определяя, в каждый наступивший момент реакции автоматов на изменения входных сигналов, можно сымитировать любую ситуацию в системе. При этом, любая сложившаяся ситуация может быть представлена в виде вектора Z=║Z_n║, каждый элемент которого - Z_n, соответствует конкретному автомату - M_n, а значение этого элемента – состоянию данного автомата. Например, если некий автомат M₁занял канал, (состояние St₄), а автомат M₂ожидает его освобождения (состояние St₁), то фрагмент вектора Zбудет содержать информацию, которая показана на рисунке 2:

Конечный автомат	Текущее состояние
M₁	St₄
M₂	St₁
.	.

Рисунок 2

При наступлении особого состояния, (изменении входных сигналов), этот вектор модифицируется с помощью следующего алгоритма:

- поочерёдно рассматриваются состояния всех автоматов;

- при рассмотрении каждого состояния определяется соответствующая ему выходная комбинация - µ;

- на основании полученных µ отыскиваются входные комбинации для всех автоматов - λ;

- найденные входные комбинации фиксируются в памяти ЭВМ;

- с помощью таблиц переходов определяются новые состояния автоматов.

В принципе, такие операции («ревизии» состояний системы) можно производить на каждом такте имитации – любая ситуация может считаться особым состоянием.

Но такое решение нецелесообразно, поскольку потребует больших затрат машинного времени. Более целесообразно считать особыми состояниями только те ситуации, которые определяют моменты выхода автоматов из пассивных состояний - состояний ожидания.

В основном, моменты выхода из пассивных состояний определяются таймерами, поскольку именно они определяют моменты системного времени, соответствующие узловым точкам в имитируемых параллельных процессах.

Состояния этих таймеров – числа T_k, которые соответствуют моментам активизации тех или иных автоматов. Если таймер запущен, то это число должно каким-то образом уменьшаться, и в тот момент, когда оно станет равным нулю, заданный тайм-аут должен считаться завершённым.

Как в реальной системе, так и в имитационной модели, могут одновременно работать kтаймеров, причём каждый из них может завершить отсчёт в конкретный момент времени – T_k. Имея такие числа можно определить момент наступления ближайшего особого состояния системы, которое может быть определено с помощью проверки условия (1):

T_R = min T_k	(1)
^k

Далее, после активизации соответствующих процессов, значения всех запущенных таймеров уменьшается на величину T_R, позволяя тем самым определить момент наступления следующего особого состояния.

Следует отметить, что особые события могут порождаться не только таймерами, но и всеми другими автоматами. Причём эти автоматы могут находиться в пассивных состояниях, время выхода из которых – T_a, определить нельзя.

В таких случаях возможно следующее решение – если входной сигнал не меняет состояния автомата, то считать T_a= ∞. В противном же случае считать, что T_a= 0.

Для определения значения T_aможно воспользоваться таблицей переходов, действуя следующим образом:

выделить строку такой таблицы, которая соответствует текущему состоянию автомата;
убедиться в том, что текущая комбинация входных сигналов соответствует «петле», то есть возвращает автомат в то же состояние, в котором он уже находиться;
если это условие выполняется – то T_a: = ∞, в противном случае - T_a: = 0.

Например, в представленной на рисунке 3 таблице переходов, выделенные элементы соответствуют активным состояниям автомата, которые следует считать особыми событиями, а все остальные элементы – пассивным состояниям автомата.

Состояние	Символы входного алфавита
Состояние	λ₀	λ₁	λ₂	λ₃	λ₄	λ₅	λ*
St₀	St₀	St₁	St₄	St₄	-	-	-
St₁	St₂	St₁	St₄	St₄	-	-	-
St₂	-	-	-	-	-	-	St₃
St₃	-	-	-	-	St₃	-	-
St₄	St₀	-	St₄	St₄	-	-	-

Рисунок 3

Рассмотренный принцип имитации поведения сложных систем с дискретными событиями может являться основой для построения других аналогичных моделей. При этом программные модули, обеспечивающие имитацию квазипараллельных процессов в системе, могут оставаться неизменными – если потребуется исследовать поведение групповых каналов, основанных на использовании иных протоколов, то программное обеспечение может оставаться неизменным, и только модели поведения «передатчиков» и «приёмников» могут быть представлены в виде таблиц иного содержания.

В то же время, данный принцип может являться основой для обеспечения наглядной интерпретации поведения системы. Но это возможно лишь только в том случае, если основными мотивами расчленения модели на операторы и блоки (конечные автоматы) будут являться не только «вычислительные удобства» для программистов, но и категории, понятия и образы, которые понятны и привычны для большинства специалистов, работающих в данной области.

Тэги: алгоритм, имитационный, моделирование, связь, сеть, телекоммуникация

Без заголовка

2013-03-11 11:04:00

+ развернуть текст сохранённая копия

Имитационная модель канала коллективного доступа

В предыдущей статье мы оценивали вероятность успешного захвата канала в конкурентном окне.

Имитация процессов передачи и приёма кадра

1.1. В упрощенном виде, процесс передачи кадра по радиолучу (X_i, X_j) может быть представлен, как поведение композиции конечных автоматов, которая изображена на рисунке 1:

Рисунок 1

1.2. Изображённый на рисунке 1 «Таймер» X_iпредназначен для определения моментов времени, соответствующих:

1) времени отсрочки начала передачи очередного пакета (кадра);

2) времени завершения передачи;

3) времени ожидания «квитанции».

При этом, поведение этого «таймера» может быть, как детерминировано (при определении момента времени, соответствующего завершению передачи пакета), так и псевдослучайным (при вычислении времени отсрочки начала передачи).

1.3. «Таймер» X_j– определяет момент начала и завершения передачи квитанции, причём поведение этого таймера всегда детерминировано. Следует отметить, что, как «Таймер» X_i, так и «Таймер» X_i, ведут отсчёт интервалов времени в особых условных единицах – «тиках».

Предположительно, один «тик» имитирует интервал времени, соответствующий длительности одного «слота».

1.4. Автомат, который имитирует процесс управления передачей кадра по радиолучу (X_i, X_j) фактически выполняет функции «диспетчера», взаимодействующим со своим «окружением» с помощью следующих сигналов:

1) сигналов S_тр⁽ⁱ⁾и S_обс⁽ⁱ⁾, обеспечивающих взаимодействие с протоколом «высшего» уровня, который «поставляет» кадры для передачи, причём:

- сигнал S_тр⁽ⁱ⁾соответствует поступлению очередного требования на передачу кадра;

- сигнал S_обс⁽ⁱ⁾, который соответствует запросу очередного требования на обслуживание, когда предыдущая заявка на обслуживание уже выполнена.

2) сигналов S_T⁽ⁱ⁾и S_⁽ⁱ⁾, первый из которых определяет тип интервала времени, а именно:

- времени отсрочки передачи пакета;

- времени завершения передачи пакета;

- времени ожидания квитанции,

а второй – S_⁽ⁱ⁾– завершению отсчёта заданного интервала.

3) сигналов S_прд⁽ⁱ⁾и S_кв⁽^j⁾, обеспечивающих имитацию взаимодействия с «приёмной стороной» (автоматом «Управление приёмом в X_j»). При этом сигнал S_прд⁽ⁱ⁾= 1 оповещает все «станции» X_jо том, что передатчик X_iнаходится в состоянии передачи.

4) и, наконец, сигнала S_зан, запрещающего выход в эфир, формируемого «анализатором занятости канала». Данный анализатор представляет собой тривиальный автомат, реализующий булеву функцию (1):

S_зан = A_1iS_прд⁽¹⁾ v A_2iS_прд⁽²⁾ v . . . v A_NiS_прд^(N)

(1)

где

- A_ki (k=1, 2, . . . , N) – элементы матрицы смежности A=║A_ij║, описывающей граф G=(E,Г), соответствующий текущему состоянию сети;

- S_прд⁽^k⁾(k=1, 2, . . . , N) – значения сигналов, соответствующих состояниям конкурирующих станций: если конкурент X_kведёт передачу, то S_прд⁽^k⁾=1.

- N– число узлов в сети.

Следует отметить, что функция (1) может быть использована только в том случае, если все узлы сети работают на одной и той же частоте. Если же это условие не выполняется, то функция (1) должна быть дополнена действием (2):

S_прд^(k) : = 0, если X_iw_i, X_jw_i, но X_kw_i

(2)

1.5. Хотя функции (1) и (2) и тривиальны, но, по-видимому, требуют пояснений. Для этого рассмотрим следующий пример. Пусть условия радиослышимости описываются графом, который изображён на рисунке 2:

Рисунок 2

Такому графу будет соответствовать матрица A=║A_ij║, которая представлена на рисунке 3:

	X_i	X_j	X_b	X_c	X_d
X_i	0	1	1	1	1
X_j	1	0	0	1	1
X_b	1	0	0	1	0
X_c	1	1	1	0	1
X_d	0	1	0	1	0

Рисунок 3

Теперь предположим, что на частоту w_iпретендуют передатчик X_iи его конкуренты – станции X_bи X_d. Сравнивая пары значений A_kiS_прд⁽^k⁾, получим картину, представленную на рисунке 4:

	A_ki		S_прд⁽^k⁾
X_i	0	&	1	= 0
X_j	1	&	0	= 0
X_b	1	&	1	= 1
X_c	1	&	0	= 0
X_d	0	&	1	= 0

Рисунок 4

Это означает, что станция X_iспособна уступить канал станции X_b, но никогда не обнаружит каких-либо признаков активности со стороны станции X_d. Но, это - особенность IEEE802.11 ….

1.6. Поведение автомата «Управление передачей» может быть описано диаграммой состояний, представленной на рисунке 5:

Рисунок 5

Данный автомат может находиться в одном из восьми состояний:

St₀– исходное состояние - ожидание заявки на передачу кадра;
St₁– ожидание освобождения канала;
St₂– запуск таймера, обеспечивающего отсчёт времени отсрочки начала передачи пакета, а также момента времени завершения его передачи;
St₃– ожидание собственного «слота»;
St₄– передача пакета в эфир;
St₅– запуск таймера ожидания квитанции;
St₆– ожидание квитанции;
St₇– оповещение о факте неудачной попытке передачи кадра.

Переходы данного автомата из одного состояния в другое осуществляются под воздействием символов входного алфавита - _i, то есть под воздействием конкретных комбинаций входных сигналов. Эти комбинации приведены в таблице 1:

Таблица 1

Символ входного алфавита

Значения входных сигналов

S_тр⁽ⁱ⁾

S_⁽ⁱ⁾

S_кв⁽ⁱ⁾

S_зан⁽ⁱ⁾

λ₀

Тэги: 802.11, wi-fi, имитационный, маршрутизация, моделирование, связь, сеть, телекоммуникация

Без заголовка

2013-03-04 10:07:00

+ развернуть текст сохранённая копия

Вероятность успешного захвата канала в конкурентном окне

Напомним, ранее мы попытались оценить возможные потери при возникновении коллизий в канале коллективного доступа.

В IEEE802.11 временной интервал, выделенный на захват канала какой-либо станцией, ограничен и разделён на более короткие интервалы – слоты, причём число таких слотов ограничено. При этом порядковый номер слота определяет время отсрочки процесса передачи пакета, привязанное к некоему событию, например, освобождению канала.

Каждая станция выбирает «свой» слот случайным образом и выходит в эфир только в том случае, если выполняются следующие условия:

канал свободен;
время отсрочки исчерпано.

Кроме того, будем считать, что захват одного и того же слота двумя и более станциями неизбежно приведёт к коллизиям.

Общее число ситуаций, которые могут возникнуть при случайном «розыгрыше» слотов, будет равняться числу размещений с повторением из kпо S, и определяться выражением (1):

A_k^S= S^k⁺¹

(1)

где

S – общее число слотов;
k+1 – общее число станций в «клике», включая рассматриваемую станцию «А».

Очевидно, что далеко не любая из этих ситуаций может привести к успешной передаче пакета. Например (см. рисунок 1), станция «А» может захватить и успешно использовать 1-й слот только тогда, когда её «конкуренты» будут претендовать только на захват последующих слотов.

Рисунок 1

Число таких ситуаций зависит от числа слотов - Sи числа «конкурентов» - k, и определяется выражением (2):

(S-1)^k

(2)

а вероятность захвата 1-го слота – выражением (3):

P₁= (S-1)^k/ S^k⁺¹

(3)

Станция «А» может успешно использовать и 2-й слот, но только в том случае, если ни одна из конкурирующих станций не будет претендовать ни на 1-й, ни на 2-й слоты.

Соответствующий пример приведён на рисунке 2:

Рисунок 2

Вероятность подобной ситуации будет определяться выражением (4):

P₂= (S-2)^k/ S^k⁺¹

(4)

Аналогичным образом может быть определена вероятность успешного использования третьего слота – см. выражение (5):

P₂= (S-3)^k/ S^k⁺¹

(5)

В общем же случае, суммарная вероятность «победы» в конкурентной борьбе, нацеленной на захват канала, будет равняться величине P_зхв, которая может быть определена по формуле (6):

_S-1
P_зхв= P₁+ P₂+ ... + P_S-1 =  (S-i)^k/ S^k+1	(6)
ⁱ⁼¹

Следует отметить, что формула (6) справедлива только при k>0. Очевидно, что, при k>0, последний слот не может быть захвачен и успешно использован двумя и более абонентами. Но если k=0, то последний, S-тый слот может быть также успешно использован, следовательно, величина P_зхвбудет равна единице.

3.2.5. Графики функции (6) при различных значениях величины Sпредставлены на рисунке 3:

Рисунок 3

Рассматривая приведённые графики можно прийти к следующему выводу: даже при небольшом числе конкурирующих станций, вероятность успешной попытки захвата канала очень мала. Причём увеличение числа слотов повышает эту вероятность, но незначительно, а при большом числе конкурентов стремится к нулю.

Пренебрегать этим обстоятельством нельзя, и очевидно, что имитация механизмов противодействия коллизиям (как на канальном, так и прикладном уровнях) должна рассматриваться как неотъемлемая часть разрабатываемой модели.

Но при этом необходимо ответить на следующий вопрос, - какой способ имитации этих процессов наиболее целесообразен?

Рассмотренные в данном разделе методики обладают рядом положительных качеств. Задачи решены «в общем виде» и не привязаны к конкретным числовым значениям параметров потока и системы обслуживания, что позволяет делать полезные общие заключения.

Но, к сожалению, эти методики позволяют находить общие решения для задач, сводящихся к элементарным ситуациям – то есть в случаях, когда поток заявок невелик и на один и тот же канал будут претендовать одна-две станции.

В принципе, такое допущение возможно и может считаться достаточно корректным. Например, при имитации движения пользовательского трафика можно считать, что нагрузка на любой канал не должна превышать 80% его производительности, поскольку в противном случае очереди в узлах будут стремительно расти. Для того, чтобы убедиться в этом, достаточно рассмотреть график, который приведён на рисунке 4:

Рисунок 4

Этот график показывает зависимость времени пребывания пакета в очереди от нагрузки на канал - Ψ=λ/μ, где λ – интенсивность потока заявок, а μ – производительность канала. (при построении графика предполагалось, что поток заявок – Пуассоновский, а время обслуживания – постоянное). Время ожидания показано в условных единицах: одна условная единица – время обслуживания одного пакета.

Тогда, рассматривая этот график можно прийти к следующему заключению: при Ψ=0.8 средняя величина очереди на канал равна двум. И можно допустить, что ситуации, при которых на один и тот же канал будут претендовать более 2-х станций, не представляют интереса, поскольку строить сети с «бесконечными» очередями не имеет смысла.
Далее мы рассмотрим имитационную модель канала коллективного доступа.

Тэги: 802.11, wi-fi, имитационный, маршрутизация, моделирование, связь, сеть, телекоммуникация

Страницы: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 ...

Главная / Главные темы / Тэг «телекоммуникации»

Блограйдеров
14489

Блогов
219902
(+0 сегодня)

Сообществ
1309
(+0 сегодня)

ЖЖ все стерпит
по сумме баллов (758) в категории «Истории»

Категория «Музыканты»

Взлеты Топ 5


+187	221	Yurenzo
+178	226	FLL
+170	187	rled
+149	196	Elgrad.info - живой город - Соберемся вместе!
+147	182	Vlad_Topalov

Падения Топ 5


-3	15	Nique
-6	2	Евгений Гришковец
-9	13	Мартышка_с_Алмазами
-10	45	Детские советские композиторы
-15	77	Indie Birdie Blog

Загрузка...