Нормы качества обслуживания вызовов на телефонных сетях
Доставка какой-либо информации от ее источника ИИ (рис. 4), где формируется сообщение, к месту потребления (использования) ПИ требует средств переноса этой информации в пространстве. В зависимости от назначения информации и удобств ее использования выбирается вид сообщения: устная или письменная речь, звуки, неподвижные или подвижные изображения, знаки, цифры, сигналы телемеханики и т. п. Информация представляется в документальном (закрепленная на специальном носителе - бумаге, магнитной ленте и т. п.) или не документальном (устная речь, прямая телевизионная передача и т. п.) виде.
Рис.4 Пути доставки информации от источника к потребителю.
СЭ – сеть электросвязи;
Чел – человек;
Н – непосредственная связь;
К – курьерская связь;
П – почтовая связь (почта);
Д – документы;
ВЦ – вычислительные центры;
БД – банки данных.
Переносчиком сообщения могут быть как непосредственно человек (личные контакты), так и различные средства - чисто механические (почтовая, курьерская связь, транспортеры и т. п.) и использующие электромагнитные колебания (средства и сети электросвязи).
Современные информационные сети, включающие как сети электросвязи, так и различные вычислительные центры и банки данных, в большинстве случаев обеспечивают не только наиболее быструю и эффективную доставку информации, но при необходимости и ее накопление, хранение, обработку, а также предоставление пользователям ряда дополнительных «информационных» услуг. Информационная сеть является совокупностью:
1) пользователей (абонентов) - источников и потребителей информации, создающих и воспринимающих потоки сообщении и, как правило, Определяющих требования по доставке и обработке информации, выбору вида связи (телефонной, телеграфной, вещания и т. п.) и получению различных услуг (видов обслуживания) с соблюдением определенного качества; пользователи потребляют услуги связи и оплачивают их;
2)пунктов связи:
а) оконечных ОП (в том числе абонентских АП), содержащих аппаратуру ввода и вывода информации (а иногда хранения и обработки);
б) узлов связи УС: коммутационных КУ для распределения сообщений и сетевых СУ (с кроссировкой) для распределения пучков каналов;
в) вычисли тельных центров ВЦ и банков данных БД, осуществляющих обработку и хранение .информации. Заметим, что в зависимости от поставленной при исследовании сети задачи ВЦ и БД можно рас сматривать в качестве узлов данной сети либо в качестве источников и потребителей информации;
3)каналов связи, объединенных в линии между отдельными пунктами сети для передачи (переноса) информации в пространстве;
4)систем управления различных уровней с набором соответствующих средств эксплуатации и восстановления (включая соответствующие коллективы людей) и алгоритмов.
Сеть электросвязи можно отнести к тем «большим системам», для которых пока еще не удается дать корректное математическое описание ее функционирования и формализовать все требования к ее работе. В некоторых случаях в этой системе можно выделить отдельные подсистемы, для которых уже можно найти определенные методы описания. Сеть электросвязи представляет многофункциональную непрерывно меняющуюся и развивающуюся восстанавливаемую систему, срок жизни которой во много раз больше срока жизни ее многочисленных и разнородных элементов. Ее развитие идет как в направлении расширения, охвата и увеличения числа пользователей и требований по доставке, так и в направлении введения новых видов связи и услуг. К особенностям сети электросвязи как большой системы также относятся: большое число разнообразных '(по функциям и объемам 'передаваемых сообщений) оконечных пунктов и узлов, неоднородное их распределение по территории страны; использование линий (каналов) с различной средой распространения и пропускной способностью; малая связность (непосредственная связь каждого пункта лишь с небольшим числом пунктов, как правило, соседних) и неоднородность тяготений (по видам связи и объемам) между отдельными оконечными пунктами.
Сети электросвязи подразделяются по следующим признакам:
виду доставляемой информации - телефонная, телеграфная, передачи данных (низкоскоростная или высокоскоростная), звуковое или телевизионное вещание и т. д.;
обслуживаемой территории - международная, междугородная (внутригосударственная), внутриобластная или зоновая, местная (городская или сельская), внутрипроизводственная, дорожная (на железнодорожном транспорте) и т. п.;
ведомственной принадлежности - министерствам связи (общегосударственная), отдельным ведомствам (МПС, Мингазпром и др.) и даже предприятиям, (например, Магнитогорскому металлургическому комбинату);
сфере применения - общего пользования, производственная, технологическая, диспетчерская, директорская и т. п.;
способу распределения и доставки сообщений - по прямым каналам или с коммутацией (каналов, сообщений или пакетов), в одном или обоих направлениях, между двумя или несколькими пользователями и т. п.;
структуре - организации линий или каналов между пунктами сети;
используемой технике - кабельная, радио, с ИСЗ и т. п.
Формулируя общие требования к единой сети связи, академик А.А. Харкевич писал: «Потребителю должно быть гарантировано, что:
- сообщение будет доставлено по назначению;
- время, затраченное на доставку сообщения, не превзойдет заранее обусловленного;
- искажение сообщения не превзойдет допустимого;
- будет обеспечена передача с требуемой для данного сообщения скоростью».
К этому, несомненно, надо добавить требование, чтобы стоимость доставки сообщений и затраты времени пользователей на передачу и прием сообщений не превосходили некоторого предела, обеспечивающего пользователю получения экономического эффекта от использования средств связи.
Как указывал А.А. Харкевич, потребителя совершенно не интересует, какими техническими средствами обеспечивается выполнение указанных требований. Однако их реализация, особенно реализация с учетом экономики и требования к повышению производительности труда обслуживающего персонала, ставит ряд сложных технико-экономических проблем. Реализация требований, предъявляемых к сети, достигается:
- правильным выбором норм с учетом требований потребителей, технических возможностей сети и экономических показателей, а также выбором вида связи, отбором нужной информации, выбором форм представления информации и способов формирования и доставки сообщения;
- использованием соответствующей каналообразующей и коммутационной аппаратуры и систем управления с обеспечением их максимального использования и интеграции;
- созданием оптимальных алгоритмов управления и обслуживания сети;
- созданием оптимальной структуры сети;
- автоматизацией процессов строительства, монтажа, тренировки и эксплуатации средств связи и ЭВМ.
3.1. ИНФОРМАЦИЯ И СООБЩЕНИЯ В СЕТЯХ СВЯЗИ
Понятие «информация» имеет много различных аспектов, и в связи с этим существует и несколько различных подходов к её определению и оценкам (количественным, качественным и др.). Исходя из потребности, теории информации академик А.А. Харкевич определил информацию, как «сведения, являющиеся объектом хранения, передачи, преобразования». Принимая за основу это определение, под информацией будем понимать некоторые сведения о заданном объекте (процессе, событии, факте и т. п.), представленные или записанные в виде сообщения на определенном «языке» в виде устной или письменной речи, рисунка, фотографии, имеющего признаки начала и конца. Информация об объекте как отражение (отображение) этого объекта в некоторой материальной системе может существовать независимо от самого объекта, от человека и от того, будет ли эта информация кем-то и когда-то использована. Говорить же о ценности информации, о ее потребительной стоимости можно только с учетом человека, который потребляет эту информацию, и того процесса (производства), в котором она используется. Нас будут интересовать только те аспекты которые связаны с передачей и доставкой информации, т. е. с тем, что с информацией происходит в сетях связи.
Информация описывает (отображает) некоторый объект (предмет, производство, коллектив, событие, процесс, задача и т. п.) А, который характеризуется:
а) различными параметрами (признаками, состояниями) А1, А2,, …, Ап отражающими как собственные свойства объекта (его составные части, форму, массу, материал, электропроводность, цвет, стоимость, поведение и т. п.), так и отношение к внешнему миру (местоположение, скорость и направление движения, внешние воздействия и т. п.), причем количество таких параметров бесконечно;
б) соотношениями RJ(AJ1 ..., AJi), определяющими детерминированные или статистические связи (законы взаимосвязи) - между значениями отдельных наборов параметров.
Частным случаем таких соотношений является изменение значений параметров во времени. В каждый момент времени объект по параметру Аi принимает некоторое значение ai(t), которое может меняться дискретно или непрерывно, и ai(t) можно рассматривать как функцию от времени и других параметров.
Таким образом, по отношению к какому-то объекту можно говорить об:
а) абстрактной информации, содержащей основные понятия, описание свойств или поведения объекта и соотношения (законы), характеризующие этот объект,
б) информации о конкретном объекте, отражающей его состояние (поведение) как перечень значений (заданных в числовом или другом виде) каких-то его параметров, определенных (измеренных) в некоторый момент t0 или на некотором отрезке времени (t0, t1). Информация о процессе может включать последовательности данных, отражающих состояния при изменении объекта. Перечень соотношений и параметров и точность их представления определяются назначением информации и техническими возможностями их получения. В некоторых случаях информация может содержать указания о том, какие значения должны принять те или иные параметры объекта в заданном будущем времени или при заданной ситуации. Такая информация соответствует планам, командам и т. п. сообщениям, связанным с управлением объектом или прогнозированием его поведения.
Информация о конкретном объекте А в момент t0 можно представить как n-мерный вектор IA (t0) с координатами bi(t0) - измеренными (или полученными другими путями) значениями выбранных признаков Ai (i=l, ..., п). Значение bi(t0) отображает действительное значение аi(t0) признака с некоторой ошибкой e' = аi(t0)-bi(t0), определяемой точностью измерения, системой отображения и свойствами носителя. Значение bi(t0) может быть представлено числом, определенным с той или иной точностью, указанием порядка величины («примерно 5», «больше 10» и т. п.), пределов («7-10») или некоторой словесной оценкой («красный», «холодно», «ускорить», «остановить», «много» и т. п.). Если отображение осуществляет человек, то ошибка может зависеть от субъективных особенностей и настроения этого человека. Управляющая информация для того же объекта будет содержать значения параметров, которые должны быть получены или установлены. Одному и тому же объекту может соответствовать множество различных информаций (векторов), отличающихся полнотой (набором параметров) и точностью по каждому из них.
Сообщение BA(t0) об объекте А кроме значений bi(t0) параметров (основной информации этого сообщения) должно включать адрес, указывающий, куда сообщение должно быть доставлено, ряд сведений, позволяющих идентифицировать как все сообщение (его соответствие объекту А), так и отдельные составляющие (признаки), единицы измерения, подпись (адрес отправителя) и некоторую «служебную» информацию, определяющую порядок доставки. Таким образом, сообщение можно представить в виде BA(t0)=Ad+A*+ {Ai*, bi(t0), ei} +Iсл + Под, где Аd - адрес; А* - имя объекта; Ai* - имя параметра (i = 1, ..., п); еi - наименование единиц измерения; Iсл - служебная информация; Под - подпись (адрес отправителя).
Для повышения верности и истинности в сообщение может быть введена дополнительная информация, по которой могут быть проверены значения отдельных параметров. Так, например, если со стороны какого-либо потребителя электроэнергии передавать значение напряжения U, тока I, мощности Р и cosj, то на приемном конце истинность информации может быть проверена по известному соотношению P=UIcosj. Если значения правой и левой частей этого равенства расходятся больше, чем это определяется точностью измерительных приборов, значит, в сообщении возникла ошибка при измерении (составлении сообщения) или при его передаче и приеме.
Для уменьшения вероятности возникновения ошибок при передаче в сообщение вводится дополнительная информация, позволяющая обнаружить, а иногда и исправить ошибки, возникающие в процессе передачи (применяется помехоустойчивое кодирование отдельных знаков, частей или сообщения в целом). В сообщение могут также входить знаки, указывающие начало и конец сообщения, и разделяющие отдельные части сообщения.
В телефонное сообщение обычно входят все линейные и управляющие сигналы, которые передаются в процессе установления и разъединения тракта передачи. При телефонном разговоре информацию несут и интонация голоса, и другие звуки, издаваемые человеком. Информацию может нести также формат сообщения - порядок размещения (следования) отдельных частей сообщения. Так, если определен порядок данных о ряде параметров, то могут отсутствовать их названия. Состав сообщения во многом зависит и от той априорной информации, которая имеется у получателя.
Если сообщение представлено в виде алфавитно-цифрового текста с Nв знаками (включая адрес, пробелы, знаки препинания и т. д.) и передача идет позначно (как это имеет место, например, в телеграфных сетях), а каждый знак кодируется m двоичными разрядами, то объем этого сообщения в битах будет составлять VB=k4 k3 k2 k1 m NB. Здесь k1 - коэффициент, учитывающий необходимость передачи служебных сигналов (перевод строки, возврат каретки, изменение регистра и т. п.), в зависимости от текста k1 = 1,02 - 1,05; k2 - коэффициент, учитывающий необходимость передачи дополнительных посылок для разделения знаков (изменяется от 1,0 при синхронной безынтервальной передаче до 1,5 при передаче стартстопным кодом); k3 - коэффициент «избыточности» при применении помехоустойчивого кодирования сообщения (k3= 1,2 - 1,6); k4 - коэффициент, учитывающий повторные передачи при обнаружении ошибок.
В современных системах телеграфии и передачи данных чаще всего принимают m = 5 (телеграфный код № 2), 7 (код № 5) и 8. Для передачи чисто цифрового текста (в десятичной системе счета) передача каждого числа (знака) требует 4 бита, а в целях повышения верности принимают m = 5 (например, код «2 из 5»), 6 или 7 (исправляющий код Хемминга).
Сообщение может существовать независимо от объекта. В процессе передачи и хранения сообщения, могут возникнуть дополнительные искажения (ошибки) за счет различных внешних помех или стирания носителя, и в момент t1>t0 значение bi(t1) может отличаться от первоначального значения bi(to) на e". При этом меняется и сам объект, так что в момент t1 расхождение между действительным значением признака ai(t1) и информацией о нем включает три компоненты: e¢, определяемую точностью измерения (отображения); e", вносимую помехами при передаче и хранении, которая может быть сколь угодно малой при использовании соответствующих технических средств и помехозащитных кодов; x, определяемую «старением» объекта - его изменениями во времени. Иными словами, истинность информации - соотношение между принятым и действительным значениями - определяется как системой связи (отображения, передачи и хранения), так и самим объектом. Зная законы существования объекта и используя методы корректирования (логического контроля) и прогнозирования, можно повысить истинность принятого сообщения.
Формирование сообщения - определение его полноты и точности по отдельным параметрам, выбор языка и способа кодирования данных с тем, чтобы, с одной стороны, не передавать излишней информации, не загружать сети связи и не удорожать доставки, а с другой, - не обесценить информации и обеспечить требуемые верность и истинность - является одной из важнейших технико-экономических проблем в области связи, не имеющей в настоящее время точного решения.
Ценность (эффективность) информации, содержащейся в сообщении, доставленном за время tД, определяется тем материальным (или другим) эффектом, который дает использование этой информации. Этот эффект определяется как соответствием информации тому процессу, в котором она используется (ее «качеством»), так и ее полнотой и точностью. Хотя в настоящее время нет общего подхода к определению ценности информации, но по отдельным примерам можно говорить о том, что она для данного процесса может быть представлена некоторой функцией Q(t) (иногда называемой функцией «старения»), характеризующей «обесценивание» информации, от времени. Функция Q(t) зависимости ценности информации от времени доставки сообщения может иметь различные формы и масштабы, как по значению эффекта, так и по времени (рис. 5а).
В некоторых случаях функцию можно характеризовать критическим временем доставки Ткр, по истечении которого информация теряет ценность или может даже вызвать потери (материальные или другие). Все это определяется процессом, в котором используется информация. Для одних процессов обесценивание происходит за секунды, для других - в течение дней или, даже лет; эффект от одной информации измеряется миллионами рублей, от другой - копейками. Знание указанных функций позволяет правильно выбирать средства связи и оценивать их эффективность. Для сравнения на рис. 5в показаны примерные распределения плотности вероятности времени доставки tД по прямым каналам (кривые 10) и с использованием сети (кривые 11).
Каждое сообщение, подлежащее доставке, характеризуется моментом (временем) начала его доставки (иногда временем поступления в сеть), адресом или адресами и объемом (в битах, часо - занятиях канала, числе знаков или слов, размере бланка, числе строк развертки и других показателях). Не все части сообщения обладают ценностью для потребителя. Так, адрес и другая служебная информация, необходимые для правильной доставки сообщения, не несут полезной информации для пользователя.
Разной ценностью обладают и различные параметры, сведения о которых приводятся в сообщении. В общем случае зависимость Q(V) ценности информации от объема сообщения может быть представлена кривой 5 на рис. 5б.
Рис.5 Зависимость ценности информации от времени доставки Q(t) (а) и объема сообщения Q(V) (б) в сопоставлении с плотностью вероятности времени доставки wД (в) и стоимости g(V) доставки (г).
Введение в сообщение дополнительных символов или информации для повышения истинности или верности увеличивает пропорционально объем, не увеличивая ценности (кривая 6). С учетом стоимости g(V) доставки сообщения, которую можно считать пропорциональной объему (прямые 8 и 9 на рис. 5г), зависимость Q(V) примет вид кривой 7.
За счет искажений, появляющихся в сообщении при его составлении, передаче, хранении и доставке может происходить, обесценивание информации. В настоящее время нет общего метода оценки потерь от ошибок, хотя в отдельных случаях их можно оценить.
Задание на самоподготовку:
1. Ознакомиться с указанной литературой: /1, 2, 3, 4/ – в полном объеме.