СПОСОБ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБМЕНА СИСТЕМЫ СВЯЗИ С УЧЕТОМ ИНФОРМАЦИОННЫХ ПОТЕРЬ
METHOD FOR ASSESSING THE EFFICIENCY OF INFORMATION EXCHANGE OF A COMMUNICATION NETWORK WITH ACCOUNT FOR INFORMATION LOSSES

Изобретение относится к электросвязи, в частности к способам оценки информационной эффективности систем связи. Оно может быть использовано при создании новых и совершенствовании существующих каналов связи, узлов коммутации, автоматизированных систем управления, локальных вычислительных сетей, сетей связи с коммутацией сообщений, сетей связи с коммутацией пакетов, в том числе быстрой коммутацией пакетов.
полн
Существует способ оценки информационной эффективности системы связи [патент RU №2477928, H04L 29/00, 20.03.2013, Бюл. №8], сущность которого заключается в том, что в качестве универсального обобщенного параметра, характеризующего информационные возможности системы связи и показывающего степень близости ее к предельным возможностям по передаче информации, используют КПД передачи информации (η), для этого измеряют: среднее за выбранный интервал времени общее количество находящейся в системе связи информации в блоке запоминающих устройств и в блоке устройств передачи информации, а также среднюю за этот же интервал времени производительность системы связи; после чего вычисляют кибернетическую мощность (KW) системы связи, а также измеряют: емкости буферов блока запоминающих устройств и пропускные способности каналов связи блока устройств передачи информации; после чего вычисляют полную кибернетическую мощность системы связи (KW) и с учетом полученных результатов определяют:
i
где  - кибернетическая мощность системы связи; N - измеренное количество информационных сообщений в системе связи; G - измеренная производительность системы связи; Т - выбранный временной интервал усреднения;  - полная кибернетическая мощность системы связи; N - измеренные емкости каждого буфера блока запоминающих устройств;  - измеренные суммарные пропускные способности каналов связи блока устройств передачи информации для каждого элемента блока запоминающих устройств; n - количество буферов блока запоминающих устройств; s - число каналов связи блока устройств передачи информации, для обслуживания каждого i-го буфера блока запоминающих устройств.
Недостатком способа является то, что он не позволяет учитывать при оценке эффективности информационного обмена системы связи изменения интенсивности входного трафика.
Известен также способ оценки эффективности информационного обмена системы связи [патент RU 2685030, МПК H04L 29/00, 16.04.2019, Бюл. №11], сущность которого заключается в том, что определяют значение КПД передачи информации системы связи путем измерений в блоках: запоминающих устройств, устройств передачи информации, устройств вывода информации из системы связи, а также измеряют текущее значение входного трафика в блоке устройств ввода информации в систему связи, затем через выбранный интервал времени повторно измеряют значение входного трафика в блоке устройств ввода информации в систему связи и вычисляют величину изменения входного трафика, относительно значения входного трафика, при котором было первое значение КПД, определяют ее модуль и сравнивают с порогом, в случае превышения им порога, при текущем значении входного трафика повторно определяют КПД передачи информации системы связи, а оценку эффективности информационного обмена системы связи производят по результатам двух измерений КПД и входного трафика.
Недостаток способа заключается в том, что он не позволяет определять интервал входного трафика, в котором система связи будет работать с требуемой эффективностью информационного обмена, определяемой пороговым значением КПД передачи информации.
полн
вx min
вх mах
вх
i
i
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ оценки информационной эффективности системы связи [патент RU №2571917, H04L29/00, 27.12.2015, Бюл. №36] взятый в качестве прототипа. Сущность прототипа заключается в том, что измеряют: емкости буферов блока запоминающих устройств и пропускную способность каналов связи блока устройств передачи информации и вычисляют полную кибернетическую мощность системы связи КW, а также за выбранный интервал времени последовательно измеряют количество, находящейся в блоках запоминающих устройств и устройств передачи системы связи, информации и производительность системы связи для различных значений интенсивности входного трафика от γ до γ с шагом Δγ и вычисляют кибернетические мощности системы связи KW после чего определяют значения КПД передачи информации η системы связи в соответствии с выражением
при этом каждое значение КПД сравнивают с пороговым и, если
i
пор
η≥η,
i
пор
вх
вх пор1
вхпор2
вх пор2
то фиксируют значение , а действия по определению КПД продолжают, пока не выполнится условие η≤η, после чего прекращают измерения и вычисления, и принимают решение о том, что система связи будет работать эффективно при входном трафике γ в интервале [γ,γ], где γ - входной трафик, зафиксированный при выполнении неравенства
Недостаток прототипа заключается в том, что он не позволяет определять интервал изменения интенсивности входного трафика, в котором система связи будет работать с требуемой эффективностью информационного обмена при обеспечении допустимых потерь информационных пакетов (информационных потерь).
Техническим результатом предлагаемого способа является определение интервала входного трафика, в котором система связи функционирует с требуемой эффективностью информационного обмена, оцениваемой значениями КПД передачи информации, при обеспечении допустимого уровня информационных потерь, характеризуемого значениями тангенса угла полосовой эффективности системы связи.
зад
полн
i
вx  i
i
вх пор1
вх пор2
i
вх i
вх пор1
вх пор2
i
пop
вх
пор1
вх
tgα
Указанный технический результат достигается тем, что в способе оценки эффективности информационного обмена системы связи с учетом информационных потерь, основанном на определении КПД передачи информации и тангенса угла полосовой эффективности в блоках системы связи через заданный интервал времени t измеряют: емкости каждого буфера блока запоминающих устройств и суммарные пропускные способности каналов связи блока устройств передачи информации для каждого элемента блока запоминающих устройств (KW); количество пакетов в системе связи путем измерения занятых ячеек памяти каждого буфера блока запоминающих устройств и производительность системы связи путем измерения занятых ячеек памяти каждого буфера блока устройств вывода информации (KW); количество поступающих пакетов в систему связи путем измерения занятых ячеек памяти буферов в блоке устройств ввода информации (γ) и вычисляют текущие значения КПД передачи информации (η), интервал эффективной работы [γ,γ], текущие значения тангенса угла полосовой эффективности системы связи (tgα) системы связи [Межуев A.M., Пасечников И.И., Коренной А.В. Анализ функции эффективности информационной сети и алгоритм оценки режимов информационного обмена на основе производных обобщенного показателя. - М: Электромагнитные волны и электронные системы, 2017. - т.22, №5. - С. 12-22] для текущих значений интенсивности входного трафика γ от γ до γ, сравнивают tgα с пороговым значением тангенса угла полосовой эффективности системы связи tg и определяют интервал [γ,γ], ограничиваемый слева пороговым значением КПД передачи информации, а справа - пороговым значением тангенса угла полосовой эффективности системы связи, в пределах которого обеспечивается передача информации в системе связи с обеспечением допустимых потерь информационных пакетов.
При описании системы связи, под которой понимается как одноканальная, многоканальная системы связи, так и сеть связи, используется понятие объекта связи 1 (фигура 1), состоящего из основных блоков:
2 - блока устройств ввода информации в систему связи (БУВИ);
3 - блока запоминающих устройств (БЗУ);
4 - блока устройств передачи информации (БУПИ);
5 - блока устройств вывода информации из системы связи (БУВВИ). Кроме того, структурная схема реализации предлагаемого способа включает в себя блоки:
6 - блок измерителя-вычислителя интервала эффективной работы системы связи (БИВИЭР);
7 - блок сравнения входного трафика и управления (БСВТУ);
8 - блок измерителя-вычислителя тангенса угла полосовой эффективности системы связи (БИВТУПЭ);
9 - блок измерителя-вычислителя порогового значения тангенса угла полосовой эффективности системы связи (БИВПТУПЭ);
10 - блок сравнения тангенса и управления (БСТУ);
11 - блока фиксации пороговых значений (БФПЗ).
зад
вх пор1
вх пор
2
вх i
вх пор1
вх пор2
зад
i
пор
Сущность изобретения заключается в том, что путем измерений через заданный интервал времени t в блоках: устройств ввода информации, запоминающих устройств, устройств передачи информации, устройств вывода информации системы связи, определяют интервал эффективной работы системы связи [γ , γ], после чего для текущих значений интенсивности входного трафика γ в промежутке от γ до γ через t производят последовательные измерения: количества поступающих пакетов в систему связи в блоке устройств ввода информации, емкости буферов в блоке запоминающих устройств и пропускных способностей каналов связи в блоке устройств передачи информации, количества пакетов, находящихся в блоке запоминающих устройств, и производительности системы связи в блоке устройств вывода информации системы связи, на основе которых вычисляют текущие значения тангенса угла полосовой эффективности системы связи tgα и его пороговое значение tgα в соответствии с выражением
порИП
вх пор
i
пор
где Δη=0,1% - пороговое значение приращения КПД передачи информации с учетом появления в системе связи информационных потерь, Δγ - пороговое значение приращения интенсивности входного трафика, при этом каждое значение тангенса tgα сравнивают с пороговым tgα, и если
i
пор
вх tgα
вх i
вх пор1
вх tgα
вхtgα
то описанные выше действия продолжают пока не выполнится условие tgα≤tgα, после чего измерения и вычисления прекращают, фиксируют текущее значение интенсивности входного трафика γ = γ, и принимают решение о том, что система связи будет работать эффективно с обеспечением допустимого уровня информационных потерь при интенсивностях входного трафика в интервале [γ,γ], где γ - верхняя граница интервала эффективной работы системы связи при допустимом уровне информационных потерь (фигура 2).
i
пор
вх tgα
пор
вх пор
кан
вх min
кан
вх min
пор
ИП
вх пор1
вх tgα
i
пор
Сущность изобретения поясняется следующим. Проведение последовательных измерений текущих значений интенсивности входного трафика, КПД передачи информации и тангенса угла полосовой эффективности системы связи при изменении интенсивности входного трафика в интервале ее эффективной работы (полосы пропускания) [Межуев A.M., Пасечников И.И. Определение полосы пропускания информационной сети по входному трафику на основе использования значения ее кибернетической мощности. - Воронеж: Вестник ВИ ФСИН, №3, 2016. - С.22-27] позволяет определить интервал изменения входного трафика, в котором система связи функционирует с требуемой эффективностью информационного обмена при допустимом уровне информационных потерь за счет сравнения текущих значений тангенса угла полосовой эффективности tgα с его пороговым значением tgα (2) и определения верхней границы интервала γ. При этом для определения tgα (1) использованы пороговые значения: приращения входного трафика Δγ=N ⋅ Δγ,где N - ЧИСЛО каналов связи, Δγ - минимальное приращение интенсивности входного трафика в каждом канале связи равное величине 1 пакет/с, выбранного согласно известному способу оценки эффективности системы связи [патент RU 2685030, МПК H04L 29/00, 16.04.2019, Бюл. №11]; приращения КПД передачи информации с учетом допустимых информационных потерь в системе связи Δη=0,1%, которое определено на основе моделирования и оценки эффективности информационного обмена систем связи с заданными структурами [Межуев A.M., Пасечников И.И., Коренной А.В. Анализ функции эффективности информационной сети и алгоритм оценки режимов информационного обмена на основе производных обобщенного показателя. - М.: Электромагнитные волны и электронные системы, 2017. - т.22, №5. - С. 12-22] с учетом требований по потерям информационных пакетов, указанных в рекомендациях Международного союза электросвязи [ITU-T Recommendation Y.1541 Network Performance Objectives for IP-Based Services // May 2002; ITU-T Recommendation E.802 Overall network operation, telephone service, service operation and human factors // February 2007]. В результате слева полоса пропускания системы связи с учетом допустимых информационных потерь ограничивается в соответствии с заданным пороговым значением КПД передачи информации значением входного трафика γ, полученным при определении интервала эффективной работы системы связи по известному способу [патент RU №2571917, H04L 29/00, 27.12.2015, Бюл. №36], а справа - γ, которое определяется путем проверки неравенства (2) для текущих значений тангенса угла полосовой эффективности системы связи tgα и ограничивается его пороговым значением tgα.Этим достигается указанный в изобретении технический результат.
зад
i
пор
вх пор1
вхпор2
вх пор1
вx nop1
вx пор2
вx i
вх пор1
вx i
вх пор2
зад
i
зад
кан
пор
ИП
пор
i
пор
i
пор
i
вx i
вх tgα
зад
i
вх пор1
вх tgα
_
Способ оценки эффективности информационного обмена системы связи с учетом информационных потерь осуществляется следующим образом (фигура 1). Через заданный интервал времени t на основе последовательных измерений в блоках системы связи: БУВИ (блок 2), БЗУ (блок 3), БУЛИ (блок 4) и БУВВИ (блок 5) определяют в БИВИЭР (блок 6) текущие значения КПД передачи информации системы связи η и сравнивают их с пороговым η, в результате чего по известному способу [патент RU №2571917, H04L29/00, 27.12.15 Бюл. №36] находят интервал эффективной работы системы связи по входному трафику [γ, γ], нижнее значение которого γ направляют с выхода 2 БИВИЭР (блок 6) на вход 1 БФПЗ (блок 11), выполненный например в виде запоминающего устройства, для его запоминания. Граничные значения интервала эффективной работы системы связи [γ,γ] с выхода 1 БИВИЭР (блок 6) подают на вход 1 БСВТУ (блок 7), выполненный, например, в виде компаратора, для сравнения их с текущим значением интенсивности входного трафика γ, поступающим из БУВИ (блок 2) на вход 2 блока БСВТУ (блок 7). Если условия γ≤γ≤у не выполняются, то на выход БСВТУ (блок 7) управляющий сигнал не выдают. Иначе, на выходе БСВТУ (блок 7) формируют управляющий сигнал, который подают на управляющий вход (упр. вх. 1) БИВТУПЭ (блок 8) для проведения измерений и вычислений через заданный интервал времени t текущих значений тангенса угла полосовой эффективности системы связи tgα по известному способу [патент RU 2685030, МПК H04L29/00, 16.04.2019. Бюл. №11] на основе последовательных измерений через t в блоках: БУВИ (блок 2), БЗУ (блок 3), БУПИ (блок 4) и БУВВИ (блок 5) системы связи. Далее из БУПИ (блок 4) на вход 1 БИВПТУПЭ (блок 9) подают посчитанное количество каналов связи N, а на вход 2 БИВПТУПЭ (блок 9) - пороговое приращение КПД передачи информации с учетом допустимых информационных потерь в системе связи Δη=0,1%, где например с помощью делителя, определяют пороговое значение тангенса угла полосовой эффективности системы связи tgα.Затем значения tgα из БИВТУПЭ (блок 8) и tgα из БИВПТУПЭ (блок 9) направляют, соответственно на входы 1 и 2 БСТУ (блок 10), выполненный, например, в виде компаратора, для их сравнения. При выполнении условия tgα>tgα на выход БСТУ (блок 10) управляющий сигнал не выдают и продолжают измерения текущих значений тангенса tgα. Иначе, на выходе БСТУ (блок 10) формируют управляющий сигнал, который подают на управляющий вход (упр. вх.) БФПЗ (блок 11) и фиксируют текущее значение γ=γ, поступающее из БУВИ (блок 2) на вход 2 БФПЗ (блок 11). Далее с выхода 2 БФПЗ (блок 11) управляющий сигнал направляют на управляющий вход (упр. вх. 2) БИВТУПЭ (блок 8) на прекращение измерений и вычислений через заданный интервал времени t текущих значений тангенса угла полосовой эффективности системы связи tgα. После чего на выход 1 БФПЗ (блок 11) выдают граничные значения интервала интенсивностей входного трафика [γ,γ]  полоса пропускания системы связи с учетом допустимых информационных потерь.
Все представленные выше операции для осуществления способа, могут быть реализованы, например, с использованием быстродействующих микроконтроллеров [Белов А.В. Самоучитель разработчика устройств на микроконтроллерах AVR. - С.-Пб.: Наука и Техника, 2008. - 544 с.].
Отличие предложенного способа от прототипа состоит в том, что он обеспечивает определение интервала изменения интенсивности входного трафика, в пределах которого функционирование системы связи осуществляется с требуемой эффективностью информационного обмена, оцениваемой значениями КПД передачи информации, при одновременном обеспечении допустимого уровня информационных потерь, характеризуемого значениями тангенса угла полосовой эффективности системы связи.
Доказательством технической реализуемости способа оценки эффективности информационного обмена системы связи с учетом информационных потерь, является то, что для его осуществления требуются стандартные элементы микроэлектроники, существующие средства измерительной и вычислительной техники, а также программное обеспечение, основой которого являются стандартные математические операции.
Область применения предложенного способа оценки информационной эффективности систем связи относится к информационным системам, где объектом рассмотрения являются процессы приема, хранения и передачи информации как внутри системы, так и выдачи ее пользователям, подключенным к ее выходу.