Специфика теоретической модели, представляющей реальную сеть связи в задачах анализа качества работы и синтеза структуры, определяет как постановку этих задач, так и методы их решения. Поэтому путь к классификации задач анализа и синтеза и методов их решения неизбежно проходит через классификацию сетей. В этой многоярусной классификации высший ярус составляет тип сети, определяемый формой задания общей потребности в связи и соответствующими ей особенностями технологии удовлетворения этой потребности (технологии действия). Здесь можно выделить три типа сетей: сигнальную, сеть без коммутации и сеть с коммутацией.
Для сигнальной сети общая потребность в связи задается в виде набора корреспондирующих пар узлов W. Причем индивидуальная потребность в связи для каждой из этих пар сводится к необходимости иметь заданное число путей передачи информации иногда с дополнительными ограничениями веса этих путей и их взаимного расположения. Реальным прототипом сигнальной сети является сеть связи, предназначенная для передачи весьма коротких сообщений кратких сигналов — по каналам с заведомо избыточной пропускной способностью (отсюда термин «сигнальная сеть»). Сигнальные сети могут быть разделены на два подтипа: сети одновременной связи, в которых индивидуальные потребности в связи всех корреспондирующих пар узлов должны быть удовлетворены одновременно, и сети независимой связи, где требование одновременности отсутствует.
В сети без коммутации индивидуальная потребность в связи задается числом каналов с единичной пропускной способностью (скоростью) и кондиционной траекторией, которые должны быть предоставлены данной корреспондирующей паре узлов в безраздельное пользование, а технология действия сводится к манипулированию только кроссовыми соединениями. Здесь следует различать два подтипа. Первый из них — сеть без коммутации при неодновременных требованиях, в которой в любой момент времени только какая-либо одна из корреспондирующих пар узлов реализует свое требование, причем для обслуживания этой пары с помощью необходимых перекроссировок используется весь ресурс элементарных каналов(скорости) линий сети. Второй подтип — сеть без коммутаций при одновременных требованиях: требуемые каналы предоставляются одновременно и независимо всем корреспондирующим парам узлов.
В сети с коммутацией каналы по мере необходимости предоставляются для передачи отдельных сообщений любой из корреспондирующих пар узлов. Индивидуальная потребность в связи отдельной корреспондирующей пары узлов задается соответствующим входящим потоком сообщений и нормой времени их доставки или вероятностью потерь в зависимости от способа доставки сообщений.
В сетях каждого типа различаются два надежностных подтипа сети, детерминированная сеть или стохастическая, в зависимости от того, учитывается или игнорируется случайный характер внешних воздействий на элементы моделируемой реальной сети связи. В стохастической сети, по крайней мере, некоторые элементы неабсолютно надежны или уязвимы. При этом уязвимость элементов сети при преднамеренных воздействиях,способность противостоять которым определяет ее живучесть, рассматривается как специальный частный случай ненадежности. От технической ненадежности, где обычно имеет место статистическая независимость отказов отдельных элементов, преднамеренные повреждения отличаются тем, что отказы отдельных элементов становятся зависимыми случайными событиями. Элементы детерминированной сети принимаются абсолютно надежными или абсолютно ненадежными. Это означает, что повреждения элементов моделируемой реальной сети связи не трактуются как случайные события, а надежность обеспечивается наличием достаточного числа альтернатив в выборе пути доставки сообщения.
Особенности технологии действия, существенно влияющие на постановку задач анализа и синтеза и методы их решения, определяют технологический подтип сети. Для сетей с коммутацией здесь возникают два технологических подтипа: сеть с коммутацией каналов и сеть с коммутацией сообщений (пакетов).
Правомерность и целесообразность представления конкретной реальной сети связи той или иной теоретической моделью диктуются не только свойствами этой сети, но и целью рассмотрения. Поэтому между реальной сетью связи и ее теоретической моделью нет жесткой связи: одну и ту же реальную сеть связи бывает удобно рассматривать как сеть того или иного типа и подтипа, различного в зависимости от цели рассмотрения. Так, например, реальную сеть связи, которая при анализе качества работы представляется как сеть с коммута-цией, при исследовании ее надежностных свойств бывает целесообразно рас-сматривать как сигнальную сеть.
Систематизация критериев качества и целевых критериев синтеза сетей
В задачах анализа качества работы сети искомыми являются величины индивидуальных критериев качества для всех корреспондирующих пар узлов, определяющие общий критерий качества R. Конкретный вид этих критериев существенно зависит от способа задания потребности в связи, особенностей технологии удовлетворения потребностей (технологии действия сети) и надежностного подтипа сети. Поэтому систематика критериев качества в значительной степени повторяет уже рассмотренную классификацию самих сетей. В частности, для подтипа стохастических сетей критерии качества носят вероятностный характер. Здесь будут рассмотрены только наиболее информативные критерии качества с приемлемой трудоемкостью вычисления, которые могут быть следующим образом систематизированы в связи с типом сети.
Критерии для сигнальных сетей. В детерминированной сигнальной сети индивидуальным критерием качества является факт существования или отсутствия кондиционного пути передачи информации для каждой корреспондирующей пары узлов. Для детерминированной сети с уязвимыми элементами имеет смысл применение косвенного индивидуального критерия — числа кондиционных путей, соединяющих отдельную корреспондирующую пару узлов или непересекающихся по узлам или по линиям, если узлы полагаются неуязвимыми. Четкого представления о степени уязвимости сети этот критерий не дает и потому едва ли пригоден в качестве меры уязвимости. Однако связь этого критерия с уязвимостью сети интуитивно ясна: с ростом числа непересекающихся путей, соединяющих корреспондирующую пару узлов, затрудняется изоляция этих узлов друг от друга.
В стохастической сигнальной сети для подтипа сетей независимой связи индивидуальным критерием качества является вероятность существования кондиционного пути, связывающего отдельную корреспондирующую пару узлов. Для подтипа стохастических сигнальных сетей одновременной связи общим критерием качества служит вероятность одновременного существования кондиционных путей для связи всех корреспондирующих пар узлов.
Критерии для сетей без коммутации. В детерминированных сетях без коммутации рассмотрим отдельно два подтипа. Для подтипа сетей без коммутации при неодновременных требованиях индивидуальным критерием качества является максимальное число каналов с единичной пропускной способностью и кондиционными траекториями, которыми может быть соединена отдельная корреспондирующая пара узлов, если для обслуживания этой пары используются все имеющиеся элементарные каналы всех линий.
Для подтипа детерминированных сетей без коммутации при одновременных требованиях индивидуальный критерий качества плана кроссировки — число каналов с единичной пропускной способностью (с заданной скоростью) и кондиционной траекторией, предоставляемых отдельной корреспондирующей паре узлов по плану кроссировки.
В случае стохастической сети без коммутации для подтипа сетей с неодновременными требованиями индивидуальный критерий качества есть вероятность события: «число исправных каналов с единичной пропускной способностью и кондиционными траекториями, которыми может быть соединена отдельная корреспондирующая пара узлов, должно быть не менее требуемого». При условии, что для обслуживания этой пары используются все работоспособные узлы и элементарные каналы всех исправных линий.
Для подтипа стохастических сетей без коммутации при одновременных требованиях рассмотрим два случая.
1. Технологический подтип сетей с неизменной кроссировкой. Индивидуальный критерий качества — вероятность события: «число исправных каналов в группе каналов, предоставляемых данной корреспондирующей паре узлов по плану распределения, не менее требуемого».
2. Технологический подтип сетей с перекроссировкой. Индивидуальный критерий качества — вероятность события: «число каналов с единичной пропускной способностью и кондиционными траекториями, предоставляемых данной корреспондирующей паре узлов по плану кроссировки (быть может, с помощью перекросспровок), не менее требуемого».
Критерии для сетей с коммутацией. Для всех подтипов сетей с коммутацией принимается единый индивидуальный критерий качества — вероятность своевременной доставки сообщений входящего потока сообщений при заданной норме времени доставки.
Сеть с коммутацией каналов (при обслуживании с потерей заявки при отказе в установлении соединения) иногда оценивают косвенным критерием: вероятностью установления соединения по однократной заявке на передачу сообщения. Часто измеряется вероятность события – потери заявки. Мерой качества работы этот критерий быть не может. Действительно, событие «доставка сообщения» равносильно сложному событию «установление необходимого соединения и сохранение его (непрерывно или с допустимыми перерывами) на время, необходимое для передачи сообщения». Иногда может допускаться дробление сообщения на части и передача последних самостоятельно с последующей «сборкой» сообщения. Тогда сообщение считается доставленным лишь после его сборки в узле-выходе или у адресата, причем само дробление сообщения на части может быть не только обязательным компонентом технологии, но и результатом случайных прерываний соединении в процессе передачи сообщении. Поэтому распределение вероятностей времени доставки сообщений зависит, по крайней мере, от следующих факторов: вероятности установлении требуемого соединения по каждой отдельной заявке, распределения интервалов времени повторения заявки при отказе, а также от распределения длины сообщений и надежностных харак-теристик сети и ее элементов. Таким образом, косвенный критерий — вероятность установления соединения по однократной заявке — характеризует только одни из факторов, определяющих основной критерии.
Целевые критерии синтеза сетей. Как было ранее отмечено, в качестве экономической характеристики сетей всех типов взят критерий общесетевых затрат Ц, а минимизируемый целевой критерий синтеза структуры сети есть приведенные затраты на сетку линий Цл и узловую основу сети.
