Рекомендовано МССН
«Информатика»
ПРОГРАММА
Наименование дисциплины: Управление качеством и вероятностные модели функционирования сетей связи следующего поколения
Рекомендуется для направления подготовки (специальности)
010400 «Прикладная математика и информатика»
Магистерская специализация «Управление инфокоммуникациями и интеллектуальные системы»
(указываются код и наименования направления(ий)
подготовки (специальности (ей) и/или профилей (специализаций)
Квалификация (степень) выпускника магистр
(указывается квалификация (степень) выпускника в соответствии с ФГОС)
1. Цели и задачи дисциплины:
Целями освоения дисциплины являются изучение подходов к управлению качеством обслуживания в сетях связи следующего поколения; рассмотрение вопросов качества в NGN на различных уровнях; знакомство с методами анализа и расчета показателей качества отдельных элементов сетей, а также сети в целом, в NGN; освоение и исследование точных и приближенных методов анализа качества обслуживания в сетях связи следующего поколения.
Задачами дисциплины являются обучение студентов активному владению методами теории телетрафика, построению математических моделей сетей NGN и их фрагментов, формирование навыка применения вычислительных алгоритмов к анализу производительности сетей NGN для расчета характеристик сетей, важных с точки зрения управления качеством обслуживания в сетях связи следующего поколения.
2. Место дисциплины в структуре ООП:
(указывается цикл, к которому относится дисциплина; формулируются требования к входным знаниям, умениям и компетенциям студента, необходимым для ее изучения; определяются дисциплины, для которых данная дисциплина является предшествующей)
Цикл, к которому относится дисциплина: вариативная часть профессионального цикла М.2.
Требования к входным знаниям и умениям: необходимо пройти обучение по дисциплинам
ñ «Модели для анализа качества обслуживания в сетях связи следующего поколения» вариативной части профессионального цикла Б.3 программы направления 010400.62 «Прикладная математика и информатика»;
ñ «Мультисервисные сети связи», «Математическая теория телетрафика» вариативной части профессионального цикла М.2.
Студенту необходимо
знать принципы и методы разработки и анализа моделей сетей и систем телекоммуникаций; основные понятия и определения, относящиеся к концепции сетей следующего поколения; требования международных стандартов к показателям качества обслуживания – QoS-параметрам (Quality of Service); принципы функционирования мультисервисных сетей связи (МСС); методы разработки и анализа моделей функционирования МСС;
уметь строить вероятностные модели сетей и систем телекоммуникаций в терминах теории массового обслуживания и теории марковских процессов, применять методы анализа и расчета показателей качества обслуживания к моделям сетей и систем телекоммуникаций;
владеть точными и приближенными методами исследования и анализа моделей сетей и систем телекоммуникаций;
обладать компетенциями: ОК-11, ОК-12, ОК-14, ОК-15, ПК-1, ПК-2, ПК-3, ПК-6, ПК-7, ПК-9, ПК-10 (по направлению 010400 Прикладная математика и информатика (Бакалавры)).
ОК-11: способностью владения навыками работы с компьютером как средством управления информацией
ОК-12: способностью работать с информацией в глобальных компьютерных сетях
ОК-14: способностью использовать в научной и познавательной деятельности, а также в социальной сфере профессиональные навыки работы с информационными и компьютерными технологиями
ОК-15: способностью работы с информацией из различных источников, включая сетевые ресурсы сети Интернет, для решения профессиональных и социальных задач
ПК-1: способностью демонстрации общенаучных базовых знаний естественных наук, математики и информатики, понимание основных фактов, концепций, принципов теорий, связанных с прикладной математикой и информатикой
ПК-2: способностью приобретать новые научные и профессиональные знания, используя современные образовательные и информационные технологии
ПК-3: способностью понимать и применять в исследовательской и прикладной деятельности современный математический аппарат
ПК-6: способностью осуществлять целенаправленный поиск информации о новейших научных и технологических достижениях в сети Интернет и из других источников
ПК-7: способностью собирать, обрабатывать и интерпретировать данные современных научных исследований, необходимые для формирования выводов по соответствующим научным, профессиональным, социальным и этическим проблемам
ПК-9: способностью решать задачи производственной и технологической деятельности на профессиональном уровне, включая: разработку алгоритмических и программных решений в области системного и прикладного программирования
ПК-10: способностью применять в профессиональной деятельности современные языки программирования и языки баз данных, операционные системы, электронные библиотеки и пакеты программ, сетевые технологии
Дисциплины, для которых данная дисциплина является предшествующей:
курсовые и выпускные квалификационные работы.
3. Требования к результатам освоения дисциплины:
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:
ОК-6, ОК-7, ПК-8, ПК-9, ПК-11, ПК-12.
(указываются в соответствии с ФГОС ВПО)
ОК-6: способность совершенствовать и развивать свой интеллектуальный и общекультурный уровень, добиваться нравственного и физического совершенствования своей личности
ОК-7: способность и готовность к активному общению в научной, производственной и социально-общественной сферах деятельности
ПК-8: способность проводить семинарские и практические занятия со студентами, а также лекционные занятия спецкурсов по профилю специализации
ПК-9: способность разрабатывать учебно-методические комплексы для электронного (e-learning) и мобильного обучения (m-learning)
ПК-11: способность работать в международных проектах по тематике специализации
ПК-12: способность участвовать в деятельности профессиональных сетевых сообществ по конкретным направлениям
В результате изучения дисциплины студент должен
знать основные понятия и определения, относящиеся к концепции сетей связи следующего поколения; основные протоколы сетей связи следующего поколения; требования международных стандартов к показателям качества на различных уровнях сети NGN; методы разработки и анализа моделей телекоммуникационных систем сложной структуры; численные методы расчета (приближенные и точные) характеристик сети;
уметь строить модели отдельных функциональных элементов NGN, а также модели сети в целом; проводить исследование построенных моделей, получать их вероятностные характеристики, требующиеся для анализа показателей качества; использовать изученные методы и принципы при разработке моделей и анализе качества обслуживания для реально существующих сетей;
владеть точными и приближенными методами исследования и анализа моделей сетей и систем телекоммуникаций.
4. Объем дисциплины и виды учебной работы
Общая трудоемкость дисциплины составляет __4__ зачетных единицы.
Вид учебной работы | Всего часов | Семестры | |
3 |
| ||
Аудиторные занятия (всего) | 36 | 36 |
|
В том числе: | - | - |
|
Лекции | 18 | 18 |
|
Лабораторные работы (ЛР) | 18 | 18 |
|
Самостоятельная работа (всего) | 108 | 108 |
|
В том числе: | - | - |
|
Расчетные работы аттестации (практическое задание) | 70 | 70 |
|
Другие виды самостоятельной работы |
| ||
Самостоятельная проработка дополнительного материала | 56 | 56 |
|
Промежуточные аттестации (прием практических заданий) | 8 | 8 |
|
Итоговая аттестация (экзамен) | 10 | 10 |
|
Общая трудоемкость час зач. ед. | 144 4 | 144 4 |
|
5. Содержание дисциплины
5.1. Содержание разделов дисциплины
№ п/п | Наименование раздела дисциплины | Содержание раздела |
1. | Математические модели телекоммуникационных систем сложной структуры | Общий подход к построению моделей телекоммуникационных систем сложной структуры в виде системы массового обслуживания (СМО) (S, A) с ресурсами некоторой структуры S и алгоритмом A их распределения между входящими потоками заявок. Математическая модель буферизации в узле коммутации пакетов в виде СМО (S1, Au), u=1..5. Основные параметры модели фрагмента системы спутниковой связи (S2, A5). |
2. | Модели сетей сотовой подвижной связи (ССПС). | Принципы функционирования ССПС. Организация каналов связи. Соты, кластеры и эстафетная передача обслуживания (хэндовер). Модель кластера двухуровневой ССПС: условия мультипликативности, анализ основных вероятностно-временных характеристик (ВВХ). Модель микросоты с двумя типами каналов и учетом мобильности абонентов: построение пространства состояний, вывод СУР. Анализ модели микросоты с помощью квазиэрланговской СМО с одномерным распределением числа занятых каналов. Рекуррентный алгоритм расчета вероятностей блокировок. Оптимизация числа каналов. |
3. | Управление доступом для мультисервисных СМО. | Стратегии доступа: основные определения. Стратегия резервирования каналов. Координатно‑выпуклые стратегии. Системы уравнений глобального (СУГБ) и частичного (СУЧБ) балансов. Основные типы координатно‑выпуклых стратегий. Об оптимизации стратегии доступа. |
(Содержание указывается в дидактических единицах. По усмотрению разработчиков материал может излагаться не в форме таблицы)
5.2 Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами
№ п/п | Наименование обеспечиваемых (последующих) дисциплин | № № разделов данной дисциплины, необходимых для изучения обеспечиваемых (последующих) дисциплин | ||
1 | 2 | 3 | ||
1. | Курсовые и выпускные квалификационные работы | + | + | + |
5.3. Разделы дисциплин и виды занятий
№ п/п | Наименование раздела дисциплины | Лекц. | Практ. зан. | Лаб. зан. | Семин | СРС | Все-го час. |
1. | Математические модели телекоммуникационных систем сложной структуры | 6 | 6 | 48 | 60 | ||
2. | Модели сетей сотовой подвижной связи (ССПС). | 8 | 8 | 32 | 48 | ||
3. | Управление доступом для мультисервисных СМО. | 4 | 4 | 28 | 36 | ||
Итого: | 18 | 18 | 108 | 144 |
6. Лабораторный практикум
№ п/п | № раздела дисциплины | Наименование лабораторных работ | Трудо-емкость (час.) |
1. | 1 | Открытая однородная экспоненциальная сеть массового обслуживания (СеМО). Замкнутая СеМО. | 4 |
2. | 1 | Обратимые марковские процессы. Необходимое и достаточное условия обратимости. Обратимость усеченного марковского процесса. | 2 |
3. | 2 | Эволюция мобильных сетей. Базовые характеристики сетей разных поколений. Сети 3G и 4G. | 4 |
4. | 2 | Методы определения момента инициации хэндовера. Процедуры жесткой и мягкой эстафетной передачи. Упрощающие предположения для построения моделей оценки качества. Параметры качества: вероятности блокировок нового вызова, хэндовера, многократного хэндовера. | 4 |
5. | 3 | Четыре основные координатно-выпуклые стратегии и связь между ними. Примеры оптимизации для мультисервисных СМО. | 4 |
7. Практические занятия (семинары)
Не предусмотрено
8. Примерная тематика курсовых проектов (работ)
Не предусмотрено
9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины:
а) основная литература
1. Башарин Г. П., Гайдамака Ю. В., Самуйлов К. Е., Яркина качеством и вероятностные модели функционирования сетей связи следующего поколения (Уч. пособие). М.: Изд-во РУДН, 2009. – 157 с.: ил.
2. Башарин по математической теории телетрафика. М.: Изд-во РУДН. 3-е изд. 2009. – 342 с.
б) дополнительная литература
1. Башарин Г. П., Гайдамака Ю. В., Самуйлов К. Е., Яркина для анализа качества обслуживания в сетях связи следующего поколения (Уч. пособие). М.: Изд-во РУДН, 2009. – 137 с.: ил.
2. Степанов телетрафика мультисервисных сетей. М.: Изд-во «Эко-Трендз», 2010. – 392 с.
3. , Печинкин массового обслуживания: Учебник. М.: Изд-во РУДН, 1995. – 529 с., ил.
4. Крылов В. В., Самохвалова телетрафика и ее приложения. – СПб.: БХВ-Петербург, 2005. – 288 c.
5. Iversen V. B. Teletraffic engineering and network planning. – ITU-D, January 2011. – 460 p
http://. dtu. dk/education/34340/material/telenook2011pdf. pdf
в) программное обеспечение лаборатории «Управление инфокоммуникациями» кафедры систем телекоммуникаций РУДН, Scilab, GNUPlot
г) базы данных, информационно-справочные и поисковые системы:
· Учебный портал кафедры систем телекоммуникаций РУДН http://stud. sci. pfu. edu. ru/;
· e-learning-сервер кафедры систем телекоммуникаций РУДН http://elearning. sci. pfu. edu. ru/.
10. Материально-техническое обеспечение дисциплины:
Занятия проводятся на базе Лаборатории «Управление инфокоммуникациями» кафедры систем телекоммуникаций РУДН, созданной для выполнения Инновационной образовательной программы в рамках в рамках национального проекта «Образование» правительства Российской Федерации.
Лаборатория состоит из трех подразделений - учебного (ауд. 110), учебно-научного (ауд.116) и научного (ауд. 123), и оснащена современным сетевым оборудованием и компьютерной техникой. Лабораторная база позволяет осуществлять проекты по разработке прикладных средств инфокоммуникационной среды, проводить лекционные и лабораторные занятия с мультимедийными средствами обучения.
11. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины:
(указываются рекомендуемые модули внутри дисциплины или междисциплинарные модули, в состав которых она может входить, образовательные технологии, а также примеры оценочных средств для текущего контроля успеваемости и промежуточной аттестации)
Курс включает в себя лекции и лабораторные занятия. В процессе чтения курса предусмотрено два промежуточных контроля знаний и итоговый контроль знаний.
Промежуточный контроль знаний № 1 осуществляется в виде выполнения письменного практического задания № 1, включающего 1 задачу вычислительно-алгоритмического характера и 2 задачи аналитического характера, ориентированных на применение модели открытой однородной экспоненциальной сети массового обслуживания.
Промежуточный контроль знаний № 2 осуществляется в виде выполнения письменного практического задания № 2, включающего 4 задачи аналитического и вычислительно-алгоритмического характера на применение мультисервисных моделей Эрланга и Энгсета.
Итоговый контроль знаний осуществляется в виде экзамена, включающего теоретические вопросы по темам №1-3 курса.
Примерный перечень задач практического задания № 1
Задача 1.
Дано: экспоненциальная открытая СеМО (сеть Джексона)
Для исходных данных задачи 3.1 Прил. Г ([2] стр. 319) найти.
ñ интенсивности ослупления заявок в узлы СеМО.
ñ частоты посещения узлов;
ñ условие эргодичности;
ñ стационарные вероятности;
ñ среднее число заявок в узлах;
ñ среднее число заявок в сети N;
ñ среднее время пребывания в узле;
ñ среднее время пребывания в сети U.
Исследовать производительность сети, используя задачи 3.1 Прил. Г ([2] стр. 319) (получить результаты с точностью до 3 знаков после запятой):
Задача 2.
Для случая M=2 или M=3 изобразить диаграммы интенсивностей переходов при глобальном и частичном балансе. Выписать СУГБ, СУЧБ и равновесное распределение при с1=1, с2=2, с3=3.
Задача 3.
Получить из СУГБ для открытой сети СУГБ для замкнутой сети. Из СУЧБ получить СУЧБ (см. задачу 3.3 Прил. Г ([2] стр. 320).
Примерный перечень задач практического задания № 2
Задача 1.
Дано: замкнутая СеМО c заданными параметрами (см. задачу 4.1 Прил. Г ([2] стр. 321).
Найти: UTIL, EX, TH для каждого узла СеМО.
Построить: графики TH в зависимости от ср. времени обслуживания для разных переходных вероятностей между узлами и разного числа заявок в СеМО;
Задача 2.
(см. задачу 4.2 Прил. Г ([2] стр. 321)
а) Для модели буферной памяти БП в узле КП типа (S1, Au), u=1..5 построить и улучшить рис. 5.2, сопроводив его рисунками для каждого из 5 случаев/
б) (факультативно) Выполнить аналогичную работу для модели ССС (S2, Au), u=1..5.
Задача 3.
Для исходных данных задачи 4.3 Прил. Г ([2] стр. 322 построить пространство S и разметить возможные переходы; привести функцию управления доступом и соответствующие подпространства приема и блокировки для обоих потоков.
Задача 4.
Для исходных данных задачи 4.4 Прил. Г ([2] стр. 322 построить пространство S и разметить возможные переходы; привести функцию управления доступом и соответствующие подпространства приема и блокировки для обоих потоков.
Примерный перечень вопросов к итоговому контролю знаний
1. Построение основной модели мультисервисных ШЦЛ. Теорема о мультипликативности равновесного распределения.
2. Рекуррентный алгоритм вычисления макрохарактеристик модели мультисервисных ШЦЛ.
3. Модель мультисервисной ШЦЛ с ограниченным доступом. Теория о мультипликативности равновесного распределения макрохарактеристик.
4. Мультисервисная сеть ‑ дерево доступа – ШЦЛ. Алгоритм.
5. Стратегия доступа. Теорема о мультипликативности для координатно-выпуклых стратегий.
6. Назовите стратегии управления доступом для мультисервисной модели Эрланга.
7. Доказать, что стратегия доступа PP (Partitioning Policy) при L=1 представляет собой полнодоступную стратегию CS (Complete Sharing), а при L=K ‑ стратегию полного разделения CP (Complete Partitioning).
8. Дайте характеристику четырех координатно-выпуклых стратегий, опишите связи между ними.
9. Привести простые примеры, иллюстрирующие связи между четырьмя координатно-выпуклыми стратегиями.
10. Дайте краткую характеристику доходности для СМО с явными потерями. Приведите примеры оптимизации для мультисервисных СМО.
11. Открытые экспоненциальные сети с однотипными заявками. Теорема Джексона.
12. Замкнутые экспоненциальные сети с однотипными заявками. Теорема Гордона – Ньюэла. Алгоритм Бузена для однолинейных узлов.
Разработчики:
профессор каф. систем телекоммуникаций
Должность, название кафедры, инициалы, фамилия
доцент каф. систем телекоммуникаций
Должность, название кафедры, инициалы, фамилия
Заведующий кафедрой систем телекоммуникаций
название кафедры, инициалы, фамилия
