CC BY
68
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ КСТНИК Н» 1 («7) 2010
приоритетами предлагается многовходовая схема нечеткого вывода рис. 8.
5. Заключение
В представленной работе разработаны функциональная и структурная схемы управления канальным ресурсом СМО с нечеткими интенсивностями потоков и времени обслуживания, на основе нечетких правил вывода.
В отличие от ранее предложенных многовходо-вых схем реализации Г-вывода [10], здесь предлагается ввести устройство (рис. 8), реализующее нечеткую импликацию и позволяющее корректировать функции принадлежности потоков требований в зависимости от приоритета, что позволит более адекватно принимать решения о выделении канального ресурса в зависимости от интенсивности входящих нагрузок различных потоков.
Библиографический список
1. Бычков, Е. Д. Влияние самоподобия па оценку состояния каиллов при интеграции речи и данных / БД Бычков. 0.11. Коваленко // Труды Российского научно-технического общества радиотехники, электроники и синаи нм. А. С. Попова. — Москва. 2007. - Выпуск 1X11. - С. 252-253.
2. Бычков. Е.Д. Модель интеграции трафика мультисервис-ной сети с различными параметрами качества обслуживания / ЕД- Бычков, О.Н. Коваленко // Омский научный вестник. — 2009. — N91(77). - С.19‘) — 201.
3. Fuzzy Sets and Systems: Theory and applications/ed. Dubois D., Prade H.— New-York :Acad. Press. 1980. — 394 P.
4. Обработка нечеткой информации в системах принятия решений / A.I1. Борисов, Л.В. Алексеев. Г.В. Меркурьева, 11.11. Слядзь, В.И. Глушков. — М.: Радио и связь, 1989. — 304 с.
5. Борисов, А.Н.Принятие решений на основе нечетких моделей: Примеры использования / АН. Борисов, О.А. Крумберг, И.П. Федоров. Рига: Зинатне, 1990. — 184 с
6. Борисов, В.В. Нечеткие модели и сети / В. В. Борисов, В.В. Круглов, Л.С Федулов. — М.: Горячая линия-Телеком. 2007. — 284 с.
7. t:ukami S., Mizumoto М,, Tanaka К. Some considerations ol fuzzy conditional inference // Fuzzy Sets and Systems. 1980. V. 4. P. 243 - 273.
8. Kiszka J. B., Kochanska М. E., Sliwinska D. S. The influence of some fuzzy implication operators on the accuracy of fuzzy model // Fuzzy Sets and Systems. 1985. V. 15. P. Ill -128:223 - 240.
9. Приложение теории нечетких (Fuzzy) множества математических моделях систем связи. Исследования и материалы: приложение к журналу «Омский научный вестник» / Бычков Е.Д, СалахугдиновР.З-.ЛендикрейВ.В. — Омск:ОГМА2000. - 188с.
10. Прикладные нечеткие системы : переводе японского/под ред. Т. Тэрапо, К. Асаи , М. Сугэно. — М.: Мир, 1993. — 368 с
БЫЧКОВ Евгений Дмитриевич, кандидат технических наук, доцент кафедры «Системы передачи информации».
Адрес для переписки: e-mail: [email protected]
Статья поступила в редакцию 10.12.2009 г.
©ИД. Бычков
УДК 621.317:519.5 Е. Д. БЫЧКОВ
А. С. КИЯЕВ
Омский государственный университет путей сообщения
Омский НИИ приборостроения
АЛГОРИТМ МАРШРУТИЗАЦИИ ПАКЕТОВ ДАННЫХ В РАСПРЕДЕЛЕННОЙ СИСТЕМЕ УПРАВЛЕНИЯ НА ОСНОВЕ НЕЧЁТКИХ МАТРИЦ ПРЕДПОЧТЕНИЯ
В работе рассматривается алгоритм маршрутизации в структуре системы управления «Менеджер—Агентп телекоммуникационной сетью, в которой сигналы управления распределяются в сети в соответствии с маршрутной матрицей, построенной на основе нечётких матриц предпочтений.
Ключевые слова: поллинговая система, маршрутная матрица, нечёткие отношения, нечёткий интеграл.
1. Введение
При разработке алгоритмов маршрутизации преследуют одну или несколько целей: оптимальность, простота и низкие непроизводительные затраты, живучесть и стабильность, быстрая сходимость, гибкость. Также в алгоритмах маршрутизации
используется мною различных показателей, например, длина маршрута, надежность, задержка, ширина полосы пропускания, нагрузка, стоимость связи и др., следовательно, процедура маршрутизации является многопараметричной и сложной. В зависимости от структуры и сложности телекоммуникационной сети в алгоритмах маршрутизации возникает проб-
лома выбора наиболее приемлемого маршрута для установления связи. В условиях, когда отсутствует полная или достоверная информация об этих параметрах и поставленных целях, наиболее целесообразно использовать нечеткую (fuzzy) логику в процедуре выборе маршрута.
2. Модель системы управления «Менеджер- Агент»
Взаимодействие менеджера в структуре распределенной системы управления (РСУ) |1| с каждым элементом телекоммуникационной ce m NE (агентов) происходит в форме определенного упорядоченного опроса, которая называется поллинговой системой (ПС) |2|. Данная система является разновидностью СМО с нисколькими очередями и с одним общим обслуживающим устройством (сервером, здесь в качестве него — менеджер). Очереди формируются управляемыми устройствами — агентами. Процесс взаимодействия «менеджера» с «агентами» можно представить в виде сеж массового обслуживания (СеМО), приведенной на рис. 1.
В соответствии с рис. 1 здесь следующие обозначения: Прм - процессор менеджера; рМ1, рш — интенсивности обслуживания или пропускная спо* собносп, процессора М на передаче и приеме соответственно, бит/сек; \хь — интенсивность обслуживания базы данных; Л, — соответствующие интенсивности потоков заявок (требований);
Сервер (менеджер) посещает очереди (агентов), следуя определенному порядку опроса очередей и обслуживая их в соответствии с выбранной дисциплиной (2).
Будем полага ть, что система «менеджер - агент» функционирует (производит мониторинг) цикли -
чески с исчерпывающим обслуживанием очередей, тогда среднее время, затрачиваемое на обработку «агента», составит
T*. = t*, + tSM+t^+lL+lSA + tKy
(1)
где 1ф|1 — среднее время формирования и выдачи
пакетов (1) — управления; К — контроля; О - диагностики) из базы данных в процессор «менеджера» (М); Цы — среднее время обслуживания пакетов на передачу и прием пакетов откликов М
. _ ^П1>Л
км —
+ Рпум .
Рм» ИМ2
(2)
Здесь $пр. — средняя длина составного пакета,
'ПРД
5П|= Э,, + I- Б,,, бит; цм,, рш интенсивности об-
служивания или пропускная способность процессорам на передаче и приеме соответственно, бит/с; 1м* ~ среднее время выбора маршрута передачи пакетов до Л; I, — средне время распространения пакетов в линиях связи маршрута на передаче и приеме, без учета задержек в коммутационных узлах:
*1.=^
1ПР
(3)
с с
Здесь 1, — длина линии связи, с — скорость света, пик — количество узлов коммутации на маршруте передачи и приема соответственно; — среднее время обслуживания пакетов 5П|,Л- от М , пакетов откликов (реакций) процессором «агента» (А) и среднего времени формирования откликов из ЫЕ,,
(4)
Чл
■ + —&-+1.
Мл. Млз
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ МСТНИК N* 1 (17) 2010
Здесь Б, — средняя длина пакетов отклика г от объекта управления, рА,, цА2 — интенсивности обслуживания или производительность процессора агента на приеме и передаче соответственно; 1ку — средняя задержка в узлах коммутации.
Как видно из выражения (1) в системе «менеджер-агент» составляющим среднего времени ТЛ| является процедура маршрутизации, которая является важным элементом в системе «М — А», с точки зрения достоверной и своевременной доставки пакетов до адресатов («агентов»). Рассмотрим формирование маршрутной матрицы и процедуры принятия решения на основе теории Р-множеств.
3. Процедура выбора наиболее приемлемого маршрута
Пустії априорно известны источник И и получатель информации П, множество допустимых планов маршрутов І,є I, множество параметров маршрутов япбР ( длина маршрута, задержка передачи, безопасность, достоверность, пропускная способность, коэффициенты старения информации и готовности элементов сети или простоя и т.д.) возможные ситуации повреждений сети ск е Сц.
В условиях реальной эксплуатации, как правило, отсутствует с та тистика распределения потоков информации в экстремальных ситуациях в момент времени Т(. Однако в этих условиях необходимо выбирать приемлемый маршрут 1* для установления требуемой связи с удовлетворительным качеством приёма информации.
В связи с этим на каждом узле коммутации априорно строятся нечёткие рефлексивные матрицы предпочтений маршрутов Мц, на основе стандартных функций принадлежностей по условию ситуации ск, хранящиеся в базе данных Вмк. Предварительно база данных Вк формируется на основе мнений экспертов по телекоммуникационной сети в виде логических нечётких правил.
Если учесть, что менеджер в системе управления сетью является доминирующим на своем уровне распределенного управления (РУ), то достаточно сформировать Р-матрицу маршрутизации только для нею.
Таким образом, с учётом адреса (кода) агента, параметров маршрутов ппе Р и возможных ситуаций скеСц в управляющей системе М определяется подмножество приемлемых маршрутов Ь*с1- = {1,} . Из множества I/ строи тся нечёткая матрица предпочтений, которая имеет вид:
1, I* • «І
1 «|2а)3--
а2,1 а-й- •а2і
а3,ам1 • '“Зі
ач1ац2а4|: •»1
где М'и — матрица отношения маршрутов; п — индекс параметра п, относительно которого эксперт определяет степень о тношения предпочтения маршрутов в сети I, е Ь; ач) — числовое значение функции принадлежности
Й*0Ч.1,) = <1Ч не хуже I, 1, ^Цац) е|0,1|. (6)
Также строится рефлексивная матрица предпочтений для параметров маршрутов ппе Р, на основе априорно определенной база данных В11к при условии
ситуации ск єСц:
яіл2*з,*,*і
1 Ь12Ь1Я" Ь.1
к2 Ь^І Ь^, • *2»
МЦ = тс3 Ьз.
Ь<||Ь,,2Ьпд •••1
гдеЬд - числовое значение функции принадлежности Цк(л1>тс|)^< к. не хуже я, >,!,]*=1,п, Ьи«=|0,Ц.
Далее необходимо соотнести матрицы (5) и (7 ) и принят!! решение о наиболее приемлемом маршруте для передачи информации к получателю, т.е. получить матрицу
Ь *2 *3 ■
«1 а11а12а1.Ч' аЧ
ТС2 а21а22а23' -а2|
= к3 азія;«азз <*3,
«„.“«А. "°п,
Здесь каждая строка матрицы (8) есть нечеткое множество - <ВОЗМОЖНАЯ ОБЛАСТЬ МАРШРУТОВ ПО УСЛОВИЮ ПАРАМЕТРА яп> с функцией принадлежности ц(1,)е(0,1], ап}е (0,1]. Здесь -
текущие индексы, к — индекс ситуации ск.
Каждая строка матрицы (8) является сжатием матриц типа (5) но алгоритму (3|.
Ш а г 1. На основе матриц тина (1) строятся матрицы строгого предпочтения по выражению
К8 = я1»-(Кр) 1 с функцией принадлежности
рк(х,у) - тах(0,цк (х,у) ци (у.х), (9)
х.ус1.
где Лр — нечёткое отношение предпочтения Я,,= М'|; (1*р)“| — обратное отношение; Я55 — нечёткое отношение строгого предпочтения; х,у — значения переменных тождественных 1 (маршрутам),
Ш а г 2. Берётся дополнение от (9)
К = 1-Н* с функцией принадлежности
цй(х,у) = 1-цг(хгу). (Ю)
Ш а г 3. Определяется нечёткое подмножество недоминируемых (н.д.) альтернатив, т.е. производится свертка матрицы (5) м'п в виде строки
Н^(у) = пнп11 Ц„(х,у)1,у € Ц (11)
или
Мн^(у) = 1-тахцн(х.у),у€Ы = Пп. (12)
В результате проведения операций (9) - (12) образуется матрица нечётких отношений (8).
Далее формируется матрица нечётких отношений на основе матриц (8) и (7) по алгоритму.
Ш а 1*4. Берётся тах-тіп композиция матриц (8) и (7) Як=М,к«>М^ (13)
с функцией принадлежности
цк(1р1|) = тахпип[ц^(11,я)).цм,(к|,*,)1. (14)
•'Г1
Ш а г 5. Из ма трицы (13) определяется нечёт-
кое подмножество недомипирующих альтернатив аналогично (11) или (12). Таким образом находится подмножество Цс1- возможных маршрутов системы при к-й сетевой ситуации с функцией принадлежности
М.к(*|/я,.я2.пп). (|5)
по условию параметров д., і = 1 ,...,п .
Шаг 6. Далее матрица (8) по алгоритму из |3| сжимается в матрицу строку и определяется наиболее приемлемый маршрут по правилу
1* =агдтахц1>(],/я|1я.(1.я(), (16)
гдец,.(1»/я,,я2.я,) - функцияпринадлежности <НАИ-
БОЛЕЕ ВОЗМОЖНАЯ ОБЛАСТЬ МАРШРУТОВ Ь ПО УСЛОВИЮ ПАРАМЕТРОВ я,,*.^..., я,>; I* - наиболее возможный маршрут при к-й ситуации в сети.
Если априорно определены нечёткие веса маршрутов 4(1,) є|0,1] .сумма которых удовлетворяет условию
£ч(|,)>о.
і
то можно применить двойное нечёткое интегрирование по функции Мі_(1/’) для определения наиболее возможного маршрута 1, с Ь при к-й ситуации в телекоммуникационной сети по методике (3]:
1*’ =агд | ||ди(1|/и.,я,)одх()]оу(), (17)
ь'ь,
где | ,о - знаки нечёткого интегрирования (макси-
минная композиция) и оператора композиции соответственно; 1 - уточнённый оптимальный маршрут по результату двойного нечёткого интегрирования; дх( ) - нечёткая Л-мера, плотность которой чО) = я(1,Ь
a gi(j) — <3(L,)tL, =<lj,Ij >. Здесь t., - упорядоченное нечёткое множество по убывающим степеням функции принадлежности маршрутов Г,; L — уточнённая подобласть состоянии но результатам первою нечёткого интегрирования, L с Ц ; v(-) — нечёткая мера, плотность которой определяется по нечёткой матрице возможностей |3]. Данная матрица строится на основе экспертных оценок с учётом ситуации п сети ск еСц и времени её восстановления ДТ,^ .
Заключение
Предложенная методика выбора маршрута для передачи пакета данных позволит адекватно реагировать на заполнение матрицы маршрутов в постоянно изменяющейся мобильной сетепой обстановке без определения полной статистики о состоянии узлов коммутации и трактов сети. Математическое моделирование приведённой процедуры маршрутизации показывает снижение времени выбора маршрута примерно на 20 - 30 процентов. Особенно это проявляется при возникновении интенсивных сетевых нагрузок и мешающих факторов.
Библиографический список
1. РД45.174-2001. Построение систем управления сетями снязи операторов взаимоувязанной сети Российской Федерации. -Москва. 2001. - 34 с.
2. Вишневский. В.М.. Семёнова, О.В. Системы поллинга: теория и применение о широкополосных беспроводных сетях / В.М. Вишневский, О.В. Семенова. — М.: Техносфера, 2007. — 312с.
3. Приложение теории нечетких (Fuzzy) множеств в математических моделях систем связи. Исследования и материалы: приложение к журналу «Омский научный вестник» / Бычков Е.Д. СалахутдиновР.З.,ЛсндикренВ.В. - Омск:ОГМА,2000. - 188с.
БЫЧКОВ Евгений Дмитриевич, кандидат технических наук, доцент кафедры «Системы передачи информации» Омского государственного университета путей сообщения.
Адрес для переписки; e-mail: [email protected] КИЯF.B Алексей Сергеевич, инженер-программист III категории Омского 11ИИ приборостроения.
Статья поступила в редакцию 10.12.2009 г.
© Е. Д Бычкоп, А. С. Кияев
Книжная полка
Евгенев, Г. Б. Интеллектуальные системы проектирования [Текст]: учеб. пособие для вузов по направлению «Информатика и вычислительная техника» / Г. Б. Евгенев. — М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2009. — 334, [11с.: рис., табл. — (Информатика в техническом университете). — Библиогр.: с. 334-335. — 500 экз. — ISBN 978-5-7038-3200-4.
Изложены теоретические основы создания интеллектуальных систем проектирования, включая оптологию инженерных знаний, функциональное моделирование в стандарте ШЕГО, объектно-ориентированные анализ и проектирование в машиностроении с помощью языка УМЬ, основы системологии и многоагентных систем. Описаны разработка методов объектов на основе баз знаний, методы создания интеллектуальных систем конструирования и проектирования технологических процессов.
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ МСТНИК М* 1 ИТ) 2010 ИНФОРМАЦИОННЫ! ПХНОАОГИИ
