Специальное ПО, которое использует данные мониторинга и параметры администрирования, будет следить за работой сети, определять оптимальные способы реализации заданного уровня QoS и динамически настраивать маршрутизаторы и коммутаторы. Серверы правил будут “опираться” и на данные сетевых каталогов, устанавливая с их помощью, какие уровни служб соответствуют уровню запроса пользователя или приложения. Для связи серверов и каталогов чаще всего будет служить протокол LDAP (Lightweight Directory Access Protocol - облегченный протокол доступа к каталогам).

3.2 Математические модели диалога абонентов

Статистическому анализу характеристик фрагментов речевого сигнала всегда уделялось большое внимание. Результатом этих исследований явилась разработка ряда моделей, описывающих изменений состояний сигналов во время телефонного разговора. Сложность и комплексность модели возрастает при более точном описании данных, полученных при экспериментальных измерениях параметров речевого сигнала. Марковские процессы с необходимым числом состояний достаточно хорошо описывают механизм формирования речевого сигнала, знание которого необходимо для анализа сетевых проблем при пакетной передаче речи .

Рассмотрим статистические модели, которые могут быть использованы для описания процесса передачи речевых сообщений.

IP-протокол, использующийся при режиме IP-телефонии, представляет собой средство передачи речи, в котором для каждого пакета выделяется определенный интервал времени, то есть, специальное устройство разделяет временную ось на сегменты, в течение которых от каждого из абонентов может быть получен пустой или заполненный пакет в зависимости от уровня энергии его речевого сообщения. Такие сегменты называются кадрами (фреймами). Поток кадров не засинхронизирован с моментами появления активного речевого сигнала. Будем в дальнейшем считать, что только один из абонентов, ведущих диалог, может менять состояния речевого сигнала в течение одного кадра.

3.3 Модель диалога

Обобщенный речевой сигнал л(t),учитывающий особенности диалога и слитой речи, можно представить в виде вероятностей смеси случайных процессов л₁(t) и л₂(t) , определенных на длительности Т_р (время разговора).

Процесс л₁(t), характеризующий телефонный диалог, представим дискретным случайным процессом с непрерывным временем и двумя состояниями: «0» - пауза; «1» - активный речевой сигнал. Как и прежде будем считать:

а) переходы из состояния «0» в состояние «1» осуществляются с интенсивностью Р₁₀ ;

б) длительности пребывания случайного процесса н₁(t) в состояниях «0»: Т₀ = t_п и «1»: Т₁ = t_а - независимые случайные величины, распределенные по экспоненциальному закону с математическим ожиданием

m(T₀) = m(t_п) = 1/Р₁₀; (3.1)

m(T₁) = m(t_a) = 1/Р₀₁;

в) моменты перехода случайного процесса из состояния «0» в состояние «1»:

t₀,t₁, …, t_x = (3.2)

х = 1, 2, …, - также независимые случайные

величины. Здесь t_ak - длительность k-го активного участка диалога речи; t_пк - длительность k-й паузы. Процесс перехода из одного состояния в другое аналитически зададим с помощью функции Хевисайда у(t):

л₁(t) = у(t - t_k) - у[(t - t_k) - t_ak ] , k = 1,2, … (3.3)

Тогда: Р_0d = lim Р[л₁(t) = 0] =

Р_1d = lim P[л₁(t) = 1] = (3.4)

где Р_0d , Р_1d - вероятности нахождения диалогового речевого обмена в состоянии «0» или «1» соответственно.

В результате модель диалога может быть формализована в виде:

1, при [ л₁(t) = 1] ? [ л₂(t)=1] ;

л (t) =

0, при{ [л₁(t) = 1]? [л₂(t) = 0 ] } ? [л₁(t) = 1]. (3.5)

3.4 Модель диалога с двумя состояниями

Модель диалога с двумя состояниями соответствует экспериментальным данным о распределении активного состояния, но не отражает особенности распределения длительности пауз. В этом случае исключается возможность появления полного молчания двух абонентов. Таким образом, активность диалога как бы переключается между абонентами А и В (смотрите рисунок 3.1). При этом длительности состояний «активность» и «пауза» имеют геометрическое распределение. Данная модель хорошо изучена и позволяет получить аналитические результаты, в основном она используется при моделировании каналов и сетей с пакетной передачей речи [2].

Можно показать, что для модели с двумя состояниями вероятность появления k пакетов в кадре с номером n, при условии, что в диалогах, участвуют m пар терминалов, находится как:

^m

Р_k,mєn = k [P₁⁽ⁿ⁾]^k [P₂⁽ⁿ⁾]^m-к (3.6)

где Р₁⁽ⁿ⁾ = P₁⁽⁰⁾ P₁₁⁽ⁿ⁾ + P₂⁽⁰⁾ P₂₁⁽ⁿ⁾; Р₂⁽ⁿ⁾ = P₁⁽⁰⁾ P₁₂⁽ⁿ⁾ + P₂⁽⁰⁾ P₂₂⁽ⁿ⁾;

(3.7)

Также можно показать, что:

_{m k m-k}

lim P_k,mєn= _k , (3.8)

_k,m=

где запись k, mn означает, что k пакетов от m диалогов передаются в кадре n. Построим алгоритм модели диалога с двумя состояниями (рисунок 3.2)



Рисунок 3.2 - Алгоритм модели диалога

Составим программу диалога модели с двумя состояниями:

10 РК = 1 : РМ = 1 : РКМ = 1

50 INPUT “введите m”; М

60 INPUT “введите к”; К

70 INPUT “введите p”; Р

80 INPUT “введите r”; R

90 FOR Х = 1 ТО К

100 РК = РК * Х

110 NEXT X

120 FOR Y = 1 TO M

130 PM = PM * Y

140 NEXT Y

150 FOR Z = 1 TO К - М

160 РКМ = РКМ * Z

170 NEXT Z

180 C = РК / РМ * РКМ

190 Р1 = (Р / (R+Р))^ К

200 Р2 = (R / (R+P))^ (M-К)

210 Р = С * Р1 * Р2

220 PRINT “Значение равно” ; Р

Анализируя полученные результаты необходимо отметить, что процесс появления пакетов является биномеальным, поскольку поведение каждого из абонентов является независимым и формирование пакета представляет собой испытания Бернулли с вероятностью события p/(r+p). Этот результат может быть использован при анализе трафика в установившемся режиме. Безусловные вероятности состояния системы на n-м шаге могут использоваться при исследовании переходного процесса после перегрузки.

3.5 Модель установления соединения

До сих пор обсуждалось поведение группы из m абонентов (терминалов), где m - фиксированное число.

Пусть M - максимальное число абонентов, имеющих доступ к рассмотренному выше коммутатору пакетов; m⁽ⁿ⁾ - число терминалов, сделавших заявку на соединение в кадре n. Определим статистические характеристики m⁽ⁿ⁾, а также среднее время занятия каналов.

Данные вопросы требуют знания поведения конкретных групп абонентов, которые используют данную сеть. Однако можно построить упрощенную модель, которая отражает общие особенности рассматриваемого процесса. Процесс начала диалога по коммутируемой сети может быть представлен комплексной цепью Маркова - в которой реализована модель диалога с двумя состояниями. На рисунке 3.2 Щ - вероятность перехода из данного из активных состояний в пассивное [1, 2].

АВ

1 - 2АВ

1 - r -

1 - r -

Рисунок 3.3 - Граф модели установления соединения с использованием модели диалога с двумя состояниями

Будем обозначать такую цепь как y_i⁽ⁿ⁾ . время, когда система активная (то есть время, у_i⁽ⁿ⁾ находится в состоянии, для которого n 1), распределено по геометрическому закону. Это обусловлено тем, что возвращение в состояние с n = 0 определяется вероятностью 1 - S. Здесь S - число состояний в модели диалога; - вероятность перехода из пассивного состояния абонента в одно из активных. При этом процесс поступления заявок полагается процессом без памяти.

Выбирая соответствующее значение параметров, можно моделировать системы с различной средней длительностью разговора. Изменяя число состояний (отражающих число пар абонентов, находившихся в процессе соединения), можно менять интенсивность вызовов на интервале t.

4 РАЗРАБОТКА МОДЕЛЕЙ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ И ДОСТАВКИ ИНФОРМАЦИИ ПРИ ПАКЕТНОМ ПРЕДСТАВЛЕНИИ РЕЧИ

Пусть в сеть поступает R независимых пуассоновских потоков ячеек {а₁, а₂, …, а_r, а_r-1} с интенсивностью {л₁, л₂, …, л_r, л_R}. Длительность обслуживания ячейки - случайная величина с вырожденной функцией распределения (ФР). Поток а_r характеризуется относительным приоритетом по сравнению с потоком а_у при r<у, r,у=.

Тогда коммутационное оборудование (КО), реализующее интеграцию разнородных служб, моделируется системой массового обслуживания (СМО) типа /D/1/ c ожиданием, относительными приоритетами (по видам служб и классам пользователей) и ненадежным обслуживающим прибором (ОП), которая является частным случаем рассмотренной модели СМО типа //1/. На основе предложенного метода, при показательной модели надежности ОП, применительно к принятой модели СМО получены расчетные выражения для:

а) Первого и второго моментов среднего времени пребывания ячеек различных классов в СМО:

T_пп^(r) = + , _r = , µ_э = , , ( 4.1)

T_ПП^(r) = =

=

Построим алгоритм для первого момента пребывания ячеек (рисунок 4.1)

Рисунок 4.1 - Первый момент пребывания ячеек

В соответствии с приведенным алгоритмом ниже представлена программа:

0 CLS

20 KK = 0: M = 0: ME = 0

30 LA = 0: PR1 = 0: PR2 = 0

40 Kp = 0: Tp = 0: Tpp = 0

160 PRINT "Pr="; PR1

170 INPUT "введите Kп"; Kp

180 INPUT "введите Tп"; Tp

190 INPUT "введите Pr-1"; PR2

200 Tpp = (Tp * Kp) / ((1 - PR2) * (1 - PR1)) + 1 / ME

210 PRINT "Tpp50 PRINT "ПРОГРАММА РАСЧЕТА"

100 INPUT "введите Кк"; KK

110 INPUT "введите М"; M

120 ME = M * KK

130 PRINT "Мэ"; ME

140 INPUT "введите Суммарную интенсивность поступления ячеек"; LA

150 PR1 = LA / ="; Tpp

+

, (4.2)

+

t_ПП^(r)=

+

=

=

Построим алгоритм второго момента пребывания ячеек (рисунок 4.2)



Рисунок 4.2 - Алгоритм второго момента пребывания ячеек

В соответствии с приведенным алгоритмом ниже представлена программа:

10 CLS

20 T = 0: N = 0: KK = 0: ME = 0: M = 0: LA1 = 0

30 LA2 = 0: LAR1 = 0: LAR2 = 0: KP = 0: TP = 0

40 PR1 = 0: PR2 = 0: PK = 0

70 INPUT "введите To"; T

80 INPUT "введите N"; N

100 INPUT "введите Кк"; KK

110 INPUT "введите Мэ"; ME

120 INPUT "введите ИНТЕНСИВНОСТЬ ОБСЛУЖИВАНИЯ ЯЧЕЕК M"; M

130 INPUT "введите ИНТЕНСИВНОСТЬ ПОТОКА r-ГО ПРИОРИТЕТА"; LA1

140 INPUT "введите ИНТЕНСИВНОСТЬ ПОТОКА r-1 -ГО ПРИОРИТЕТА"; LA2

150 INPUT "введите Суммарную интенсивность поступления ячеек r"; LAR1

155 INPUT "введите Суммарную интенсивность поступления ячеек r-1"; LAR2

160 INPUT "введите Kп"; KP

170 INPUT "введите Tп"; TP

180 INPUT "введите Pr"; PR1

190 INPUT "введите Pr-1"; PR2

200 INPUT "введите Pk"; PK

220 Tpp1 = 2 * TP ^ 3 / M * T * (1 - PR2) * (1 - PR1)

230 Tpp2 = 2 * LA2 / 1 - LA2 * (KP * (1 - PK) + TP * LAR1 / M * N * T)

240 Tpp3 = KP * LAR1 * (1 + LA1 * ME ^ (-1)) / (1 - PR1) * (1 - PR2)

250 Tpp4 = (1 - PR1) * (1 + (1 - PR1) * (1 - PR2)) / TP

260 Tpp = Tpp1 * (LAR1 + Tpp2 + Tpp3 + Tpp4 + ME - LAR1)

300 PRINT "Tpp="; Tpp

где - среднее время пребывания ячейки r-го приоритета в СМО;

К_г (К_П) - коэффициент готовности (простоя) КО;

Т_о (Т_П) - среднее время безотказной работы (простоя) КО;

µ - интенсивность обслуживания ячеек;

- суммарная интенсивность поступления в СМО ячеек с приоритетом, не превышающим j, j =

л_r - интенсивность потока ячеек r-го приоритета.

Расчеты показатели, что доставка ячеек с допустимыми задержками при реальной надежности ОП возможна только при использовании методов повышения надежности доставки информации предполагают построение самовосстанавливающихся сетевых структур, а также применение устойчивых к отказам и нарушению связности сети методов маршрутизации и управления. С точки зрения моделирования данный процесс можно описать дублированием и восстановлением маршрутов доставки в информационных направлениях связи (ИНС). При этом описать дублирование и восстановление маршрутов доставки учитывается при расчете результирующих показателей надежности КО, используемых в (4.1) и (4.2) [11]:

₂

, (4.3)

мс

Составим программу для резервного маршрута:

10 CLS

20 T0 = 0

30 INPUT "введите Tпm"; TPM

40 INPUT "введите СРЕДНЕЕ ВРЕМЯ ПРОСТОЯ Tom"; TOM

50 INPUT "введите Kr"; KR

60 INPUT "введите Tп"; TP

70 KR = 1 - (TPM / (TPM + TOM)) ^ 2

80 PRINT "Kr="; KR

90 KP = 1 - KR

100 PRINT "Kr="; KR

110 INPUT "введите U"; U

120 FOR S = 1 TO U + 1

130 S1 = 1 / S

140 SUM = SUM + S1

150 NEXT S

160 T0 = TOM * SUM

170 PRINT "To="; T0

180 INPUT "введите Tп"; TP

180 INPUT "введите Tп"; TP

190 TP = TPM * (1 - KR) / KR

200 PRINT "Tп="; TP

Построим алгоритм для резервного маршрута (рисунок 4.3)



Рисунок 4.3 - резервный маршрут доставки пакетов

где Т_Пm (Т_Пm) - среднее время простоя (исправной работы) основного и резервного маршрутов доставки m-го ИНС, которое для СМО / с ненадежным ОП и дублированием маршрутов доставки определяются с учетом индивидуальных характеристик маршрутов доставки; U - кратность резервирования маршрутов (при дублировании U-1).

б) Совместной ФР времени пребывания ячеек различных классов в СМО в виде аппроксимации гамма-распределением с плотностью

, (4.4)

ѓ_к,г

0, <0

₂

где К = >0, г = >0 - параметры гамма-распределения;

у =- среднее квадратическое отклонение времени пребывания ячейки r-го приоритета В КО; Г(К) - гамма-функция.

в) Вероятности своевременной доставки ячеек различных классов в СМО:

Pѓ_к,г,

где - требуемое среднее время доставки ячеек r-го приоритета.

Эффективность функционирования КО и сети зависит от принятого распределения приоритетов между различными службами и классами пользователей. Назначение приоритетов описывается подстановкой из индексов r=

1, 2, …,r ,r + 1, …, R

,

где Х_j - j-я реализация подстановки из множества возможных подстановок

Х =

j = ;

j = R! - общее число подстановок; а_s,r - вариант назначения а_s-му потоку ячеек r-го приоритета, r = .

Введем показатель эффективности функционирования КО, характеризующий суммарные стационарные потери, связанные с ожиданием обслуживания ячейками всех приоритетов:

(4,5)

где с_r - стоимость ожидания (штраф за единицу времени ожидания) ячейки r-го приоритета для подстановки Х_j;

w_r - среднее время ожидания ячейки сообщения r-го приоритета для подстановки Х_j, определяемое согласно (4.1):

(4.6)

Сформулируем следующую оптимизационную задачу. Для заданного числа приоритетов R найти такую подстановку

1, 2, …, r , r+1, …, R

,

,

при которой .

В результате, если в оптимальной подстановке изменены приоритеты а_g-го и а_h-го потоков, величина выбранного показателя эффективности функционирования КО возрастет: F0. Подставим в левую и правую части полученного неравенства выражения среднего времени ожидания ячеек СМО (4.6) для подстановок _, . Тогда после ряда преобразований и суммирования по среднему числу ячеек в сообщениях разных приоритетов q(r) можно показать, что оптимальная последовательность приоритетов определяется следующим неравенством:

(4.7)

где - эквивалентная интенсивность обслуживания сообщений пользователей r-го приоритета для подстановки Х_z.

Согласно (4.7) оптимальный порядок обслуживания не зависит от интенсивности входящих потоков. При этом будем считать, что система предпочтений (ранжирования) при выборе параметров штрафа с_r задается на основе требований по допустимой задержке r-го приоритета в пакетной форме. Тогда параметры штрафа определяются из выражения:

, (4.8)

где - максимальное по всем R допустимое время задержки ячеек в сети.

Таким образом, согласно (4.7) относительный приоритет в сети присваивается коротким сообщением с жесткими требованиями к времени доставки в сети.

4.1 Вероятностно-временные характеристики доставки сообщений

Определим вероятностно-временные характеристики (ВВХ) процесса доставки сообщений различных классов, которые соответствуют сетевому уровню модели взаимодействия открытых систем (МВОС).

В связи с тем, что СМО типа не попадает в класс систем обслуживания, мультипликативное свойство решения, получение точного решения для сети массового обслуживания (СеМО) подобного класса невозможно. Тогда на сетевом уровне могут быть использованы приближенные методы анализа. Одним из эффективных приближенных методов анализа (СеМО), применяемых в широком диапазоне изменения входных данных, видов ФР длительности обслуживания, дисциплин обслуживания и типов сетевых структур, является метод полиномиальный (декомпозиционный) аппроксимации. С его помощью для стационарного режима < 1, n = получены следующие выражения для:

- среднего времени доставки сообщений в i - м маршруте:

, r = ;

- вероятности своевременной доставки сообщений:

; (4.9)

- производительности КО (коммутационное оборудование):

, (4.10)

где - среднее время кодирования-декодирования информации r-го приоритета;

- среднее время доставки ячеек в первом маршруте;

k - число интервалов связи в первом маршруте;

- среднее время сегментации и сборки ячеек r-го приоритета;

N - число узлов связи в сети.

Сборка ячеек при эмуляции режима с коммутацией каналов предполагает введение выравнивающей задержки. Тогда на основании выражения для плотности распределения длительности пребывания ячейки в первом маршруте доставки, определяемой по аналогии с (4.4), а также требований к потерям ячеек выравнивающая задержка определяется из выражения:

ѓ_к,г .

В общем случае на своевременность доставки сообщений оказывает влияние и время установления соединения. При этом в рамках модели СМО типа на основе назначения отдельного относительного приоритета можно строить виртуальную систему сигнализации (управления); осуществляющую передачу информации сигнализации (управления) в соответствии с требованиями, предъявляемыми к качеству услуг для служб класса С.

Особенностью предлагаемой модели является описание КО сетей с помощью СМО типа с коммутацией ячеек, ожиданием, относительными приоритетами (по видам служб и классам пользователей), ненадежным ОП и дублированием маршрутов доставки. При этом интеграция служб достигается благодаря статистическому мультиплексированию на основе динамической стратегии распределения ресурсов КО, реализуемой с учетом назначенных приоритетов и требований, предъявляемых к трафику (4.7), (4.8). Применение моделей СМО с дублированием маршрутов доставки (4.3) показывает, что отказы оборудования и нарушение связности сети не приводят к разъединению соединений и заметному ухудшению качества услуг.

Оптимизация приоритетов (4.5) позволит КО функционировать при загрузках с_R > 0,8. на 20-30 % превышающих загрузку коммутаторов с фиксированным закреплением ресурсов. Кроме того, применение методов статистической обработки речевого трафика (сжатие и блокировка передачи пауз) позволяет дополнительно повысить эффективность использования сетевых ресурсов до 2,3 раза.

С помощью полученных моделей можно выполнять сравнительный анализ различных вариантов построения сетей, а также исследовать их поведение в зависимости от изменения входных потоков, производительности КО, пропускной способности и надежности (устойчивости) линий связи.

Интеграция различных видов связи (телеграфной, телефонной, передачи данных и др.) на основе единых организационных и технологических принципов - один из этапов создания цифровых сетей с интеграцией служб (ЦСИС). На таких сетях абонентам будет предоставляться возможность передавать различную по виду и объему информацию в цифровом виде. Системы коммутации ЦСИС при обслуживании вызова в зависимости от вида информации должны соединять между собой одновременно i каналов, причем , V - число каналов в направлении связи.

При исследовании вероятностных характеристик КС часто пользуются моделью идеального неполнодоступного включения (ИНПД).

Ниже рассматривается общий случай ИНПД, при I V, то есть случай, отвечающим требованиям ЦСИС, и выводятся формулы для расчета вероятностных характеристик КС.

Пусть в систему ИНПД, имеющую V каналов и характеризующуюся доступностью d, поступает стационарный пуассоновский поток вызовов с параметром . С вероятностью , , u , поступает вызов, требующий для обслуживания i каналов, i= n= . Назовем такой вызов i - канальным. Если число свободных каналов в момент поступления i - канального вызова меньше i, то этот вызов теряется. Длительность обслуживания i-канальных вызовов подчинена экспоненциальному закону с параметром ф_i .

Программа СМО:

6 'с8 - многоканальная СМО с ожиданием

7 DEFDBL A-H, O-Z

8 DIM P#(50)

20 INPUT “число каналов обслуживания N=”, N

30 INPUT “интенсивность входящего потока заявок SL=”, SL

40 INPUT “ интенсивность потока обслуживания заявок SM=”, SM

50 RO=SL/SM: XI=RO/N: N1=N+1

60 NN=N: GOSUB 500: NFF=NF: NFF=N^N/NNF

70 S=1: S1=1

80 FOR K=1 TO N: N=K: GOSUB 500:KF=NF:SS1=N^K/KF

90 SS=SS1XI^K: P (K)=SS

100 S=S+SS: NEXT K: P(0)=1

110 P0=1/(S+NNFXI^N1/(1-XI))

140 POT=0: Q=1: A=SL

150 K=RO

160 NOSH=NNFXI^N1P0/(1-XI)^2

180 NSIS=R+NOSH

190 TOSH=NOSH/SL: TSIS=NSIS/SL

320 PRINT " "

325 PRINT “вероятность простоя каналов P0=";

326 PRINT USING" ###. ###";P0

330 PRINT “вероятность отказа Р0Т=”;

331 PRINT USING"###. ###"; P0T

340 PRINT "абсолютная пропускная способность А="

341 PRINT USING"###. ###"; K

350 PRINT "относительная пропускная способность Q=";

351 PRINT USING" ###. ###"; Q

355 PRINT "среднее число занятых каналов K=";

356 PRINT USING "###. ###"; K

360 PRINT "среднее число заявок в очереди NOSH=";

361 PRINT USING"###. ###"; NOSH

380 PRINT "среднее число заявок в системе NSIS";

381 PRINT USING"###. ###"; NSIS

390 PRINT "среднее время в очереди TOSH=";

391 PRINT USING"###. ###"; TOSH

410 PRINT "среднее время в системе TSIS=";

411 PRINT USING"###. ###"; TSIS

425 PRINT" "

430 INPUT "введите номер состояния I="; I

440 IF I<= N THEN P(I)=P(I)*P0

450 IF I> N THEN P(I)=NNF*XI^I*P0

460 PRINT "вероятность состояния P(";

470 PRINT USING"##"; I;:PRINT")=";

471 PRINT USING"###. #######";P(I)

480 INPUT "введите PR=O - закончить, PR=1 - продолжить PR=";PR

490 IF PR=1 GOTO 430

495 END

500'

510 NF=1

520 IF NN=0 THEN GOTO 560

530 FOR I=1 TO NN

540 NF=NF*I

550 NEXT I

560 RETURN

4.2 РАСЧЕТ ЗАДЕРЖКИ СООБЩЕНИЙ ПРИ ПЕРЕДАЧЕ РЕЧИ

В очередях сообщения упорядочены по времени их поступления. Когда в канале заканчивается передача очередного сообщения, то управление переходит к программе “Привратник”. Программа выбирает для очередной передачи сообщение с наивысшим приоритетом, если очереди более старших приоритетов не содержат сообщений (т.е. оказываются пустыми). Выбранное для передачи сообщение захватывает канал на все время его передачи. Если в систему поступает N простейших потоков сообщений с интенсивностями , средние длительности передачи сообщений каждого типа, соответственно, равны , и вторые начальные моменты соответственно , то среднее время t_к ожидания в очереди сообщений, имеющих приоритет К, определится соотношением:

, (4.11)

где ,

,

=

Получим соотношение среднеквадратичного отклонения времени передачи сообщения:

(4.12)

где к = 1, 2, …, N

=

Рисунок 4.4 - Алгоритм задержек сообщения

Построим алгоритм задержек сообщений (рисунок 4.4)

В соответствии с алгоритмом ниже представлена программа:

50 CLS

60 SUM = 0

70 INPUT "ВВЕДИТЕ N"; N

80 INPUT "ВВЕДИТЕ Rk:"; RK1

90 INPUT "ВВЕДИТЕ Rk-1:"; RK2

100 FOR I = 1 TO N

110 INPUT "ВВЕДИТЕ ИНТЕНСИВНОСТЬ ПОТОКА:"; L

120 INPUT "ВВЕДИТЕ ДЛИТЕЛЬНОСТЬ ПЕРЕДАЧИ:"; T

130 S = L * T

140 SUM = SUM + S

150 NEXT I

160 TK = SUM / 2 * (1 - RK2) * (1 - RK1)

170 PRINT "Tk=:"; TK

5 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ

5.1 Анализ условий труда

5.1.1 Проектируемый объект - аппаратно-программный комплекс для работы IP-телефонии - как средство улучшения технологического процесса автоматической телефонной станции (АТС) находится в здании АТС в специально отведенной под оборудование технической комнате.

- оборудование IP-телефонии:

а) телефонный шлюз;

б) управляющий сервер;

в) сервер адресов;

г) транспортная сеть IP.

Проектируемая аппаратура питается от сети напряжением 220 В, частотой 50 Гц, полная мощность 1,5 кВт. Проектируемое помещение показано на рисунке 5.1

 18 м²

Техническая комната Аккумуляторная

S= 72м²

дверь

окно

автозал

кросс

S= 150м²

Операторское помещение

IP-телефонии

S=24м²

Комната отдыха S=540м²

Рисунок 5.1 - План размещения автоматного зала

Для размещения оборудования используется помещение площадью 24 кв.м, (ширина 3 м, длина 8 м.), высотой 4,5 м, объем 108 кв.м. По санитарным нормам на одного человека рабочая зона составляет 4,5 кв.м. Размеры выбранного помещения, в котором будет размещаться проектируемое оборудование соответствует количеству работающих - 2, и размещаемому комплексу технических средств - 2.

Каждое рабочее место организовано с учетом ГОСТ 21958-76 “Система “человек-машина”. Зал и кабины операторов. Расположение рабочих мест. Общие эргономические требования”, для удобств выполнения работающими движений и действий [12].

Функционирование машины направлено на преобразование информации и состоит в упорядоченной совокупности машинных операций, предназначенных для решения предписанной задачи.

На рабочем месте должны быть обеспечены информационная и конструктивная совместимость используемых технических средств.

Размещение технических средств и кресла оператора в рабочей зоне должно обеспечивать удобный доступ к основным функциональным узлам и блокам аппаратуры, исключение случайного приведения в действие средств управления и ввода информации, удобную рабочую позу и позу отдыха .

5.1.2 Режим труда и отдыха

В соответствии с требованиями СНиП режим труда и отдыха организовывается в зависимости от вида и категории трудовой деятельности при работе на ПК.

Виды трудовой деятельности делятся на 3 группы:

Таблица 5.2- Вид трудовой деятельности

Группа	Вид трудовой деятельности
А	Работа по считыванию информации с экрана с предварительным запросом
Б	Работа по вводу информации
В	Работа в режиме диалога с ПК

Для обеспечения оптимальной работоспособности и сохранения здоровья пользователей на протяжении рабочей смены устанавливаются регламентированные перерывы, продолжительность которых зависит от длительности рабочей смены, вида и категории трудовой деятельности.

Продолжительность непрерывной работы с ЭВМ без перерыва не превышает двух часов.

При работе с ЭВМ в ночную смену (с 22 до 6 часов) независимо от категории и вида трудовой деятельности, продолжительность перерывов увеличивается на 60 минут [13].

Перерывы входят в общее рабочее время и указаны в таблице 5.3

Таблица 5.3 - Категория условий труда

Категория работы с ПК	Уровень нагрузки за рабочую смену	Суммарное время регламентированных перерывов
	Группа А, кол. знак.	Группа Б, кол. знак.	Группа В, час.	При 8-ми часовой смене	При 12-ти часовой смене
1а	до 20000	до 15000	до 2,0	30	60

Помещении IP-телефонии соответствует категории - легкая физически 1а, так как работа производится сидя и не требует физического напряжения, а энергозатраты организма (расход энергии при выполнении работы) составляет менее 138 ккал/ч [13].

Оборудование размещено в помещении с повышенной опасностью, так как имеет следующие признаки:

а) температура воздуха до 30 ⁰С;

б) влажность до 60%;

в) наличие токопроводящего пола.

5.1.3 Требования к оборудованию помещений

Все оборудование подлежит защитному заземлению. Так как при поступлении на аккумуляторную приходит переменный ток напряжением 380/220 В и при выпрямлении в постоянный ток напряжением 58/60 В подается на АТС. Соответствие устройств защитного заземления требованиям ГОСТ 12.1.030-81 “Электробезопасность. Защитное заземление, зануление”, устанавливается при приемо-сдаточных испытаниях после их монтажа на месте эксплуатации.

В зависимости от взрывопожарной и пожарной опасности здания и помещения подразделяют на категории А, Б, В, Г, Д.

В зависимости от категории определяются соответствующие нормы по огнестойкости строительных конструкций, планировке зданий, оснащенности устройствами противопожарной защиты и другими мероприятиями.

Помещение соответствует категории В (пожароопасное), так как в нем используются горючие и трудногорючие жидкости.

Учитывая высокую стоимость оборудования, а так же в специфику загорания ПК в помещении установлены пять дымовых извещателей. Согласно условиям размещения извещателей этого достаточно для данной площади помещения (один извещатель может контролировать площадь 5 м². Так же в помещении, установим два углекислотных огнетушителя типа ОУ-5, и в наличие имеется пожарный кран, установленный в общем коридоре.

В зависимости от пределов огнестойкости строительных конструкций СНиП 2.01.02-85 “Противопожарные нормы” установлено восемь степеней огнестойкости зданий [14]. Данное помещение относится к первой степени огнестойкости, так как оно находится в здании, построенном из несгораемых и трудносгораемых материалов. Минимальные пределы огнестойкости строительных конструкций первой степени можно увидеть в таблице 5.4

Таблица 5.4 - Минимальные пределы огнестойкости строительных конструкции

Временные параметры в часах

Степень огнестойкости	Стены	Колонны	Лестничные площадки, ступеньки и балки	Плиты, настилы и другие несущие конструкции покрытий	Элементы покрытий
	Несущие лест-ничных клеток	Самонесущие	Наружные несущие	Внутренние несущие				Плиты, настилы и прогоны	Балки, арки и рамы
I	2,5	1,25	0,5	0,5	2,5	1	1	0,5	0,5

5.1.4 Обеспечение параметров микроклимата в помещении операторов IP-телефонии

Для создания нормальных условий труда для персонала и надежности технологического процесса установлены нормы производственного микроклимата, которые приведены в таблице 5.5

Таблица 5.5 - Нормы микроклимата

Период года	Категория работ	Температура, 0С	Относительная влажность	Скорость движения воздуха
		Оптимальная	Допустимая на раб.месте	Фактическая	Оптимаьная	Допустимая на рабочем метсе	Фактическая	Оптималная	Допустимая на рабочем месте	Фактическая
			Постоян-ных	Непостоян-ных
Хо-лодный	1а	22-24	21-25	18-26	25-28	40-60	75 при 280С	60-65	0,1	0,1	0,1
Теп лый	1а	23-25	22-28	28-30	28-30	40-60	55 при 280С	40-45	0,1	0,1-0,2	0,1

Температура воздуха превышает допустимые нормы, т. к. исходя из категории работы выполняются 60% и более в данном помещении, т.е. в помещении все время находится обслуживающий персонал, который выделяет тепло.

Чтобы нормализовать микроклимат применяют системы вентиляции и кондиционирования воздуха. Однако такие системы представляют дополнительную пожарную опасность для помещения, т.к. с одной стороны они обеспечивают подачу кислорода во все помещения, а с другой - при возникновении пожара быстро распространяют огонь и продукты горения.

Специфической особенностью АТС является шум. Шум согласно ГОСТ 12.1.003-83 ССБТ “Шум. Общие требования безопасности” должен соответствовать требованиям [15] (таблица 5.6).

Таблица 5.6 - Допустимые уровни звукового давления.

Помещение	Среднестатистические частоты активных полос, Гц	Уровни звука и эквивалентные уровни звука, дБ
	63	125	250	500	1000	2000	4000	8000
Комната ПК	71	61	54	49	45	42	40	38	50

Действительное значение превышает допустимый уровень на 15 дБ. Для борьбы с шумом используют следующие мероприятия:

- рациональное размещение оборудования и рабочих мест;

- использование в качестве изоляции и снижения специальных крышек;

- своевременная замена изношенных деталей.

5.1.5 Естественное и искусственное освещение

В нашем случае имеем помещение с постоянным пребыванием людей, следовательно, согласно СНиП II-4-79 “Естественное и искусственное освещение” имеем естественное освещение, которое осуществляется через окна (боковое освещение)

Рабочие места с ПК по отношению к световым проемам расположены так, чтобы свет падал сбоку, преимущественно слева. Ввиду узких окон освещение рабочего места составляет - 1,7%. Нормированное значение КЕО должно составлять 2,5% согласно таблице [16]. Нормированное значение КЕО выбирается в зависимости от характеристики и разряда работы. Для данного объекта II - очень высокой точности т. к. освещение недостаточное установлены светильники местного освещения для подсветки документов.

Исходя из данного анализа произведем расчет параметров, не соответствующих нормированным значениям:

Параметры расчетов приведены в таблице 5.7

Таблица 5.7 - Сравнение нормированных и фактических параметров

	Нормированное значение	Фактическое значение
Освещение (КЕО), %	2,5	1,7
Температура, 0С	Холодный период года	22-24	25-28
	Теплый период года	23-25	28-30

5.2 Расчет освещенности и механической вентиляции

5.2.1 Расчет естественной освещенности

Помещение с постоянным пребыванием людей требует иметь естественное освещение, а при недостаточном - искусственное.

В помещении используется боковое освещение.

Естественное освещение характеризуется коэффициентом естественной освещенности (КЕО)

Размеры помещения:

длина h, м 8

ширина B, м. 3

высота H, м 4,5

Помещение находится в автоматном автозале:

высота рабочей поверхности h_р,, м 1,2

окна начинаются с высоты, м 1,2

высота окна h_о, м 2,5

Предусматривается одностороннее освещение.

Расчет естественного освещения заключается в определении площади световых проемов. При боковом освещении определяют площадь световых проемов (окон), S_о обеспечивающую нормированные значения КЕО, по формуле:

100 (5.1)

где S₀ - площадь световых проемов при боковом освещении; м²

S_n - площадь пола помещения; м²

е_н - нормированное значение КЕО (таблица 1.2 [17]);

К_з - коэффициент запаса (таблица 3 [16]);

з_о - световая характеристика окон (таблица 26 [16]);

К_зд - коэффициент, учитывающий значение окон противостоящими зданиями (таблица 27 [16]);

ф_о - общий коэффициент светопропускания, определяется по формуле:

(5.2)

где - коэффициент светопропускания материала (таблица 28 [16]);

- коэффициент, учитывающий потери света в переплетах светопроема (таблица 28 [16]);

- коэффициент, учитывающий потери света в несущих конструкциях (таблица 28 (при боковом освещении ));

- коэффициент, учитывающий потери света в солнцезащитных устройствах (таблица 29 [16]);

r₁ - коэффициент, учитывающий повышение КЕО при боковом освещении благодаря свету, отраженному от поверхностей помещения и подстилающего слоя, прилегающего к зданию (таблица 30 [16]).

В качестве светопропускного материала используются пустотелые стекла двойных блоков, вид несущих покрытий - железобетонные. Из таблицы значения:

r₁ = 1,1 (5.3)

Определим значения всех составляющих, пользуясь таблицами [16]:

=

а) ;

б) ;

в) ;

г) т.к. для работ высокой точности;

д) l_n^Iv=2.

Определим из таблицы

Отношение длины к глубине (т.е. наиболее удаленной точки от окон): 8:2=4

Отношение В: : 3,5 = 0,9

б : в = 8 : 3 = 2,7

т.о. = 7,5

Средний коэффициент отражения в цехе с_ср = 0,4, т.к. одностороннее боковое освещение.

Определяем значение r₁ из таблицы 30 [16]:

В :h₁= 0,9 l : В =1,5 : 3 = 0,5 (l=)

К_зд=1,

т.к. рядом нет зданий затеняющих окна

К_з= 1,3 тогда м²

т.к. высота оконных проемов 2,5 м, то ширина их составит 0,79: 2,5 = 0,31 м

5.2.2 Расчет искусственного освещения

Так как при выполнении в помещении работ высокой точности естественного освещения недостаточно, рекомендуется применение комбинированного освещения. При комбинированном освещении к общему добавляется местное освещение, концентрирующее световой поток непосредственно на рабочих местах.

Проектирование искусственного освещения заключается в решении задач:

- выбор системы освещения;

- типа источника света;

- расположение светильников;

- выполнение светотехнического расчета;

- определение мощности осветительной установки.

Для искусственного освещения выбираем лампы газоразрядные , низкого давления т.к. они являются более экономичными.:

номинальная мощность, Вт ……………………………………………40

номинальный световой поток, лк …………………………………..3120

диаметр, мм ……………………………………………………………….40

длина со штырьками, мм…………………………………………….1212,6

Расчет производится по двум методам: методу коэффициента и точечному методу.

а) I метод. Метод коэффициента использования

Предназначен для расчета общего равномерного освещения горизонтальных поверхностей при отсутствии крупных затеняющих предметов. Метод заключается в определении значения коэффициента з, равного отношению светового потока, падающего на расчетную поверхность, к полному потоку осветительного прибора.

Значение з находятся из таблиц, связывающих геометрические параметры помещений (индекс помещений i) с их оптическими характеристиками (коэффициентами отражения потолка с_пот, стен с_ст, пола с_п).

а) С_пот = 70%, с_ст = 50%, с_пол = 30%;

б) наивыгоднейшее расстояние между светильниками определяется как

Z = л* h = 1,4 * 2,8 = 3,9 м л = 1,21,4;

в) i = (ф-ла индекс помещения) (5.4)

где А - длина помещения - 8 м;

В - ширина помещения - 3 м;

h - расчетная высота - 1,2 м.

высота свеса ламп - 0,5 м h = 4,5 - (1,2 + 0,5) = 2,8 м.

Определим индекс помещения:

i =

Коэффициент использования по таблице 2.5 [16] з = 38%

Коэффициент запаса по таблице 1.10 [16] К_з = 1,3

Подставим в формулу (5.4) эти значения, определим количество люминесцентных ламп.

N= (5.5)

где Е - заданная минимальная освещенность;

К_з - коэффициент запаса;

К_з - 1,3

S - освещаемая площадь, м²; S = 24 м²

Z - коэффициент неравномерности освещения, Z = 1,11,2

N - число светильников

Ф_л - световой поток выбираемой лампы

n - количество ламп в светильнике 2

N =

Размещаем в один ряд с расстоянием между ними 0,9 м (учитывая, что длина лампы 1213,6 мм).

Всего для создания нормируемой освещенности 500 лк необходимо восемь ламп ЛБ мощностью 40 Вт.

План размещения осветительных ламп показано на рисунке 5.7

8 м

0,9 м

Рисунок 5.7 - План размещения осветительных ламп

б) II метод. Точечный метод.

По точечному методу при круглосимметричных точечных излучателях принимается, что световой поток лампы (или суммарный световой поток ламп) в каждом светильнике равен 1000 лм. Создаваемую таким светильником освещенность называют условной. Световой поток лампы в каждом светильнике определяется по формуле:

Ф= (5.6)

где м - коэффициент, учитывающий действие “удаленных” светильников

М = 1,1 1,2

- суммарная условная освещенность в контрольной точке;

- отдельного светильника определяется по графикам пространственных изолюкс [17]; в качестве контрольных выбираются точки, в которых имеет наименьшее значение.

Нормируемая освещенность, 500 лк;

Разряд зрительной работы высокой точности;

Коэффициент запаса К_з - 1,3

Полностью пыленепроницаемые светильники установлены на высоте - 3 м.

Высота рабочей поверхности над полом h_p - 1,2 м.

Высота светильника над освещенной поверхностью

h = 3 - 1,2 = 1, 8 м

Выбираем светильник ДРИ , для него

в h = 0,6 м,

отсюда в = 0,6* h = 0,6 *1,8 = 1,08 м

Устанавливаем два ряда светильников.

Намечаем контрольную точку О. Для нее ближайшие четыре светильника находятся на расстоянии d = 3,5 м., h = 1,8 м.

На рисунке 2.2 б [17] проводим горизонтальную линию от точки h= 1,2 м до пересечения с вертикальной линией, опущенной из точки d = 3,5 м.

Точка пересечения А лежит на изолюксе 4,5 лк. Следовательно, каждый из четырех светильников создает условную освещенность по 1 лк, а всего 18 лк.

Для двух следующих светильников d = 9,1 м, они создают условную освещенность каждая по 0,5 лк (точка В), т.о.

Световой поток вычислим по формуле:

Ф= лм

По таблице [16] выбираем лампу ДРИ со световым потоком 3200 лм, мощностью 400 Вт.

5.2.3 Проектирование механической вентиляции

Для поддержания требуемого санитарными нормами СН245-71 и стандартом безопасности труда ГОСТ 12.1.005.-88 состоянии воздушной среды в рабочей зоне цехов с избытками тепла устанавливается общеобменная вентиляция, предназначенная для поддержания нормируемой температуры воздуха (за счет снижения температуры).

На АТС - 48 в станционном цехе для создания оптимальных микроклимаических условий применяется общеобменная вентиляция. Согласно СНиП II-33-75 вытяжка производится от мест с максимальной концентрацией вредных выделений и так, чтобы потоки загрязненного воздуха не протекали через рабочее место. Станционный цех характеризуется выделением незначительных избытков тепла от комплексов станционного оборудования. Избытки явного тепла удаляются из верхней зоны.

Станционный цех по категории выполняемых в нем работ относится Iа. Работа легкая физическая. Затраты организмов работников 138-172 Дж (ккал/ч). работа производится сидя, стоя, связанна с ходьбой и сопровождается некоторым физическим напряжением.

Рассчитаем необходимый воздухообмен в помещении используя формулу [18]:

G_я = Q_я/C(t_ух - t_пр)*Y (5.7)

где Y - 1206, удельная масса удаляемого воздуха, кг/м³

Q_я - избыточное тепло, ккал/ч;

С - теплоемкость воздуха (С=1 кДж/кг ⁰С);

t_ух, t_пр - температура воздуха, удаляемого общеобменной вентиляцией и подаваемого в помещение, ⁰С.

Температура приточного воздуха вычисляется исходя из оптимальных норм параметров микроклимата. Для данного цеха:

- в холодный период работы t = 24 ⁰C,

- в теплый период работы t = 23 ⁰C.

Избыточное тепло определяется как:

Q_я = Q_об + Q_осв + Q_л + Q_р + Q_отд. (5.8)

где Q_об., Q_осв., Q_л - тепло, выделяемое производственным оборудованием, системой искусственного освещения и работающим персоналом соответственно, ккал/ч;

Q_р - тепло, вносимое в помещение солнцем (солнечная радиация), ккал/ч;

Q_отд - теплоотдача естественным путем, ккал/ч.

Тепло, выделяемое производственным оборудованием:

Q_об = 860 * Р_об * з (5.9)

где 860 - тепловой эквивалент 1 кВт/ч;

Р_об - мощность, потребляемая оборудованием, кВт/ч;

Р_об - 90 кВт/ч;

З - коэффициент перехода тепла в помещение, для данного цеха = 0.95,

Q_об = 860* 90 * 0.95 = 73530 ккал/ч.

Тепло, выделяемое осветительными установками:

Q_осв = 860 * Р_осв * б * в * cos ц (5.10)

где Р_осв - мощность осветительных установок, кВт/ч;

Р_осв - 8 кВт, так как применяются люминесцентные лампы именно этой мощности;

б - КПД перехода электрической энергии в тепловую, б = 0,1;

в - КПД одновременной работы аппаратуры в помещении. В цехе работает вся аппаратура, в = 1;

cos ц = 0,7.

Q_осв = 860*8*0,1*0,7*1= 481,6 ккал/ч

Тепло, выделяемое людьми:

Q_л = К_л(q - q_шп) (5.11)

где К_л - количество работающих, К_л=4 чел.;

(q - q_шп) - тепловыделение одного человека по графику;

q - тепловыделение одного человека на данной категории работ q =250 ккал/ч ;

q_ит - тепло, затрачиваемое на испарение тела, q_ит= 150 ккал/ч.

Q_л = 4 * (250-150) = 4 * 100 = 400 ккал/ч

Тепло, вносимое солнечной радиацией:

Q_р = mFq_ост (5.12)

где m - количество окон в помещении, m=9;

F - площадь одного окна, м², F=3 м²;

Q_ост - солнечная радиация через остекленную поверхность, т.е. количество тепла, вносимое за один час через остекленную поверхность площадью 1м², ккал/ч.

В станционном цехе окно с двойным остеклением с деревянными переплетами. Окна выходят на юг, на север так и на запад. Для окон, выходящих на юг q_ост^юг = 125 ккал/ч, на север q_ост^сев = 65 ккал/ч, на запад q_ост^зап = 90 ккал/ч.

Q_р= F*(m₁*q_ост^юг+m₂*q_ост^сев+m₃*q_ост^зап)=3*(2*125+2*65+5*90) =2490 ккал/ч.

Теплоотдачу естественным путем через конструкции помещения принимаем:

а) для холодного периода Q_отд = 2000 ккал/ч;

б) для теплого периода Q_отд = 0 ккал/ч

Рассчитаем избыточное тепло Q_я для двух периодов и найдем необходимый воздухообмен в помещении:

а) для холодного периода:

Q_я = 73530+481,6+2490-2000 = 74901,6 ккал/ч,

G_я = 74901,6/(31-24)*1,206 = 74901,6/8,44 = 8874 м³/ч.

б) для теплого периода:

Q_я = 74901,6 ккал/ч,

G_я = 74901,6/(31-23)*1,206 = 74901,6/9,65 = 7761 м³/ч

Произведем по вычисленным значениям расхода воздуха общеобменной вентиляции расчет кратности воздухообмена:

К = G_я/V (5.13)

где К - кратность воздухообмена, 1/ч;

G_я- объем воздуха, удаляемый из помещения в течении часа;

V - объем помещения, м³.

Станционный цех имеет следующие параметры: 3х18х4.

Объем цеха V=2020 м³.

Кратность воздухообмена:

К = 7761/2020 = 3,84

В основе расчета всех систем вентиляции лежат приближенные методы, методы учитывающие с помощью коэффициентов различные факторы, влияющие на производительность вентиляции.

Для того, чтобы подобрать вентилятор, и электродвигатель для рассматриваемого мною цеха необходимо провести ряд расчетов основных параметров, требуемых для определения типа устанавливаемого вентилятора.

Воздуховоды вентиляционных систем проектируются так, чтобы при наименьшей их протяженности обеспечивались нормативные метеорологические условия во всех рабочих зонах помещения. Вытяжные камеры располагаются в верхних частях цеха, приточные камеры - в нижних. В качестве запорных и регулирующих устройств на воздуховодах применяют шиберы, клапаны и направляющие аппараты. В воздуховодах, расположенных в труднодоступных местах используются клапаны с механическим приводом и дистанционным управлением. Приточный воздух перед подачей проходит очистку.

Для данного цеха целесообразно использовать прямоугольные стальные воздуховоды (из листовой стали), внутренний размер, 400х500 мм, толщина листовой стали - 0,7 мм.