Математики РУДН предложили способы повысить скорость и надежность беспроводного канала связи

Существующие системы беспроводной связи могут давать либо стабильное и высоконадежное соединение с низкой скоростью передачи данных, например передача радиосигнала, либо высокоскоростное, но ненадежное подключение с помощью лазерного канала связи. Работа лазерного канала связи сильно зависит от погодных условий (туманов и снегопадов), что снижает стабильность подключений к таким серверам. Чтобы в будущем создать технологии, совмещающие в себе высокую скорость и надежность, математики РУДН построили модель простой системы из двух ненадежных серверов и общей очереди клиентов. Проанализировав созданную модель гибридной системы связи, исследователи показали, что неоднородность серверов позволяет повысить скорость и надежность работы системы передачи данных.

«Мы предложили алгоритмы для расчета стационарных характеристик производительности и надежности, распределения вероятностей безотказной работы и средних времен жизни каждого сервера и целой системы до первого отказа. Новая мера оценки надежности вводится в виде функции распределения числа отказов в течение заданного времени работы. Мы также численно проанализировали влияние различных параметров на эти характеристики надежности и выяснили, какие значения параметров необходимы для оптимальной работы системы», – говорит Дмитрий Ефросинин, автор работы, доктор физико-математических наук.

На первом этапе работы ученые взяли за основу управляемую Марковскую систему массового обслуживания (СМО), состоящую из двух ненадежных серверов с высокой и низкой скоростью передачи информации, и построили ее математическую модель. В системах обслуживания с неоднородными серверами выбор механизма распределения поступающих заявок по этим серверам оказывает существенное влияние на надежность и производительность СМО. Это значит, что, изменив механизм распределения такой СМО, можно добиться увеличения производительности системы, уменьшения энергозатрат и времени пребывания заявки в системе, а также увеличения надежности системы, не меняя заданных характеристик серверов. Согласно оптимальной политике управления, которая, например, минимизирует среднее число заявок в системе, необходимо использовать более быстрый сервер всякий раз, когда он свободен, а медленный только тогда, когда количество ожидающих клиентов превышает указанный пороговый уровень.

Математики РУДН ввели новую меру надежности – функцию числа отказов отдельных серверов и системы в заданном промежутке времени. Отталкиваясь от этого определения надежности, ученые предложили способ ее повысить. Используя компьютерное моделирование, они рассчитали, как надежность системы зависит от параметров каждого из ее серверов (коэффициентов отказа и скоростей обслуживания). Исследователи показали, что при интенсивности отказа 0,01 работа системы наиболее надежна при повышении неоднородности серверов. Например, когда скорости обслуживания составили 4,8 и 1,2 операции в секунду для первого и второго сервера соответственно. По словам ученых, в каждом отдельном случае можно выбирать такие значения параметров системы, при которых значения характеристик производительности и надежности удовлетворяли бы заранее заданным граничным условиям.

Созданная учеными модель поможет уменьшить число отказов и увеличить скорость обслуживания в узлах сетей передачи информации, где высоко- и низкоскоростные, а также высоко- и низконадежные каналы объединяются в единую гибридную систему связи. В этом случае получается очень гибкая система, способная быстро реагировать на увеличение интенсивности поступления пакетов данных в узлах телекоммуникационных сетей, при этом сохраняя высокую скорость обслуживания при минимальной вероятности полного отказа системы.

Статья опубликована в European Journal of Operational Research.