Теория распределения информации — это дисциплина, в которой задействованы знания прикладной математики, радиотехники и информатики, и которая занимается измерением количественных параметров, свойств информации и установлением предельных соотношений для систем передачи данных.
Введение
Возникновение и повсеместное распространение в конце девятнадцатого века ручных телефонных станций, а затем в начале двадцатого века автоматических телефонных станций, способствовали зарождению новой научной дисциплины, именуемой теорией распределения информации. Предметом ее изучения являются процессы обслуживания систем распределения информации из входящих потоков сообщений, а также и их количественные характеристики.
К системам распределения информации следует отнести станции, коммутационные узлы, сети связи, а также их отдельные фрагменты, которые обслуживают телефонные и другие типы сообщений по заданному алгоритму. Основание новой теории заложил в своих работах Датский математик, сотрудник Копенгагенской телефонной компании А.К.Эрланг. Сформулированные им принципы статистического равновесия и полученные на его базе формулы для выполнения расчетов и сегодня выступают как базовые в теории распределения информации и отделившейся от нее впоследствии теории массового обслуживания. Впоследствии теория была развита в трудах многих отечественных и зарубежных специалистов.
Теория распределения информации
Математическая модель процесса обслуживания, которая подлежит исследованию в теории распределения информации, состоит из следующих главных элементов:
- Потока входящих сообщений.
- Системы распределения информации, то есть, системы обслуживания.
- Набора характеристик качества.
- Дисциплины обслуживания.
Понятие потока сообщений подразумевает наличие информации о модели потока вызовов (требований на соединение), законе распределения длительности обслуживания (передачи) сообщений, множестве адресов источников и приемников сообщений канала, а также типе используемого для трансляции сообщений канала и методе передачи, то есть, это аналоговый или дискретный метод.
Система обслуживания определяется структурой формирования и совокупностью структурных параметров. Дисциплиной обслуживания поступающих сообщений является метод обслуживания, а именно:
- метод обслуживания с явными потерями,
- метод обслуживания с ожиданием,
- метод обслуживания с повторением или комбинированный,
Порядок обслуживания делится на следующие типы:
- обслуживание в порядке очереди,
- обслуживание в случайном порядке,
- приоритетное обслуживание.
Режим поиска выходов коммутационной системы подразделяется на следующие виды:
- свободный режим,
- групповой режим,
- индивидуальный режим.
Характеристиками качества обслуживания поступающих сообщений являются вероятность явной или возможной потери сообщения, среднее время задержки сообщения, вероятность потери поступившего вызова, интенсивность обслуженной нагрузки и другое.
Исторически первыми в теории распределения информации появились и обрели доминирующие позиции задачи анализа, то есть, определение характеристик качества обслуживания в зависимости от параметров и свойств входящего потока сообщений, параметров и структуры системы обслуживания и дисциплины обслуживания.
Вместе с этим иногда должна была решаться и обратная задача, то есть, определение параметров системы обслуживания при определенной ее структуре в зависимости от характеристик и свойств потока сообщений, дисциплины и качества обслуживания.
С появлением координатных, квазиэлектронных и электронных сообщений на передний план выдвинулись задачи синтеза структуры коммутационной системы с оптимизацией ее параметров. Для станций или узла, имеющих определенную емкость, необходимо сформировать схему коммутационного поля таким порядком, чтобы при необходимых потоках, дисциплине и качестве обслуживания его стоимость была самой маленькой или были минимальными потери вызовов при заданных потоках, дисциплине и стоимости коммутационного поля. При изучении пропускной способности программно-управляемой автоматической телефонной станции (АТС) в математической модели должны появиться новые элементы, а именно, время и алгоритм определения пути.
В последние годы заметно возрос интерес к проблемам другого класса, таким как, разработка математических моделей краткосрочного и долгосрочного прогнозов характеристик потоков сообщений и исследование свойств потоков в реальных системах. Это обусловлено повышение сложности структуры сети, увеличением капиталовложений на ее строительство и, как следствие, повышенными требованиями к ее экономичности. Осуществление нормирования и оптимизация распределения по участкам сети показателей качества обслуживания является еще одним кругом задач, которые решаются в теории распределения информации.
Математический аппарат теории распределения информации основан на теории вероятностей, комбинаторике и математической статистике. Главными терминами, используемыми в теории распределения информации, выступают такие исходные понятия, как сообщение, вызов, занятие, освобождение, поток однородных событий.
Сообщением является совокупность информации, которая обладает признаками начала и конца и предназначается для передачи через сеть связи или коммутационную систему. Сообщение может характеризоваться объемом, наличием категорий, адресами источника и приемника сообщений, форматом отображения информации (аналоговым или дискретным). Объем сообщения должен определять тип занимаемого канала связи и длительность занятия, то есть, время передачи (обслуживания) сообщения. Сообщением может считаться телефонный разговор, телеграмма, данные компьютера, программа радио- и телевещания и тому подобное.
Сообщения делятся на следующие типы:
- Сообщения, которые уже прошли обслуживание.
- Сообщения, которые считаются потерянными.
- Сообщения, которые считаются задержанными, то есть, которые поступили в сеть связи и ожидают начала передачи.
