§ 5.4. Альтернативная адаптация в процессах передачи данных

5.4.1. Постановка задачи

Подсистема передачи данных в вычислительной сети обычно считается звеном, наиболее подверженным воздействию неопределенных факторов в виде нестационарного уровня случайных помех в каналах связи. Эти помехи вызываются всякого рода электрическими источниками (атмосферными, техническими и т. д.), влияющими на каналы связи, повреждениями линии связи, а также непредсказуемыми изменениями загрузок и пропускной способности отдельных каналов вычислительной сети.

Наиболее перспективным средством управления системами, передачи данных, подверженными воздействиям неопределенных факторов, является адаптация как метод управления [170]. Среди задач, решаемых адаптивными методами, выделим:

а) задачу выбора маршрутов передачи данных («адаптивная маршрутизация»);

б) задачу управления потоком передачи данных в канале связи в условиях нестационарных помех.

Отметим следующие результаты. Вопросы адаптации для динамического управления потоками пакетов, т. е. решения задачи маршрутизации в вычислительной сети в условиях,

когда загрузка линий связи и конфигурация сети изменяются в широких пределах, рассматривались в работах [74, 203]. Среди прочих методов маршрутизации широкое распространение получили локальные алгоритмы адаптации, реализуемые в распределенных (децентрализованных) системах и оперативно использующие для выбора очередного маршрута передачи пакета текущую информацию, накапливаемую в узле коммутаций системы передачи данных. Адаптация процесса направления потоков данных в сети с коммутацией сообщений была рассмотрена в работе [121]. Предложенные алгоритмы предназначены для автономного выбора наиболее удачного маршрута передачи сообщения в каждом узле сети на основе прогноза удачности выбора методом линейной фильтрации предыдущих наблюдений.

Интересно предложение использовать стохастические обучающиеся автоматы, обладающие свойством быстрого приспособления к изменяющимся условиям, для адаптации процесса маршрутизации вызовов в сети телефонной связи [121]. С помощью модельного эксперимента показано преимущество адаптивного рандомизированного выбора направления прохождения телефонных вызовов по сравнению с регулярными способами выбора маршрутов, используемыми в настоящее время.

Простейший детерминированный адаптивный способ управления скоростью передачи потока дискретной информации в условиях пачек ошибок в канале, работающем в полудуплексном режиме, представлен в работе [51]. Для этого предлагается использовать два кода, корректирующих ошибки, которые обладают различной помехозащищенностью. Система переходит к более помехоустойчивому, а следовательно, и более избыточному коду в случае обнаружения ошибки в сообщении, т. е. по запросу повторной передачи блока, и к менее помехоустойчивому коду — в случае отсутствия ошибок. Такая оперативная реакция на состояние канала связи является альтернативной адаптацией, хотя и лишена фильтрации, необходимой в квазистационарных условиях. Из сказанного видно, что методы альтернативной адаптации, основанные на оперативном использовании информации о текущем состоянии управляемого объекта (процесса), могут быть успешно применены в децентрализованных сложных системах, передачи данных с высоким уровнем неопределенности. Рассмотрим этот вопрос подробнее.

В процессе передачи данных вероятность искажения сообщения в канале связи обычно изменяется непредсказуемым образом, вследствие чего любой заранее выбранный способ кодирования в канале связи наверняка теряет свою эффективность по отношению к другим, альтернативным кодам. Для учета этого обстоятельства предлагается использовать алгоритм

управления выбором кодов, адаптивно выбирающий лучший в сложившейся ситуации код из набора альтернативных кодов.

Как отмечается в ряде исследований [20, 51, 130, 244], анализ статистики ошибок в реальных каналах связи показал, что единичные ошибки (т. е. переход «1» в «0» или «0» в «1») имеют тенденцию группироваться в пачки ошибок. Уровень помех в каналах связи принято характеризовать вероятностью ошибки на бит или вероятностью ошибки на символ передаваемой информации. Целью управления потоком передачи данных обычно является максимальное повышение скорости передачи данных, т. е. повышение эффективности использования канала связи при заданном уровне ошибок. Для достоверной передачи Данных в присутствии пачки ошибок требуется использовать код с высокой избыточностью, обнаруживающий и исправляющий ошибки, в то время как применение такого кода в интервалах между пачками ошибок приводит к снижению эффективности использования каналов. Отсюда возникает задача адаптивного управления потоком данных в условиях нестационарных помех. Эта задача для двуальтернативного случая может быть сформулирована в следующем виде.

Пусть имеется система передачи информации, которая может работать в полудуплексном режиме. Предполагается, что канал связи может находиться в одном из двух состояний — А или С — с соответствующими вероятностями ошибок на символ и Принимая, что будем считать, что состояние С соответствует наличию пачки ошибок в канале, а состояние А — отсутствию. Требуется построить адаптивную процедуру, управляющую потоком передачи данных так, чтобы повысить среднюю скорость (эффективность) передачи по каналу.