Дәріс. Инфокоммуникациялық желілердің болашағы – көп өлшемді желілер.

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 33 из 34Следующая ⇒

Қазіргі уақытта ТМД мемлекеттерінде, соның ішінде Қазақстанда, NGN желілері бір-біріне ұқсамайтын жеке фрагменттер түрінде әлдеқашан бар ұлттық желілерге қосылып енгізіледі. Сондықтан, NGN желілеріне арналған әжептәуір көп халықаралық стандарттар мен ұсыныстар дамытылғанына қарамастан, келешектегі инфокоммуникациялық желілер нені білдіретіні және олардың дамуына салалық ғылым қалай әсер ету керектігі жайлы пікірталас өзінің өзектігін жоғалтқан емес. Осыған орай, NGN тұжырымдамасы мен оның қағидаларын енгізу тәжірибесі арасындағы қарама-қайшылықтарын шешудің қажеттілігі тұр. NGN желілерінің болмысы мен дамыту жолдарын талқылаумен қатар, біршама алшақ келешекке, яғни NGN желілерінің орынбасарына [4] –те FGN XXI, ал [3] —post-NGN кезеңінің желілері деп аталатын болашақ ұрпақ желілеріне (Future Generation Networks) көз тастаудың да мәні бар. Осы дәрісте жалпылама түрде болашақ инфокоммуникациялық желілердің бейнесін болжамалау және де бұл желілер жайлы қазіргі заманғы түсініктің телекоммуникациялар саласындағы ғылыми зерттеулер парадигмасына ықпал ету мәселесін қарастыруға әрекет етілген [5]. Бұл өзекті сұрақ болып есептелінеді, себебі телекоммуникациялық саланың алдын-ала қиын болжамдалатын революциялық өзгерістері барысында NGN желілерінің орынбасарына FGN желілерінің келу-келмеуі әлі белгісіз.

NGN, post-NGN кезеңінің желілері және инфокоммуникация саласындағы парадигманың өзгеруі. 

Қазіргі таңда жалпы телекомуникацияда және сол салада ғылыми зерттеулерді жүргізуде парадигмалардың ауысуы, негізінен, қазіргі таңдағы желілердің NGN желілеріне ауысуында және қызмет көрсету сапасының артуына бағытталған зерттеулер рөлінің өсуінде жатыр деген ой-пікір кездесіп жүр [5, 6].

Т. Кун-ң айтуынша, ғылыми және ғылыми-техникалық революциялар барысында, жоғарыда аталған түсініктер мәнінің өзгеруінде жататын парадигмалардың ауысуы жүреді. Инфокоммуникацияларға қатысты, бұл олардың көрінісі мен жұмыс істеу көзқарасының ауысуы, яғни өзінше пікірдің өзгеруі болып табылады [6].

NGN желілерінен өзінің құру қағидаларымен ерекшеленетін FGN желілеріне ауысу.

NGN желілерінің негізінде «көп қызмет көрсетулер – бір желі» қағида жатқаны белгілі және осы қағиданың FGN желілерінде де орын алатыны ықтимал. Сонда қазір дамытылып жатқан NGN желілері мен ерте ме, кеш пе олардың орнын басатын FGN желілерінің айырмащылығы неде? [7] айтылып кеткендей, айырмашылық мынада жатыр. Қазіргі таңдағы желілер – бұл тек тасымалдау және қолжеткізім желілері ғана емес, сонымен қатар демеу және қызмет көрсету желілері, яғни синхрондау, сигнализация, басқару, уақыт бойынша сигналдарды жіберу желілері және т.б. болып табылады. Солардың барлығында өзінің жеке техникалық, соның ішінде, есептеу амалдары бар және олардың көмегімен алға қойылған мәселелерді шешеді. 

Тасымалдау, қолжеткізім, демеу және қызмет көрсету желілері жиынтықта бір-бірімен өзара әрекет етеді, бірақ бұндай әрекет ету тек қажеттілік туғанда ғана болады және бұл желілердің автономды өмір сүруі жағдайында дамыту және жетілдіру принциптері маңызды болып қарастырылмайды. Сондықтан «көп қызмет көрсетулер – бір желі» қағидасы тек қазіргі таңдағы желілерде ғана емес, NGN желілерінде де ресми түрде қолданылады. Басқа жағдай – FGN желілері. Олардың құрылысы мен жалпы құру қағидаларын болжамдау қиын болады, бірақ та күрделі жүйелер мен әралуан желілік құрылымдар саласында қазіргі таңдағы кейбір теориялық зерттеулердің тақырыптарын талдау болашақ желілердің мүмкін көрінісі мен кейбір екерекшеліктері жайлы болжамдар жасауға мүмкіндік береді. Бұл көп өлшемді желілер болатынын жорамалдауға болады. Жаратылыстанудың әртүрлі салаларында, соның ішінде телекоммуникацияда соңғы жылдары бұндай тәрізді желілерді құру теориясы сұрақтарына елеулі қызығушылық туындап жатыр. Құрылымдық қағида ретінде қарастырылатын көп өлшемділік - жеке-жеке болмыстарды бірыңғай тұтастыққа біріктіру әдісі ретінде белгілі, сәйкеінше, келешектегі көп өлшемді желілер тасымалдау, қолжеткізім және аталмыш демеу мен қызмет көрсету желілеріне айқын бөлінуі міндетті емес. Сондықтан, FGN желілерінде, яғни келешектегі инфокоммуникациялық желілерде көп өлшемді құрылымды және көп ядролық есептеу амалдарын қолданудың арқасында оның түйіндерінде ақпараттың алмасуын және әртүрлі қызмет көрсетулерді қамтамасыз ету мүмкін болады. Осындай байламның арқасында қолжеткізім, тасымалдау, қызмет көрсету, демеу (синхрондау, сигнализация және т.б.) – бұл біріктірілген FGN желісінің ішкі мәселесі, оның көп өлшемді құрылымы құраушы желілеріне жүктелген мәселелерді, соның ішінде біртума әдістермен бірігіп шешуге мүмкіндік береді. Осы және басқа да себептер қатарынан, соның ішінде шынайы әлем үшөлшемді болуына байланысты көп өлшемді желінің күрделі гиперпішінін тіпті жалпы түрде көрнекі елестету мүмкін емес. Сондықтан 1 сур. келешектегі көп өлшемді желі символды түрде гиперпішінге ұқсас, және оның қарапайым проекциясы ретінде көрсетілген, нақтырақ айтсақ – «қара шаршы».     

Жұмбақ жорамал FGN желілері үшін ең оңай шешім - ол қолжеткізім, тасымалдау және әртүрлі демеу желілері өзінің жеке бөлінген орындарында орналасауы ең жақсы шешім болып табылмайтынын болжауға болады. Айтқандай, егерде мысал ретінде қазіргі кезде бар жалпы қолданыстағы желіні көрнекі түрде тасымалдау, қолжеткізім, әртүрлі демеу және қызмет көрсету желілері өзінің жеке орындарында орналасатын көп өлшемді желі сияқты қарастыру мүмкін болса, онда бұндай жағдайдың шын мәнінде зорға дегенде болса да қазір орын алып жатқаны рас екені анық [7]. Керісінше, FGN желілерінің басынан бастап және принципиалды түрде көп өлшемді құрылымы болғандықтан, осы желінің жалпы қорларын, әсіресе есептеу құралдарының қорларын көп өлшемді және көп сатылы желінің кейбір немесе барлық ішкі желілері қолдану мүмкін (әлбетте жарыққа шыққан немесе ойлап табылған, және нәтижесінде стандартталған ережелер бойынша). Осы мүмкіндіктер, сонымен қатар, жады супер компьютерлердің көп өлшемді жадына ұқсас көп ядролы есептеу құралдарын желілерде пайдалану, сөзсіз, қорларды максималды қолданатын көп өлшемді желіні құру принциптерінің жасалуына және дамытылуына себепкер болады.     

Жалпы алғанда, [7] Экклезиасттан келтірілген дәйексөзді қайталап айтсақ, FGN желілеріне ауысуына орай тастарды лақтыратын емес, жинайтын уақыт келеді, бұл жердегі тастар деп көп өлшемді біріктірілген желінің ішіне кіретін барлық желілерді айтамыз. Сәйкесінше, бар қорларды максималды пайдалана отырып, көп өлшемді желілерге ауысу - FGN желілерінің қазіргі таңдағы желілерден, соның ішінде NGN желілерінен аса маңызды айырмашылық көрсеткіші ретінде қарастырылуы мүмкін. Егер енді айтылғандар бойынша FGN желілеріне анықтама беретін болсақ, онда ол көп өлшемді және көп сатылы желі болатынын, сонымен қатар оған тасымалдау желісі, синхрондау желісі, сигнализация желісі және басқа да демеу мен қолжеткізім желілері, бұдан басқа тұтынушыларға қызметтерді сенімді, сапалы, қауіпсіз ұсынуға арналған қызмет көрсету желілері біріктірілетінін болжай аламыз. NGN желілерінен FGN желілеріне ауысу уақыту жақындаға сайын, телекоммуникациялардың қазіргі таңдағы парадигмасының көп өлшемді инфокоммуникациялық желілердің пайда болу, даму және жетілдіру парадигмасына ауысуының ықтималдылығы артады. Автордың ойы бойынша, бұл ықтималдылық қазірдің өзінде нөлден ерекше. Алайда, қазіргі уақытта телекоммуникациялық желілерді көп өлшемді құрылымы айқын көрсетілген біріктірілген желі ретінде құру, жетілдіру және зерттеу қажеттілігі жайлы пікір біздің елде және ТМД елдерінің басқаларында да басыңқы емес. Осыған байланысты инфокоммуникациядағы желі құрылымдарының көп өлшемділігіне қатысты сұрақтарды толығырақ қарастырудың мәні бар. 

Желі құрылымының көп өлшемділігі және NGN мен FGN желілерді теориялық түрде зерттеудің математикалық негіздері.

Түсіндірме сөздіктен білетініміздей, «көп өлшемді» термині «бірнеше өлшемі бар» дегенді білдіреді. Сәйкесінше, желі құрылымының көп өлшемділігі оның екі және үш те емес, N өлшемде жетілетінін білдіреді, мұндағы N үштен артық (нақтырақ айтсақ, үш өлшемділікті көп өлшемділік деп түсінсек, үштен көп немесе үшке тең болады). N > 3 болғанда, әлі барлық компьютерлердің жады көп өлшемді болмағанына байланысты, бастапқы және өңделетін мәліметтердің сәйкес N-өлшемді елестетуін жүзеге асыру қажет. Осындай елестетудің математикалық негізі іргелі математикада бұрыннан белгілі көп өлшемді матрицалар [8], ал есептеуіш техникада – көп өлшемді массив болуы мүмкін. Мысалға, өткен ғасырдың 30-жылдарында Г. Кронның көп өлшемді матрицаларды электротехникалық тізбектерді тензорлы талдауда қолдануды ұсынғанын еске алу орынды. Көп өлшемді матрицалар мен сәйкес мәліметтердің массивтері көмегімен (оларды өңдеу әдістеріне көп басылымдар арналған[9]), сол және басқа да болмыстарды көп өлшемді елестету іс жүзінде жүзеге асуы мүмкін. Осыған мысалды, синрондау желілерін көп өлшемді елестетуге [10,11] және сондай сияқты телекоммуникациялық тасымалдау желілерімен бірге елестетуге арналған басылымдарда кездестіруге болады. Сонымен қатар, көп өлшемді-матрицалы желілердің кез-келген желілерге (әлеуметтік, нейронды, тасымалдау және т.б.) бағытталған абстрактты теориялық зерттеу нәтижелері бар екені белгілі [12, 13]. Сондай әдебиеттің болуы және бұрыннан белгілі әртүрлі желілерді көп өлшемді елестету тарихы, дегенмен, ойлап шығарушыларға көп өлшемді компьютерлік және телекоммуникациялық құрылымдарға тікелей қатысы бар жаңа ойларды патенттеуге кедергі келтірмейді. Бұл орайда әдеттегі патенттер ретінде ойлап шығарушылармен ұсынылған белгілі бір көп өлшемді құрылымдарды құрудың нақты қағидалары сипаттамаларында баяндалған патенттер болып табылады. Бұндай өнертабыстар аса қызығушылық тудырады, себебі олар көп өлшемді желі құрылымының жалпы көрінісімен қатар, сондай сияқты құрылымдардың ерекшеліктерін қолдану арқылы желілерді жетілдіру мүмкіндіктерін түсінуге жағдай жасайды. Кейбір мүмкіндіктердің жалпы сипаттамаларының бірі 2 сур. көрсетліген, онда белгілі бір иерархиялық деңгейлерге (Hierarchical levels) жататын желілік элементтердің (ЖЭ) саны өте шектеулі, үш ішкі желіден тұратын желінің көп өлшемді құрылымының аса қарапайым түрдегі мысалы келтірілген.                

4.9 сурет -  Желінің көп өлшемді құрылымы

Осы иерархиялық деңгейлерді жоғарыда аталған ашық жүйелердің өзара әрекеттесуінің үлгі нұсқасының (Layers) деңгейлерімен ұқсатудың керегі жоқ екенін атап кетейік. Суретті ыбырсытпау үшін, онда тек бірінші иерархиялық деңгейдегі А, В және С пункттарынан үшінші иерархиялық деңгейдегі К пунктына және де бір бағытта ғана ақпаратты тарату кезіндегі ЖЭ–ң өзара әрекеттесуі көрсетілген. 2.сур көрсетілген мысалда қарастырылатын желінің ішкі желілері иерархиялық деңгейлерге бөлінген, ЖЭ-ң нөмірленуі осы жағдайға байланысты жүреді. Нәтижесінде желілік элементтер реті бойынша нөмірленгеннен (ЖЭ-ті білдіретін реттік нөмірлер элипстердің жоғарғы жағында көрсетілген) басқа, сәйкес иерархиялық деңгейдің реттік нөмірімен, осы деңгейдің нөмірі мен ішкі желінің нөмірімен (бұл нөмірлер ретті түрде элипстердің астыңғы жағында берілген) сипатталады. 2 суретте бағытталған графпен (орграфпен) берілген желінің желілік элементтерінің байланысы алты өлшемді матрицамен сипатталады. Ол 2 суреттің сол жағында өзінің екі өлшемді қималарының бірімен бейнеленген. Қарастырылатын жағдайда көп өлшемді матрицаны қолдану әр ішкі желі мен оның нақты деңгейі үшін өзінің индекстерінің болуына мүмкіндік береді. Сондықтан, мысалға, 1-ші ішкі желінің 1-ші деңгейіндегі 4-ші ЖЭ-і мен сол ішкі желінің 2-ші деңгейіндегі 3-ші ЖЭ-мен өзара байланыс 2 суретте көрсетілген S <N> матрицаның қимасындағы S 4,3,1,2,1,1 элементімен бейнеленеді, мұндағы N = 6 – оның өлшемінің саны. S <N> матрицасының әрбір элементінде индекстердің бірінші жұбы ЖЭ-ң нөмірлеріне жатады, екінші жұбы – осы ЖЭ орналасатын деңгейлерге жатады, үшінші жұбы – ішкі желілердің нөмірлеріне жатады. 2 суретте көрсетілген S <6> матрицасының екі өлшемді қимасында тек S 4,3,1,2,1,1 элементі ғана нөл емес болып табылады, бұл суреттің оң жағында бейнеленген графқа сәйкес. 2 суретте латын бас әрпімен ішкі желілердің ЖЭ-ң орналасу пункттері берілген. Бір әріппен белгіленген желілік элементтер біріктірілген желінің бір торабында бірге орналасатыны болжамдалады, әрі ақпаратты бір тораптан басқа торапқа таратудың көзқарасынан қарағанда, бұл таратудың маршрутизациясы қалай жүретініде: қарастырылатын желінің бір немесе әртүрлі ішкі желілерінде жүретінінде мәні жоқ. Мысалға, дестелі таратуы бар желіде А, В және С пункттарынан соңғы пунктқа дестелердің таратылуы, 2 суретте көрсетілгендей, бір ғана емес, барлық үш ішкі желілерде дестелердің өту жолдарының пайда болуына рұқсат береді. Солай, мысалға, В және С пункттарынан (олардың жолдары сәйкесінше пунктирлі және штрихпунктирлі сызықтармен көрсетілген) К пунктына бағытталған дестелер, А пунктынан жіберілген (тұтас сызық) дестелерге кедергі келтірмейді. Өйткені олар басқа ішкі желілерге бет алады және артық қорларды (бұл жағдайда екінші және үшінші желілердің) қолдана отырып ары қарай соңғы К пунктына жіберіледі. Бұл әртүрлі дестелердің бір-біріне жасайтын кедергілер мен бөгеттердің пайда болу ықтималдылығының азаюына әкеледі, сөйтіп бұл соңғы нысанаға дестелерді жеткізудегі кідіріс шамасын азайтуға мүмкіндік береді. Осыған ұқсас, арналардың коммутациясы бар желілерде тарату арналарының әртүрлі ішкі желілерінде белгілі бір жағдайларда пайда болуы да пайдалы болуы мүмкін. Оны 2 суретті қолдана отырып, тұтас, пунктирлі және штрихпунктирлі сызықтарды көп өлшемді желідегі ақпаратты тарату арналарының жолдары ретінде елестету мүмкін.  

і

4.10 сурет – Көп өлшемді біріктірген желі

Көп өлшемді біріктірілген желіде ақпаратты таратумен байланысты үрдістер қарастырылған аса қарапайым мысалдан әрине біршама күрделірек. Бұдан басқа, қорларды бірегей қолданудың арқасында осындай желілерді жетілдірудің болашақ әдістерін дәл елестету қиын. Бұған қоса, 2 сурет қарастырылатын біріктірілген желіде көп өлшемді матрица мен оның қимасының көмегімен ЖЭ-ң өзара байланысын біршама елестетуге мүмкіндік бере отырып, көп өлшемді желінің қорларын бірге қолдану мүмкіндігін суреттеуге қатысты 1 суретте көрсетілген «қара шаршыдан» аса ерекшеленбейді. Дегенмен, қазірдің өзінде көп өлшемді біріктірілген желінің мүмкіндіктерін қолдану үшін, әлі дәстүрлі болмаған ең жақсы шешімдердің сәйкес зерттеу және іздеу тәсілдері қажет екені жайлы түсінік бар. Солардың кейбіреулері жеңілдетілген кестенің оң жағында атап өтілген. Салыстыру үшін кестенің сол жағында NGN желілері мен қазіргі таңдағы желілерді зерттеуде кең қолданылатын әдістер атап өтілген. FGN желілерін зерттеудің математикалық әдістері NGN желілері мен қазіргі таңдағы желілерді зерттеудің математикалық аппаратының N-өлшемді жағдайда жалпылауды білдіретініне назар аударайық. Көп өлшемді (кеңістіктік) алгебра соның мысалы бола алды. Берілген математикалық аппараттың кеңейтілген мүмкіндіктері 3 және 4 суреттегі қарапайым мысалдармен суреттеледі. Біріншісінде, сәйкес саңылауларда әртүрлі индекстер бойынша кеңістіктік үш өлшемді матрицаның екі өлшемді матрицаға көбейтінділері көрсетілген, екіншісінде – сондай тәрізді үш өлшемді матрицаның индекстердің әртүрлі алмасуы бойынша транспонирленуі көрсетілген. Атап өтілгендей, іргелі математикада алгебраның көп өлшемді матрицаларының әдістері баяғыда жасалынған [8] және қазіргі таңдағы математиктердің көмегімен дамытуын жалғастыруда. Бірақ телекоммуникацияда олардың қолданылуы әлі дәстүрлі болған жоқ. Бұндай пайымдау жеңілдетілген кестенің оң жағында атап өтілген, қазірдің өзінде телекоммуникациялық желілер жөніндегі сұрақтарды зерттеу кезінде қолданылатын, қалған математикалық әдістерге қатысты да әділ. Кестеде көрсетілген математикалық әдістерді кеңінен қолдану FGN желілеріне ауысуды тұспалдайтын post-NGN кезеңіне, жақындауға себепші болатынына сенуге болады. FGN көп өлшемді желілерін құрудың инженерлік шешімдерін жасап шығару мен табу принциптерін анықтауға бағытталған іздеу жұмыстарын жүргізу мен ұйымдастыру кезінде қазіргі уақытта әртүрлі салаларда пайда болатын (соның ішінде виртуалды) көп өлшемді көп деңгейлі желілер теорияларының қарқынды дамитын жаңа элементтері маңызды мәніне ие екеніне назар аударайық. Осы тақырыпқа байланысты жоғарыда айтылғандарға ұқсас, телекоммуникацияларға аса қатысы жоқ көп жұмыстар осындай тәрізді жұмыстардың арқасында едәуір кеңее түсуі мүмкін болған астында келтірілген әдебиет тізімінен тыс қалды. Бұған көз жеткізу үшін, «көп өлшемді желілер» және «multidimensional networks» сөз тіркестерін іздеу жеткілікті. Басқа жағынан, FGN желілерін көп өлшемді құрылымды желілер тәрізді қарастырумен байланысты амал оларды жетілдірудің қызығарлықтай келешегін аша отырып, сол уақытта айтарлықтай қиындықтарды жеңумен байланысты екенін елемеуге болмайды. Солардың қатарына, мысалға, гипержелілер теориясының іргелі математикалық негізі, және онымен байланысты есептеуіш әдістер, алгоритмдер және бағларламалық жасақтама графтар теориясы мен қарапайым матрицалардың математикалық аппаратына негізделген дәстүрлі деп есептелінетін әдістерден әлдеқайда күрделірек екені жатады [14]. 

Сәйкесінше көп өлшемді желінің техникалық құралдары мен оның бағдарламалық жасақтамасын жасап шығару шығынды және еңбекті көп қажет етпейді.

Матрицалардың алгебрасы. Көп өлшемді (кеңістіктік) матрицалардың алгебрасы.

Болашақ желілерге қадам басу кезінде мұнымен есептесу керек болады. FGN желілерін құрастыру үрдісі кезінде аса күрделі мәселелерді шешу үшін салалық, университеттік және академиялық ғылым мамандарының бірлескен күші қажет екенін жоққа шығаруға болмайды. Бұндай ынтымақтастық қазіргі кезде бар телекоммуникациялық желілердің АФҮ жасап шығару тәжірибесін ескере отырып, көп өлшемді FGN желілерінің архитектуралық функционалды үлгілерін (АФҮ) жасап шығару кезінде керек болуы мүмкін [15]. 

Көп өлшемді желілердің техникалық шешімдерін виртуалды модельдеу және үлгілі (модельді) желілер.

Жоғарыда айтылғандарға сәйкес, FGN желілерінің көп өлшемді және көп деңгейлі құрылымының мүмкіндіктері мен ерекшеліктерін ескере отырып, оларды құрудың негізі мен қағидаларын жасап шығару прогрессі іргелі математиканың жоғарыда айтылған салаларындағы жетістіктерімен ғана емес, сондай тәріздес гипержелілерді жобалау мен зерттеуге арналған жаңа бағдарламалық жасақтаманы жасап шығарумен де тығыз байланысты. Бұдан басқа, техникалық амалдарды жасап шығару мен тексеру кезінде, сәйкес виртуалды, соның ішінде көп өлшемді – матрицалы, компьютерлі модельдерді құру үшін қазіргі таңдағы компьютерлердің мүмкіндіктерін кеңінен қолдану дұрыс [12]. Келешегі бар техникалық шешімдерді, соның ішінде FGN желілерін құруға себепші болатын шешімдер [5]-те айтылған жаңа технлогияларды енгізетін және тестілейтін Халықаралық зерттеу орталықтары тәрізді ғылыми-техникалық орталықтардың модельді желілерінінің көмегімен зерттеу бұдан да көп мәнге ие.

Сондай тәріздес модельді желілердің көмегімен жасауға болатын жан-жақты зерттеулер отандық мамандарға FGN желілері ретінде жоғарыда қарастырылған, біріктірілген көп өлшемді желілердің техникалық амалдары мен қағидаларын жасап шығаруға өзінің үлесін қосуға мүмкіндік жасайды.

Қорытынды.

Жоғарыда айтылған ойлар - жақын болашақта FGN көпөлшемді желілерді құру принциптері инфокоммуникациялық техноллогиялардың шапшаң дамуы жағдайында жобаланып, еңгізіліп, стандартталатынына үміттендіреді.

Бақылау сұрақтары:

1. FGNжелілердің болашағы?

2. Желі құрылымының көп өлшемділігі және NGN мен FGNжелілерді теориялық түрде зерттеудің математикалық негіздері?

3. Көп өлшемді біріктірген желі?

4. Желінің көп өлшемді құрылымы?

.

Познавательные статьи:



Техника прыжка в длину с разбега

Тактические действия в защите

История Олимпийских игр

История развития права интеллектуальной собственности