Дробот Ольга Анатоліївна. Моделі забезпечення гарантованої якості обслуговування інформаційного трафіку у мультисервісних телекомунікаційних мережах

brief description

Дробот Ольга Анатоліївна. Моделі забезпечення гарантованої якості обслуговування інформаційного трафіку у мультисервісних телекомунікаційних мережах : Дис... канд. наук: 05.12.02 2007

Дробот О.А.Моделі забезпечення гарантованої якості обслуговування інформаційного трафіку у мультисервісних телекомунікаційних мережах. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.12.02 телекомунікаційні системи та мережі. Харківський національний університет радіоелектроніки, Харків, 2007.
Дисертаційна робота присвячена розв'язанню актуальноїнаукової задачі, яка полягає в удосконаленні засобів забезпечення гарантованої якості обслуговування інформаційного трафіку в умовах погодженої реалізації динамічних стратегій багатошляхової маршрутизації (БШМ) й розподілу канальних ресурсів шляхом розробки відповідних математичних моделей і методу з метою підвищення продуктивності мультисервісних ТКМ у цілому.
У роботі розроблена вперше комплексна модель забезпечення гарантованої якості обслуговування інформаційного трафіку одночасно за декількома показниками на підставі погодженого розв'язання завдань БШМ ї динамічного розподілу пропускної здатності трактів передачі, що дозволило знизити обсяг використаних для цього мережних ресурсів в мультисервісних ТКМ. Одержала подальший розвиток потокова модель БШМ, в якійзабезпечуються гарантії якості обслуговування трафіку одночасно за швидкісними та імовірнісно-часовими показниками з підвищенням загальної продуктивності ТКМ. У рамках поставленої наукової задачі запропоновані моделі стали підставою для розробки відповідного методу забезпечення гарантованої якості обслуговування інформаційного трафіка в територіально-розподілених мультисервісних ТКМ,новизнаякого полягає в тому, що в ньому забезпечується адаптивний розрахунок структури оверлейної мережі для обслуговування трафіків між заданою парою мережних вузлів, що дозволило підвищити масштабованість отриманих рішень при реалізації динамічних стратегій БШМ й розподілу канальних ресурсів.
Запропоновані моделі й метод забезпечення гарантованого якості обслуговування відповідають вимогам сучасних концепцій управління мережними ресурсами, трафіком і маршрутизацією, наприкладLoad-Balanced Routing, Traffic EngineeringіActive Network, розширюючи область їхнього застосування в умовах реалізації динамічних стратегій багатошляхової маршрутизації й розподілу канальних ресурсів.

У дисертаційній роботі розв’язана актуальна науково-прикладна задача, що полягає в удосконаленні засобів забезпечення гарантованої якості обслуговування інформаційного трафіку в умовах погодженої реалізації динамічних стратегій багатошляхової маршрутизації і розподілу канальних ресурсів шляхом розробки відповідних математичних моделей і методу з метою підвищення продуктивності мультисервісних ТКМ у цілому. За підсумками розв’язання поставленої наукової задачі можна зробити наступні висновки:
1. На підставі проведеного аналізу принципів побудови й умов функціонування сучасних ТКМ встановлено, що важливе місце в рамках передових технологій і концепцій мережного управління й маршрутизації займають засоби забезпечення якості обслуговування. Виявлено основні фактори, що впливають на ефективність рішення завдань щодо забезпечення QoS. У результаті проведених досліджень визначено основні засоби розв’язання окремих задач забезпечення якості обслуговування, до яких, насамперед, відносяться засоби управління трафіком, буферними й канальними мережними ресурсами, маршрутизації, пріоритетної обробки пакетів, які представлені відповідними сигнальними протоколами й протоколами маршрутизації, а також механізмами обслуговування черг на мережних вузлах. Аналіз існуючих рішень у цій області продемонстрував значне розмаїття використовуваних протоколів і механізмів, які в різній мірі задовольняють вимогам щодо якості розв’язання задач із забезпечення якості обслуговування ІТ в ТКМ.
2. Установлено, що поряд із забезпеченням гарантованої якості обслуговування одночасно за множиною показників до числа основних вимог до подібного роду протоколів і механізмів відповідно до положень концепцій Active Network, Traffіc Engіneerіng, MultіPath QoS-based Routіng й Load-Balanced Routіng варто також віднести підтримку мультисервісності із погодженою реалізацією динамічних стратегій багатошляхової маршрутизації й розподілу канальних ресурсів ТКМ. Виявлено, що основою вдосконалення існуючих засобів QoS у ТКМ є перегляд використовуваних у протоколах математичних моделей. Перспективні моделі, виходячи з вимог до процесів QoS, мають забезпечувати одночасне урахування множини структурно-функціональних параметрів ТКМ і характеристик абонентського трафіка.
3. У роботі запропоновано систему математичних моделей забезпечення якості обслуговування ТКМ на підставі погодженої реалізації динамічних стратегій багатошляхової маршрутизації і розподілу канальних ресурсів з підтримкою QoS одночасно за декількома показниками (швидкісними, часовими та показниками надійності). Отримати в аналітичному вигляді шукані умови забезпечення QoS вдалося за рахунок тензорного узагальнення функціональної моделі ТКМ. Погоджене розв’язання задач БШМ й розподілу канальних ресурсів вдалося шляхом паралельного розрахунку маршрутних змінних і змінних, які відповідають за розподіл пропускної здатності трактів передачі.
4. У рамках поставленої наукової задачі запропоновано моделі, які були основою для розробки в решті решт відповідного методу забезпечення гарантованої якості обслуговування інформаційного трафіку в територіально-розподілених мультисервісних ТКМ на підставі адаптивного вибору структури накладеної мережі для обслуговування трафіків між заданою парою мережних вузлів. Особливістю методу є те, що для вибору структури накладених (оверлейних) мереж в залежності від завантаженості ТКМ використовувалися відомі графокомбінаторні алгоритми пошуку мультишляхів або алгоритми пошукуk-найкоротших шляхів з обґрунтуванням їх максимальної кількості. Використання запропонованого методу дозволило підвищити масштабованість отриманих рішень при погодженій реалізації динамічних стратегій багатошляхової маршрутизації й розподілу канальних ресурсів.
5. Здійснено аналіз показників ефективності, за якими оцінювалася якість одержуваних рішень, пов'язаних із забезпеченням гарантованого QoS в мультисервісних ТКМ у рамках запропонованих моделей і методу. Як критерій ефективності обґрунтовано обрані похідні від продуктивності системи. Проведено експериментальне дослідження розроблених моделей і методу забезпечення гарантованого QoS з використанням аналітичного моделювання, імітаційного моделювання, а також засобів натурного експерименту на реальному мережному устаткуванні. Результати експериментального дослідження запропонованих у роботі моделей і методу забезпечення QoS підтвердили ефективність за обраними показниками. Отримані у ході порівняльного аналізу результати свідчать про те, що використання розробленої у другому розділі потокової моделі багатошляхової маршрутизації дозволяє при одних і тих самих обсягах мережних ресурсів, що використовуються, поліпшити якість обслуговування за середньою затримкою в 1,5-2 рази; за джиттером на 30-55%; за ймовірністю правильної доставки на 1-4%, а також забезпечити задані значення зазначених показників якості з підвищенням продуктивності ТКС у середньому на 10-20%.
Як показали результати порівняльного аналізу, застосування запропонованих у третьому розділі комплексної моделі та методу забезпечення гарантованої якості обслуговування дозволяє забезпечити ті ж значення основних показників QoS, що й при використанні відомих моделей і методів, при цьому скоротивши обсяги використовуваних для цього мережних ресурсів ТКС у середньому від 5-8% (в області малих навантажень) до 25-30% (в області середніх і високих навантажень).
6. Розроблено рекомендації із практичної реалізації результатів дисертаційної роботи, які ґрунтуються на результатах експериментального дослідження розроблених моделей і методів забезпечення гарантованої якості обслуговування в мультисервісних ТКМ. Виконання запропонованих рекомендацій припускає проведення комплексу організаційно-технічних заходів, які стосуються принципів структурно-топологічної, технологічної та програмної реалізації в рамках існуючих і перспективних технологій або протоколів мережного управління й маршрутизації, спрямованих на забезпечення ефективного функціонування ТКМ.
Запропоновані моделі забезпечення гарантованого QoS відповідають вимогам сучасних концепцій управління мережними ресурсами, трафіком і маршрутизацією, наприклад Active Network, MultiPath Routing, QoS-based Routing, Load-Balanced Routing і Traffic Engineering, розширюючи область їхнього застосування в умовах реалізації динамічних стратегій БШМ ї розподілу канальних ресурсів. Практична реалізація розроблених моделей і методів не пов'язана з переглядом основних принципів побудови й функціонування існуючих ТКМ.
7. Результати дисертаційної роботи використані:
по-перше, при розробці програмного модуля призначення пріоритетів в маршрутизаторах Cisco 7200 в мультисервісній мережі ТОВ "Ногинская телекоммуникационная компания"; по-друге, при розробці вузлових компонентів активних технологій управління мережними ресурсами в Харківському державному регіональному науково-технічному центрі з питань технічного захисту інформації; по-третє, при розробці підсистеми збору й обробки радіолокаційної інформації для Військово-Повітряних Сил в ході аналізу імовірнісно-часових характеристик апаратури передачі радіолокаційної інформації у спеціалізованих АСУ (НДР "Кара-Даг"); по-четверте, при обґрунтуванні вимог до каналу зв'язку та розробці пропозицій щодо забезпечення гарантованої якості зв’язку за показниками достовірності та оперативності засобами маршрутизації та управління канальним ресурсом в АСУ "Дніпро" (НДР "Інтеграція"); при розробці вимог щодо якості обслуговування в телекомунікаційній мережі спеціального призначення (НДР "Бджола").
Матеріали дисертаційної роботи також використані в навчальному процесі кафедри математичного та програмного забезпечення автоматизованих систем управління ХУ ПС та кафедри телекомунікаційних систем Харківського національного університету радіоелектроніки, про що складені відповідні акти.