Гавлиевский, Серго Леонидович. Методы анализа мультисервисных сетей связи с несколькими классами обслуживания

brief description

Гавлиевский, Серго Леонидович. Методы анализа мультисервисных сетей связи с несколькими классами обслуживания : диссертация ... доктора технических наук : 05.12.13 / Гавлиевский Серго Леонидович; [Место защиты: ГОУВПО "Поволжская государственная академия телекоммуникаций и информатики"].- Самара, 2012.- 356 с.: ил. РГБ ОД, 71 13-5/75

Федеральное агентство информационных технологий и связи РФ ГОУВПО «ПОВОЛЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ І ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ И ИНФОРМАТИКИ»
ГАВЛИЕВСКИЙ СЕРГО ЛЕОНИДОВИЧ
МЕТОДЫ АНАЛИЗА МУЛЬТИСЕРВИСНЫХ СЕТЕЙ СВЯЗИ С
НЕСКОЛЬКИМИ КЛАССАМИ ОБСЛУЖИВАНИЯ
Специальность 05.12.13 -
«Системы, сети и устройства телекоммуникаций»
Диссертация
на соискание ученой степени
доктора технических наук
Научный консультант доктор технических наук, профессор В.Г. Карташевский
Самара 2012 
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ 7
ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ 11
ВВЕДЕНИЕ 18
1. АРХИТЕКТУРА, ХАРАКТЕРИСТИКИ И МЕТОДЫ АНАЛИЗА
МУЛЬТИСЕРВИСНЫХ СЕТЕЙ ШИРОКОПОЛОСНОГО ДОСТУПА27
1.1. ЭВОЛЮЦИЯ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СЕТЕЙ
РЕГИОНАЛЬНЫХ ОПЕРАТОРОВ И ПРОВАЙДЕРОВ 27
1.2. АРХИТЕКТУРЫ МУЛЬТИСЕРВИСНОЙ СЕТИ
ШИРОКОПОЛОСНОГО ДОСТУПА 33
1.2.1. Общие требования к системам телекоммуникаций 33
1.2.2. Основные компоненты архитектуры 34
1.2.3. Особенности оказания услуг для квартирного сектора 38
1.2.4. Особенности оказания услуг для корпоративных клиентов 41
1.3. ВЫБОР ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ
МУЛЬТИСЕРВИСНОЙ СЕТИ 46
1.3.1. Подключение конечных пользователей 46
1.3.2. Транспортная сеть 57
1.4. ПЛАНИРОВАНИЕ РАЗВИТИЯ МУЛЬТИСЕРВИСНОЙ СЕТИ. 64
1.4.1. Задача планирования 64
1.4.2. Выбор бизнес - стратегии 69
1.4.3. Моделирование и системный анализ сетей 72
1.5. Методы анализа распределенных информационно¬
вычислительных, компьютерных и телекоммуникационных систем и сетей 78
1.6. Выводы 87
2. ОПИСАНИЕ КОМПОНЕНТОВ МУЛЬТИСЕРВИСНОЙ СЕТИ В ТЕРМИНАХ ТЕОРИЙ МАССОВОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ И МНОЖЕСТВ 90
2.1. Формирование потоков в мультисервисных сетях 90
2.2. Описание узлов сети как систем массового обслуживания 94
2.2.1. Узел с одним классом обслуживания 94
2.2.2. Узел с несколькими классами обслуживания 98
з
как сетей массового обслуживания 99
2.4. Описание типовых топологий транспортных магистралей в
терминах теории множеств 105
2.5. Выводы 119
3. МЕТОД АНАЛИЗА СЕТЕЙ С ПАКЕТНОЙ КОММУТАЦИЕЙ
ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ АДРЕСНОЙ РАССЫЛКИ ПАКЕТОВ, ОСНОВАННЫЙ НА ИСПОЛЬЗОВАНИИ АППАРАТА КОНЕЧНЫХ
ДИСКРЕТНЫХ ЦЕПЕЙ МАРКОВА 120
3.1. Вводные замечания 120
3.2. Общий подход к расчету элементов матрицы переходных
вероятностей 122
3.2.1. План распределения информации 122
3.2.2. Вектор и таблица вероятностей состояний узла 128
3.2.3. Таблица условных вероятностей выбора направлений,
получение полных вероятностей выбора направлений 131
3.2.4. Примеры расчета элементов МПВ 132
3.3. Вывод соотношений для расчета элементов матриц переходных вероятностей при использовании стохастических маршрутных таблиц138
3.4. Вывод соотношений для расчета элементов матриц переходных
вероятностей при использовании простых маршрутных таблиц 141
3.4.1. Простые маршрутные таблицы 141
3.4.2. Заполнение таблицы условных вероятностей 142
3.5. Описание процесса передачи одиночного пакета по сети, находящейся в стационарном режиме при помощи аппарата КДЦМ... 146
3.5.1. Матрица переходных вероятностей и ее представление в
каноническом виде 146
3.5.2. Фундаментальная матрица 151
3.5.3. Определение вероятности успешной доставки пакетов 152
3.5.4. Модифицированная фундаментальная матрица 153
3.5.5. Определение вероятности возвращения пакета в исходный узел 154
3.6. Соотношения для определения времени доставки пакетов 155
3.7. Особенности расчета показателей качества обслуживания между
каждой парой узлов и среднесетевых характеристик 157
3.8. Математическая модель для расчета показателей качества
обслуживания при использовании одного класса обслуживания 160

КОММУТАЦИЕЙ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ
ШИРОКОВЕЩАТЕЛЬНОГО РЕЖИМА РАССЫЛКИ ПАКЕТОВ 191
4.1. Вводные замечания 191
4.2. Широковещательная рассылка пакетов на сетях с кольцевой
топологией 192
4.2.1. Соотношения для расчета характеристик сети при адресной
пересылке пакета 192
4.2.2. Соотношения для расчета задержек и вероятностей доставки
пакетов в широковещательном режиме 196
4.2.3. Соотношения для расчета нагрузки на ветви сети 200
4.2.4. Алгоритм расчета характеристик при передаче пакетов в
широковещательном режиме относительно заданного узла 204
4.2.5. Система уравнений для расчета характеристик сети при
использовании широковещательной рассылки 207
4.2.6. Алгоритм расчета решения системы и расчета характеристик
между каждой парой узлов 209
4.3. Широковещательная рассылка пакетов на сетях с
топологиями, не содержащих петель 211
4.3.1. Некоторые особенности построения сетей на базе
коммутаторов Ethernet второго уровня 211
4.3.2. Описание процесса рассылки пакетов в широковещательном
режиме в терминах теории множеств 213
4.3.3. Алгоритм расчета характеристик относительно исходного узла
при передаче пакетов в широковещательном режиме 217
4.3.4. Система уравнений для расчета характеристик сети при
широковещательной рассылке пакетов 219 
4.4. Выводы 221
5. МЕТОД РАСЧЕТА ХАРАКТЕРИСТИК СЕТЕЙ ПРИ
ИСПОЛЬЗОВАНИИ ДЛЯ РАССЫЛКИ ПАКЕТОВ НАПРАВЛЕННОЙ ВОЛНЫ 222
5.1. Использование направленной волны для рассылки пакетов 222
5.2. Соотношения для определения вероятности успешной передачи
пакетов между заданной парой узлов 228
5.3. Соотношения для расчета времени доставки пакетов между
заданной парой узлов 231
5.4. Расчет потоков на ветвях и узлах сети 233
5.5. Описание процесса пересылки пакета по сети при помощи
направленной волны в терминах теории множеств 234
5.6. Алгоритм расчета характеристик относительно исходного узла
при передаче пакетов методом направленной волны 238
5.7. Система уравнений для расчета характеристик сети 240
5.8. Выводы 243

6. РАСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИК И ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ
МАГИСТРАЛЕЙ ТРАНСПОРТНЫХ СЕТЕЙ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ НЕСКОЛЬКИХ КЛАССОВ ОБСЛУЖИВАНИЯ 244
6.1. Вводные замечания 244
6.2. Входные данные и результаты расчета 244
6.3. Топология магистрали - кольцевая 246
6.3.1. Передача по кольцевой магистрали ассиметричного трафика 246
6.3.2. Накопление задержек при передаче пакета по магистрали сети с
кольцевой топологией 256
6.3.3. Исследование влияния места отказа каналов 261
6.3.4. Исследование влияния изменения нагрузки и пропускных
способностей каналов 269
6.4. Топология магистрали — квадратная ячейка 281
6.4.1. Исследование влияния изменения нагрузки и увеличения пропускных способностей наиболее загруженных ветвей 281
6.4.2. Исследование влияния отказа наиболее загруженной ветви... 298
6.5. Топология — логическая звезда на базе системы спектрального
уплотнения 305
6.6. Выводы 313
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 315
ЛИТЕРАТУРА 317
ПРИЛОЖЕНИЕ 350

bibliography

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В соответствии с поставленной в диссертационной работе целью полу¬чены следующие теоретические и практические результаты:
1. Проведен анализ существующего состояния сетей традиционного опе-ратора и сценариев их развития, рассмотрена архитектура сети пере-ходного периода, получена оценка требуемой пропускной способности магистрали мультисервисной сети для крупного областного центра.
2. Сформулирован методологический подход к построению моделей и разработке методов расчета характеристик мультисервисных сетей.
3. Получены соотношения, описывающие типовые топологии магистра¬лей мультисервисных сетей в терминах теории множеств, что позволя¬ет генерировать топологии сетей большой размерности.
4. Для описания потоков на ветвях и узлах сети в стационарном режиме при адресной (unicast) рассылке пакетов составлена СНАУ, решение которой позволяет рассчитать для каждой категории обслуживания время задержки и вероятности потерь пакетов между каждой парой уз¬лов сети, а также потоки на ветвях и узлах сети, задержки, вероятности блокировок и уровни загрузок каналов.
5. Составлены СНАУ, описывающие потоки на ветвях и узлах сети при широковещательной рассылке пакетов (broadcast) для двух важнейших для практики частных случаев - для сетей с кольцевой топологией и для сетей с топологиями без петель. Ее решение позволяет рассчитать все основные показатели качества обслуживания.
6. Для метода направленной волны, занимающего промежуточное поло-жение между табличными (unicast) и широковещательными (broadcast) методами, составлена СНАУ, описывающая потоки на ветвях и узлах сети при адресной рассылке пакетов в стационарном режиме. Ее реше¬ние позволяет рассчитать такие важнейшие параметры, как время за¬держки и вероятности потерь кадров между каждой парой узлов сети, а также потоки на ветвях и узлах сети; задержки, вероятности блокиро¬вок и уровни загрузок каналов.
7. Разработаны методы, позволяющие рассчитывать характеристики сети в условиях совместного воздействия различных факторов в том числе при изменениях: нагрузки; структуры тяготения; пропускной способ¬ности каналов; при отказе оборудования и обрывах каналов; числа классов обслуживания.
• 8. Получены результаты расчетов, позволяющие определить наиболее критические места на сети в условиях совместного воздействия раз¬личных факторов, оценить эффект от разделения пакетов на классы об¬служивания.
Таким образом, в результате выполненных исследований решена науч¬но-техническая проблема создания моделей, методов и алгоритмов анализа современных сетей, в том числе и с несколькими классами обслуживания, что имеет важное народно-хозяйственное значение для отрасли связи