Єременко Олександра Сергіївна. Модернізація управління повторними передачами на транспортному рівні базової TCP/IP мережі наступного покоління

brief description

Єременко Олександра Сергіївна. Модернізація управління повторними передачами на транспортному рівні базової TCP/IP мережі наступного покоління : Дис... канд. наук: 05.12.02 2008

Єременко О.С. Модернізація управління повторними передачами на транспортному рівні базової TCP/IP мережі наступного покоління. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.12.02 телекомунікаційні системи та мережі. Харківський національний університет радіоелектроніки, Харків, 2008.
У дисертації отримано нові науково обґрунтовані результати в області телекомунікаційних систем та мереж, що в сукупності вирішують важливу науково-прикладну задачу підвищення продуктивності з'єднань ТСР шляхом модернізації методу управління тайм-аутом повторної передачі (Retransmission Timeout, RTO) протоколу ТСР на основі впровадження процедури оптимальної лінійної фільтрації Калмана-Б’юсі (ФКБ). Використання запропонованого методу дозволяє підвищити продуктивність з'єднань ТСР за рахунок зменшення часу простою. Експериментальні дослідження реалізацій з'єднань ТСР показали, що процес зміни часу кругового обігу (Round-Trip Time, RTT) не суперечить марківському. Запропоновано модернізувати метод визначення RTO шляхом впровадження на ланці оцінювання RTT процедуру ФКБ. Вказана модернізація призводить до збільшення швидкості передачі від модуля ТСР відправника та продуктивності TCP/IP мережі в цілому. Розроблено аналітичні моделі раунду з'єднання ТСР з повторними передачами по тайм-ауту як системи масового обслуговування та одержано його показники якості, які можуть бути використані для практичного аналізу ефекту повторних передач у з'єднаннях ТСР.

У дисертації отримано нові науково обґрунтовані результати в області телекомунікаційних систем та мереж, що в сукупності вирішують важливу науково-прикладну задачу підвищення продуктивності з'єднань ТСР шляхом модернізації методу управління тайм-аутом ПП протоколу ТСР на основі впровадження процедури оптимальної лінійної фільтрації Калмана-Б’юсі. Використання запропонованого методу дозволяє підвищити продуктивність з'єднань ТСР на 3 5 % за рахунок зменшення часу простою.
В процесі виконання роботи отримано наукові та практичні результати, які полягають у наступному.
1. Проведено аналіз транспортних протоколів МНП, який показав, що протокол ТСР серед існуючих є найбільш поширеним. Проте до недоліків цього протоколу та його модифікацій відноситься низька ефективність функціонування в умовах передачі різнорідного трафіку. Показано, що одним із напрямків підвищення ефективності ТСР є модернізація методів управління тайм-аутом ПП протоколу ТСР.
2. Проведено аналіз методів управління тайм-аутом ПП протоколу ТСР, який показав необхідність впровадження процедури оптимальної лінійної фільтрації Калмана-Б’юсі.
3. Формалізовано процес ПП сегментів по тайм-ауту у з'єднанні ТСР як СМО з урахуванням параметрів з'єднанняі.
4. Проведено експериментальне дослідження статистичних характеристик часових параметрів з'єднання ТСР, яке дозволило перевірити гіпотезу про розподілення значеньза Гаусовим законом та експоненціальний характер автокореляційної функції. Виходячи з цього, процес змінине суперечить марківському і може бути описаним за допомогою рівнянь стану та спостереження.
5. Розроблено стохастичну модельу вигляді рівнянь стану та спостереження, що дозволило зробити висновок про можливість здійснення оцінюванняза допомогою процедури оптимальної лінійної фільтрації Калмана-Б’юсі.
6. Розроблено метод оцінюванняза допомогою процедури ФКБ, який має такі основні переваги: по-перше, точність оцінювання поточного значеннязначно вище в порівнянні з точністю відповідних оцінок, передбачених у сучасних стандартах TCP; по-друге, процедура оптимальної лінійної фільтрації дозволяє точніше відповісти на запитання: чи є втрата сегмента дійсним індикатором того, що канал перевантажений. Коефіцієнт посилення фільтра Калмана-Б’юсі залежить від параметрів шуму спостереження, який вибирається як часовий шум, природа якого в похибках вимірювання, дискретизації часових інтервалів, а також у дії реального енергетичного шуму, що заважає вимірюванням. Згідно з експериментальними дослідженнями, шум спостереження може характеризуватися узагальненою дисперсією, вклад в яку вносять всі перераховані компоненти.
5. Запропоновано модернізувати стандартний метод визначенняшляхом використання для оцінюванняпроцедури ФКБ. Моделювання модернізованого методу визначення адаптивного тайм-ауту ПП показало, що під час використання оцінювання ФКБ тривалість досягнення сталого стану складає 5 6 кроків, що значно оперативніше за час збіжності за методом Ван Джейкобсона. Точність оцінкивизначається коефіцієнтом посилення, за допомогою якої можна оцінити сплески значеньабо як зміни стану мережі, або як випадкові коливання, пов'язані з особливостями функціонування технологій нижчих рівнів та мережних елементів.
6. Проведено дослідження ефективності модернізованого методу визначення тайм-ауту ПП, які показали, що верхня межа оптимального значення, при якому досягається максимальна пропускна спроможність з'єднання, не перевищується. Модернізований метод управління тайм-аутом ПП протоколу ТСР дозволяє збільшити швидкість передачі від модуля ТСР відправника на 3 5 %. Час простою при очікуванні скінчення тайм-ауту зменшується в середньому на 5 8 %.
7. Розроблено та проаналізовано аналітичні моделі раунду з'єднання ТСР з урахуванням ефекту ПП по тайм-ауту як СМО. Розробка моделі дозволила на основі визначення ймовірностей станів одержати характеристики раунду функціонування з'єднання ТСР. Як параметри моделей обираються фізичні характеристики з'єднання, а саме, пари пов'язаних величині, які характеризують потоки первинних і повторних передач сегментів, а також їх обслуговування. Експериментально обґрунтовано, що величина часу простою між отриманням підтвердження сегмента та відправки наступного в з'єднанні ТСР як СМО з ПП залежить від прикладної програми, що використовується на вищому рівні, та для досліджуваних з'єднань прагне до нуля. Доведено, що функція наполегливості для даних моделей характеризується тільки ймовірністю повтору після першої втрати, яка дорівнює одиниці внаслідок особливостей протоколу ТСР. Таким чином, у рамках окремого раунду модуль ТСР відправника може розглядатися як абсолютно наполегливий. Проведений розрахунок СМО з повторами для досліджених експериментально з'єднань ТСР показав адекватність розроблених аналітичних моделей та їх застосування під час аналізу процесів у з'єднанні ТСР на практиці.
8. Розроблено рекомендації щодо впровадження модернізованого методу віизначення тайм-ауту ПП у протоколі ТСР. Показано основні чинники, які перешкоджають реалізації модернізацій у протоколі ТСР, причому найважливішим при цьому є необхідність зміни логіки функціонування модулів ТСР усіх елементів мережі. Розроблено структурну схему запропонованого модифікованого методу визначення, яка є розвитком методу Ван Джейкобсона. Запропоновано використовувати як метод аналізу ефекту ПП у з'єднаннях ТСР визначення показників якості раунду. Показано основні напрями модифікацій протоколу ТСР у мобільних мережах, причому застосування процедури ФКБ як оцінювання часу кругового обігу в даному випадку має значні переваги.
Таким чином, досягнуто мету дослідження, яка полягає в підвищенні продуктивності з`єднання ТСР за рахунок використання процедури оптимальної лінійної фільтрації Калмана-Б’юсі при модернізації методу управління тайм-аутом ПП протоколу ТСР.