Методи і засоби підвищення якості обслуговування в комп'ютерних мережах, що динамічно реконфігуруються

При виконанні умови включення v_i у домен, v_i підключається до домену, тобто починає виконуватися умова v_i D_i. У цьому випадку інтелектуальний агент, що виконує функції контролера домена, інформує всіх v_j D_i про новий член домена.

Якщо v_i не може бути включений хоча б в один з доменів D_j , він починає процедуру формування власного домена, оголошуючи себе контролером домена D_i.

За рахунок перерозподілу вузлів, що входять до складу суміжних з новим доменом, здійснюються динамічна реконфігурація мережі й оновлення таблиць маршрутизації.

Вихідними параметрами є наступні величини: ступінь початкової вершини нового домена (Head_NC); ступінь вузла при наявності декількох вузлів з однаковою кількістю зв'язків з вершинами даного домена; максимальний діаметр домена; максимальне число вузлів у домені.

У якості необхідної й достатньої умови вибору вузла v_i як контролера кластера D_j визначимо наступну умову:

D_j = {v_i (1- q(v_j))=max v_i W_j }. (7)

Аналогічним образом визначимо умову вибору АС v_i в якості моста m_i,j кластерами D_i і D_j:

m_i,j ={ v_i (1- q(v_j))=max v_i D_i D_j }. (8)

Вирази (7) і (8) забезпечують формування максимально стійкого дерева доставки інформації між доменами.

У п'ятому розділі з урахуванням особливостей організації передачі інформації в динамічно реконфігуруємих комп'ютерних мережах запропонований спосіб динамічної маршрутизації, що, у порівнянні з відомими алгоритмами маршрутизації, дозволяє при меншому об'ємі керуючого трафіка забезпечити необхідний рівень якості обслуговування. Це досягається за рахунок запропонованого в роботі способу формування найбільш стійкого маршруту, а також способу оптимізації структури доменів.

Розроблено структуру й алгоритми функціонування адаптивного комутатора, що підтримує архітектуру інтегрованих служб і забезпечує мінімальний час формування маршрутів передачі інформації за рахунок вибору інтелектуальним агентом у кожному конкретному випадку найбільш оптимального способу формування маршруту.

Розроблено спосіб реконфігурації віртуальних з'єднань на основі інтелектуальних агентів, що переміщаються, оптимальне місця розташування яких визначається на підставі отриманої в дисертаційній роботі залежності часової складності реконфігурації віртуальних з'єднань від структури віртуального з'єднання й місця розташування вузла, що здійснює реконфігурацію віртуального з'єднання.

Існує два основних способи реконфігурації шляху. Перший спосіб полягає в продовженні, а другий спосіб - у повній або частковій зміні вихідного шляху. У першому випадку часова складність ремаршрутизації мінімальна, але виникає загроза надмірного подовження шляху й появи петель у ньому. Реконфігурація шляху характеризується більшою часовою складності, але дозволяє сформувати оптимальний шлях. У зв'язку із цим оптимальне рішення необхідно шукати в сполученні процедури продовження маршруту з його оптимізацією шляхом реконфігурації.

Визначимо дану задачу в загальному вигляді. Нехай на навантаженому графі G(V, E) з множиною W={d_i,_je_i,_je} довжин ребер задана вихідна вершина v_s і лінійний підграф G₀ (V₀, E₀) з початковою вершиною v_m, кінцевою вершиною v_k і множиною W₀={d_i,_je_i,_je₀} довжин ребер. Підграф G₀(V₀, E₀) однозначно визначає мінімальний шлях L₀(v_m,v_k), довжина D₀ якого дорівнює:

Далі визначимо вершину v_c V₀ у якій закінчується шлях L_c(v_s,v_c). У загальному вигляді дана задача може бути сформульована в такий спосіб. Визначити вершину v_c V₀ у якої величина D_c =d(v_s,v_c) + max (d(v_s,v_c), d(v_s,v_c)) є мінімальною серед всіх величин (d_iv_iv₀).

L_c(v_s,v_c) = e_s,k +e_k,c.

Довжина цього шляху дорівнює d_s,m + d_m,c. У цьому випадку d_k= d_c і d_m> d_c.

Таким чином, величина D_c буде мінімальною при розташуванні вершини v_c на середині шляху L₀(v_m,v_k).

Середня вершина шляху визначається за умовою: серед всіх вершин v_iV₀ вибирається вершина v_c з мінімальним значенням _с =d(v_c,v_m) - d(v_c,v_k). У загальному випадку _с 0, тому що довжини ребер можуть бути різними.

Таким чином, формування дерева доставки повідомлень полягає в наступному:

Для вершин v_iV₀, що належать шляху L₀(v_m,v_k) обчислюються значення _i .

Серед вершин v_iV₀ вибирається вершина з мінімальним значенням _с.

Визначається мінімальний шлях L(v_s,v_c) між вершиною v_s джерелом і вершиною v_c.

При наявності вершин v_iV₀ і v_jV₀ з _{i j} в якості претендентів розглядаються обидві вершини. У цьому випадку вибирається вершина з мінімальною довжиною шляху L (v_s,v_c).

Через вершину v_c формуються шляхи L_c (v_s,v_m)= L (v_s,v_c) + L(v_c,v_m) і L_c (v_s,v_k)= L (v_s,v_c) + L(v_c,v_k).

Основним завданням ремаршрутизації є забезпечення швидкого безрозривного переключення віртуального з'єднання при мінімальному обсязі необхідної керуючої інформації. Це забезпечується за рахунок використання інтелектуальних агентів ремаршрутизації, кількість і місце розташування яких залежить від топології мережі й характеру переміщення мобільних вузлів. Ефективність оцінюється числом переходів, які необхідно пройти запиту, перш ніж він досягне шуканої інформації. Скорочення числа переходів може зменшити час затримки відповіді на запит, кількості спожитої енергії й збільшити пропускну здатність, внаслідок того, що менше вузлів будуть залучені в процес передачі запиту.

Задача оптимізації переключення віртуального шляху зведена до завдання визначення кількості й розташування домашніх агентів. У рамках дисертаційної роботи це досягається за рахунок використання мобільних інтелектуальних агентів, що представляють собою примітиви, розповсюджувані між вузлами мережі. За допомогою мобільних інтелектуальних агентів у певних вузлах мережі активізується агент реконфигурації й формується база даних маршрутної інформації. Мобільний інтелектуальний агент на основі запропонованого в рамках дисертаційної роботи алгоритму комутації віртуальних шляхів вибирає найбільш оптимальний маршрутизатор для розміщення маршрутної інформації й бази даних тимчасових адрес. При цьому для кожного тимчасового адресу визначається час його дії, по закінченню якого агент реконфігурації продовжує цей час або видаляє тимчасову адресу з бази даних. Тимчасовий агент реконфигурації порівнює адресу вхідного пакета й, при збігу його із записом у базі даних тимчасових адрес, здійснює заміну домашньої адреси вхідного пакета на тимчасову адресу. Таким чином, здійснюється реконфігурація віртуального з'єднання.

Висновки

У дисертаційній роботі вирішена важлива науково-технічна проблема розробки теорії комп'ютерних мереж з динамічно змінюваною структурою.

Для розв'язання цієї проблеми виявилося необхідним розробити математичні моделі й методики розрахунку часових параметрів комп'ютерної мережі, що динамічно реконфігурується, систему інтелектуального керування комп'ютерною мережею, метод формування оптимальної структури комп'ютерної мережі, ефективні способи й алгоритми маршрутизації, метод реконфігурації віртуальних з'єднань.

Розв'язання цієї проблеми досягнуто завдяки застосуванню теорії імовірності, графів, нечітких множин і комбінаторики. Методи теорії імовірності використовуються для побудови математичних моделей комп'ютерних мереж. Методи теорії графів, теорії нечітких множин і комбінаторики використовуються при розв'язанні задачі формування динамічної структури комп'ютерної мережі, задачі маршрутизації й реконфігурації віртуальних з'єднань.

Основні наукові й практичні результати роботи полягають у наступному:

Для об'єднаних комп'ютерних мереж запропоновано й обґрунтовано нові математичні моделі, що враховують фрактальний характер трафіка. Це дозволяє більш точно визначити такі параметри комутаційних вузлів, як час затримки передачі даних і розмір буфера, необхідний для передачі інформації без втрати пакетів.

Показано, що використання системи взаємодіючих між собою інтелектуальних агентів дозволяє підвищити ефективність функціонування мережі, що динамічно реконфігурується. Розроблено й досліджено метод керування комп'ютерною мережею, що динамічно реконфігурується, на основі віртуальної підмережі інтелектуальних агентів. Підвищення ефективності досягається за рахунок адаптації віртуальної підмережі інтелектуальних агентів до зміни топології комп'ютерної мережі й перерозподілу інформаційних потоків.

Ефективність керування трафіком значною мірою залежить від точності його прогнозування. Запропоновано й обґрунтовано спосіб керування трафіком, ефективність якого визначається обліком фрактального характеру трафіка в сучасних комп'ютерних мережах.

Час реконфігурації віртуального з'єднання залежить від місця розташування інтелектуального агента, що здійснює реконфігурацію віртуального з'єднання. Запропоновано й розроблено метод реконфігурації віртуальних з'єднань на основі інтелектуальних агентів, що переміщуються, місце розташування яких вибирається з урахуванням мінімального часу реконфігурації.

Ефективність віртуальних з'єднань значною мірою залежить від їхньої стійкості. З обліком цього розроблено і досліджено метод формування стійких віртуальних з'єднань. Ефективність процесу передачі інформації з віртуального з'єднання збільшується за рахунок зменшення ймовірності його реконфігурації.

Запропоновано й розроблено спосіб організації, формування й відновлення маршрутної інформації, що дозволяє за рахунок оптимального розподілу маршрутної інформації в мережі, що динамічно реконфігурується, скоротити час ремаршрутизації.

Розроблено алгоритм динамічної маршрутизації, що, у порівнянні з відомими алгоритмами маршрутизації, дозволяє при меншому обсязі керуючого трафіка забезпечити необхідний рівень якості обслуговування. Це досягається за рахунок запропонованого в роботі способу оптимізації структури доменів.

Розроблено структуру й алгоритми функціонування адаптивного комутатора, що підтримує архітектуру інтегрованих служб і забезпечує мінімальний час формування маршрутів передачі інформації за рахунок вибору інтелектуальним агентом у кожному конкретному випадку способу формування маршруту, близького до оптимального.

Із практичної точки зору, отримані в роботі результати, дозволяють підвищити ефективність функціонування комп'ютерних мереж, що динамічно реконфігурується, за рахунок вибору оптимальної структури мереж й ефективного алгоритму організації й керування передачею інформації.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Кулаков Ю.О. Спосіб попередньої оцінки інтенсивності потоків в мережах // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. - Хмельницкий, 1998. - № 1. - С. 154-156.

2. Кулаков Ю.А. Синтез вычислительных сетей управления производством // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. - Хмельницкий, 1998. - № 1. - С. 129-132.

3. Кулаков Ю.О. Застосування методу гілок та меж для синтезу лінійної топології комп'ютерної мережі. // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. - Хмельницкий, 1998. - № 2. - С. 115-118.

4. Кулаков Ю.О. Синтез комп'ютерних мереж керування виробництвом // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах.- Хмельницкий, 1998. - № 2. - С. 29-32.

5. Кулаков Ю.А. Метод синтеза компьютерной сети древовидной структуры // Реєстрація, зберігання і обробка даних. - Київ, 1999. - № 1. - С. 66-74.

6. Кулаков Ю.А. Способ повышения эффективности управления в сетях АТМ // Вісник національного технічного університету України “КПІ”. Інформатика, управління та обчислювальна техніка. - Київ, 1999. - № 32. -С. 84-89.

7. Кулаков Ю.А. Метод синтеза структурированной кабельной системы корпоративной сети // Вісник національного технічного університету України “КПІ”. Інформатика, управління та обчислювальна техніка. - Київ, 2000. - № 33. - С. 126-130.

8. Кулаков Ю.А. Маршрутизация мультимедийных данных в корпоративных сетях // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. - Хмельницкий, 2000. - № 7. - С. 177-181.

9. Кулаков Ю.А., Способ повышения эффективности доставки сообщений в мобильной компьютерной сети // Вісник національного технічного університету України “КПІ”. Інформатика, управління та обчислювальна техніка. - Київ, 2002. - № 38. - С. 99-105.

10. Кулаков Ю.А., Урбанский В.В. Синтез структуры системы управления технологическими процессами. / // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах, збірник наукових праць. - Хмельницкий, 1998. - № 1. - С. 125-128. - автором запропоновано метод синтезу системи керування.

11. Кулаков Ю.А., Ахмед Али Аль-Зуби. Реализация протокола множественного доступа в оптоволоконных сетях // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. - Хмельницкий, 1998.- № 1. - С. 151-154. - автором запропоновано метод доступу до передавального середовища.

12. Луцький Г.М., Кулаков Ю.О. Комбінаторний метод синтезу структури корпоративної мережі // Наукові вісти НТУУ ”КПІ”. - Київ. - 1998. - № 2. -С. 52-57. - автором запропоновано метод синтезу структури комп'ютерної мережі.

13. Кулаков Ю.А., Эль-Хуссейн Касам Мустафа. Определение минимального подмножества сочленения структуры компьютерной сети // Вісник національного технічного університету України “КПІ”. Інформатика, управління та обчислювальна техніка. - Київ, 1998. - № 31. - С. 128-134. - автором запропоновано спосіб розбиття комп'ютерної мережі на підмережі з мінімальним міжмережевим потоком.

14. Кулаков Ю.О., Омелянський С.В. Аналіз методів організації віртуальних каналів в комп'ютерних мережах. // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. - Хмельницький, 1998. - № 2. - С. 110-115. - автором запропоновано метод організації віртуальних каналів в мобільних комп'ютерних мережах.

15. Кулаков Ю.А., Ахмед Али Аль-Зуби. Процедура доступа к передающей среде на основе организации логических каналов // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. - Хмельницкий, 1999. - № 2. - С. 145-148. - автором запропоновано процедуру доступу до передавального середовища.

16. Кулаков Ю.А., Хальдун Бесуль. Алгоритмы маршрутизации мультимедийных данных в компьютерных сетях // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. - Хмельницкий, 1999. - № 4. - 104-108. - автором запропоновано спосіб маршрутизації в комп'ютерних мережах.

17. Кулаков Ю.О., Левицький Ю.М., Абу Ара Махмуд Малик. Підвищення ефективності обробки інформації в комутаційних вузлах глобальних мереж // Наукові вісти НТУУ ”КПІ”. - Київ,1999. - № 2. - С. 56-61. - автором запропоновано спосіб підвищення ефективності функціонування вузлів комутації.

18. Кулаков Ю.А., Халдун Бесуль. Комбінаторній способ маршрутизации мультимедийных даннях в компьютерных сетях // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. - Хмельницкий, 2000. - № 1. - С. 88-90. - автором запропоновано спосіб маршрутизації в комп'ютерних мережах.

19. Кулаков Ю.А.. Асад Махмуд Асад Аль Насер. Метод маршрутизации на основе использования модифицированной нейронной сети ДЭБ // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. - Хмельницкий, 2000. - № 4. - С. 95-98. - автором запропоновано спосіб визначення маршрутів.

20. Кулаков Ю.А., Халдун Бесуль Задача разбиения multicast групп // Вісник національного технічного університету України “КПІ”. Інформатика, управління та обчислювальна техніка. - Київ, 2000. - № 35. - С. 26-30. - автором запропоновано спосіб розбивання груп багатоабонентської доставки інформації.

21. Кулаков Ю. А., Хальдун Бесуль. Стахостическая модель задержек блоков данных в коммутационных узлах. // Вісник національного технічного університету України “КПІ”. Інформатика, управління та обчислювальна техніка. - 2000. - № 34. - С. 26-30. - автором запропоновано модель розрахунку часових параметрів коммунікаційних вузлів комп'ютерної мережі.

22. Кулаков Ю.А., Аб-Альхаиджа Муаффаг, Аль Фавар Аль Файяд Адель. Алгоритм маршрутизации мультимедийных данных в компьютерных сетях // Измерительная и вычислительная техника в технологических процессах. - Хмельницький, 2000. - № 3. - С. 98-102. - автором запропоновано спосіб формування маршрутної інформації.

23. Кулаков Ю.А., Муаффаг Ахмед Абдул-Рахман Абу-Алхайжа, Асад Махмуд Асад Аль Насер. Управление трафиком в беспроводных сетях АТМ // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. - Хмельницкий, 2001. - № 4. - С. 99-104. - автором запропоновано спосіб управління трафіком в мобільних мережах.

24. Кулаков Ю.А., Асад Махмуд Асад Аль Насер, Муаффаг Ахмед Абдул-Рахман Абу-Алхайжа. Анализ протоков маршрутизации в беспроводных компьютерных сетях // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. - Хмельницький, 2002. - № 1. - С. 92-98. - автором запропоновано новий спосіб аналізу протоколів маршрутизації в мобільних мережах.

25. Кулаков Ю.А., Муаффаг Ахмед Абдул-Рахман Абу-Алхайжа. Профиль протоколов беспроводной сети АТМ // Вісник Технологічного університету Поділля. - Хмельницький, 2002. - № 5. - Ч. 1. - С. 105-109. - автором запропоновано структуру стека протоколів для мобільної мережі АТМ.

26. Кулаков Ю.А, Муаффаг Ахмед Абдул-Рахман Абу-Алхайжа, Авдеев В.А. Алгоритм построения дерева доставки сообщений в мобильной компьютерной сети // Вісник національного технічного університету України “КПІ”. Інформатика, управління та обчислювальна техніка. - Київ, 2002. - № 37. - С. 92-97. - автором запропоновано спосіб формування дерева доставки повідомлень в комп'ютерних мережах.

27. Кулаков Ю.А., Гайдукова Л., Халиль Х.А. Аль Шкерат. Способы повышения эффективности качества обслуживания (QoS) в многофункциональных сетях // Вісник національного технічного університету України “КПІ”. Інформатика, управління та обчислювальна техніка. - Київ, 2002. - № 39. - С. 132-141. - автором запропоновано спосіб підвищення якості обслуговування в сучасних комп'ютерних мережах.

28. Кулаков Ю.А., Аль-Офейшат Хусейн Ахмед Ал-Фади. Анализ влияния структуры дерева путей на временную сложность ремаршрутизации в мобильных сетях // Вісник національного технічного університету України “КПІ”. Інформатика, управління та обчислювальна техніка. - 2003. - № 40 -С. 106-113. - автором запропоновано спосіб аналізу впливу структури дерева маршрутів на часову складність процедури ремаршрутизації.

29. Кулаков Ю.А., Левицкий Ю.Н. Анализ временных характеристик неоднородных вычислительных сетей // Моделювання та інформаційні технології. Збірник наукових праць ІПМЄ НАН України. - Київ. - 2003. Вип.. 21. - С. 93-101.- автором запропоновано метод аналізу тимчасових характеристик об'єднаних мереж.

30. Кулаков Ю.О., Чубін І.М. Алгоритм розв'язування імені агентом системи імен Рейзера // Наукові вісти НТУУ ”КПІ”. - Київ. - 2004. - № 5. - С. 57-60. - автором запропоновано метод формування імен у комп'ютерній мережі.

31. Yurij A. Kulakov. Analysis Combinatorial Method of Global Networks Structure Coherence // Systemy Komputerowe i Sieci. Materialy. Miedzynarodowej Konferecji Naukowej, Rzeszow, 26-27 czerwca Nr1, 1997. - Р. 27-38.

32. Yurij A. Kulakov, Kasam Mustafa Al-Hussein. Estimation of average waiting time in high-speed local networks with tree topology // Systemy Komputerowe i Sieci. Materialy Miedzynarodowej Konferecji Naukowej, Rzeszow, 26-27 czerwca, Nr1, 1997. - Р. 109-118. - автором запропоновано метод синтезу локальної мережі.

33. Yurij A. Kulakov, Sergey Omelyansky. Methods of trading service for computer networks // Systemy Komputerowe i Sieci. Materialy Miedzynarodowej Konferecji Naukowej. Rzeszow, Nr1, 1997. - Р. 53-64. - автором запропоновано метод підвищення якості обслуговування в комп'ютерних мережах.

34. Kulakov Y.A. Application of branch and bound method for Linear topology synthesis of computer networks // Systemy Komputerowe i Sieci. Materialy Miedzynarodowej Konferecji Naukowej, Rzeszow, Nr 6, 1998. - Р. 211-215.

35. Yurij A. Kulakov, Vladimir V. Ordynskyy, Yurij N. Levitsky. Technique and software tools for collecting of network connections statistics // Systemy Komputerowe i Sieci. Materialy Miedzynarodowej Konferecji Naukowej, Rzeszow, Nr 7, 1998. - Р. 135-142. - автором запропоновано метод синтезу локальної мережі.

36. Kulakov Y.A., Ahmed Al-Zubi. Mathematical models of efficiency evaluation of ring networks // Systemy Komputerowe i Sieci. - 1998. - № 6. - Р. 201-209. - автором запропоновано модель локальної мережі.

37. Кулаков Ю.А., Абу-Алхайжа Муаффаг, Аль Файяд Адель. Способ групповой маршрутизации мультимедийных данных в компьютерных сетях // Праці другої міжнародної науково-практичної конференції "Современные информационные и электронные технологи". - Одеса (Україна). - 2001. - С. 168. - автором запропоновано спосіб маршрутизації в комп'ютерних мережах.

38. Кулаков Ю.А., Маффаг Ахмед Абдул-Рахман Абу-Альхайжа. Протоколы многоабонентской доставки сообщений в беспроводных компьютерных сетях // Праці IX науково-технічній конференції “Измерительная и вычислительная техника в технологических процессах”. -Хмельницьк. - 2002. - С. 129-132. - автором запропоновано спосіб багатоабонентської маршрутизації в комп'ютерних мережах.

39. Кулаков Ю.А., Аль-Офейшат Хусейн Ахмед Ал-Фади, Халиль Х. А. Аль-Шкерат. Способы повышения эффективности виртуальных соединений в мобильных компьютерных сетях // Труды четвертой международной научно-практической конференции "Современные информационные и электронные технологии" (19-23 мая 2003 г. г. Одесса. Украина). - 2003. - С. 138. - автором запропоновано алгоритм підвищення ефективності віртуальних з'єднань.

40. Кулаков Ю.А., Аль-Офейшат Хусейн Ахмед Ал-Фади, Халіль Х. А. Аль Шкерат. Обеспечение требуемого качества обслуживания в мобильных сетях // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах: збірник матеріалів конференції (28-31 травня 2003р. м. Хмельницький). - 2003. - Вип.. № 10. - С. 8. - автором запропоновано засіб забезпечення заданої якості обслуговування.

41. Ю.А. Кулаков, Аль-Офейшат Хусейн Ахмед Ал-Фади, Аль Рабабах Мохамед Абдель-Кадер. Способ адаптивной маршрутизации в мобильных компьютерных сетях. // Труды пятой международной научно-практической конференции "Современные информационные и электронные технологии" (17-21 мая 2004 г. г. Одесса. Украина). - 2004. - С. 102. - автором запропоновано засіб адаптивної маршрутизаці.

42. Ю.А. Кулаков, Мухамед Ель Амин Бабикер, Рамессар Сурийур Кумар. Адаптивный распределенный алгоритм формирования кластеров в мобильных сетях // Труды шестой международной научно-практической конференции "Современные информационные и электронные технологии" (23-27 мая 2005 г. г. Одесса. Украина). - 2005. - С. 158. - автором запропоновано метод формування кластерів.

Размещено на Allbest.ru