Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти i науки України

Харківський національний університет радіоелектроніки

УДК 004.728.5.057.4

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Методи та засоби підвищення оперативності передачі даних у мультисервісних мережах

05.13.05 - Комп'ютерні системи та компоненти

Коваленко Андрій Анатолійович

Харків 2008

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Дисертаційна робота присвячена розробці методу підвищення оперативності передачі даних у гетерогенних мультисервісних мережах з використанням сучасного транспортного протоколу ТСР (Transmission Control Protocol - протокол управління передачею даних та його перспективних модифікацій). В Україні такі мережі використовуються скрізь: у великих та малих наукових центрах, освіті, практично на кожному підприємстві, у приватних користувачів, у військовій та космічній галузях, у зв'язку та промисловості. Сьогодні продовжується досить стрімкий розвиток комунікаційних мереж передачі даних, але, незважаючи на це, їх можливостей ще й досі часто замало для передачі необхідної кількості трафіку у визначений термін.

Дотепер ще недостатньо досліджені властивості параметрів процесу передачі даних сучасних транспортних протоколів, а також методи підвищення оперативності, які б враховували вплив різноманітних факторів і типів трафіку, що потрібно для забезпечення гарантованої пропорційності розподілу доступних ресурсів мережі та необхідної якості обслуговування користувачів.

Таким чином, підвищення оперативності передачі даних з урахуванням характеристик типів трафіку поряд зі впливом зовнішніх факторів та гетерогенністю структури мережі є актуальним науковим завданням. Задачі, які виникають під час вирішення таких питань, і обумовили напрямок досліджень, які були проведені у цій роботі.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана в рамках розділу держбюджетної теми Д/Б № 214-3 «Гібридні моделі з самонавчанням у задачах обробки нечіткої інформації» (тема Д/Б № 214 «Синтез методів обробки інформації за умов невизначеності на основі самонавчання та м'яких обчислень»), що виконувалися у ХНУРЕ, в яких автор брав участь як виконавець.

Мета та задачі досліджень. Мета роботи полягає у розробці методів та засобів підвищення оперативності передачі даних на основі більш пропорційного розподілу смуги пропускання каналу передачі даних, зменшення часу передачі пакету даних та кількості втрат пакетів. Для досягнення поставленої мети запропоновано вирішити такі основні задачі:

1. Розвинути метод параметричного управління передачею даних на основі протоколу ТСР Vegas для збільшення його пропускної здатності та пропорційності розподілу доступних ресурсів у гетерогенній мережі.

2. Удосконалити розширену модель фрактального телекомунікаційного трафіку для критичної ділянки мультисервісної високошвидкісної мережі передачі даних.

3. Розробити метод прогнозування фрактального трафіку, що має довгочасну залежність, який дозволяє проводити прогнозування поведінки його інтенсивності у наступний інтервал часу.

4. Розробити метод предиктивного управління передачею даних, який базується на методі прогнозування фрактального трафіку, що дозволить збільшити оперативність передачі даних та зменшити кількість втрачених даних у мережі.

5. Розробити програмні засоби, що реалізують розроблені методи підвищення оперативності передачі даних.

Об'єктом дослідження в роботі є процес передачі даних у гетерогенній мультисервісній мережі передачі даних.

Предметом дослідження в роботі є методи підвищення оперативності передачі даних у мультисервісних мережах, які дозволяють збільшити пропускну здатність.

Методи дослідження. На етапі дослідження характеристик процесу передачі даних та існуючих методів управління передачею даних у комп'ютерних мережах були використані теорія масового обслуговування та теорія інформації. Розробка моделі процесу передачі даних базувалася на використанні теорії масового обслуговування, теорії інформації, теорії графів та теорії ймовірності. Розробка методу управління швидкістю передачі інформаційних потоків і методу предиктивного управління для каналу, який є критичною ділянкою маршруту у мережі передачі даних, базувалася на теорії інформації та теорії ймовірності.

Наукова новизна отриманих результатів. У ході вирішення поставлених задач були отримані такі наукові результати.

1. Вперше розроблено метод прогнозування фрактального трафіку, який враховує масштабну інваріантність статистичних характеристик трафіку, що дозволяє проводити прогнозування поведінки його інтенсивності у наступний інтервал часу.

2. Вперше розроблено метод предиктивного управління передачею даних, який характеризується використанням результатів прогнозування поведінки фрактального трафіку та надає можливість зменшити час передачі даних та кількість втрат під час передачі у гетерогенному мережевому середовищі, що дозволяє підвищити оперативність передачі даних.

3. Удосконалено розширену ON/OFF-модель трафіку для критичної ділянки мережі передачі даних, яка, на відміну від існуючих, враховує ієрархічну структуру ON-періодів активності об'єднаного трафіку, а також динаміку зміни швидкості передачі, що заснована на зворотньому зв'язку між одержувачем і джерелом, та дозволяє більш адекватно відображати статистичні характеристики фрактальних процесів реальних трафіків.

4. Набув подальшого розвитку метод параметричного управління передачею даних, який використовується у протоколі ТСР Vegas, та, на відміну від існуючих аналогів, дозволяє змінювати параметри управління процесом передачі даних у залежності від завантаження мережі, що дає можливість досягти збільшення пропускної здатності протоколу.

Практичне значення отриманих результатів. Розроблені в дисертаційній роботі модель фрактального трафіку, методи предиктивного та параметричного управління передачею даних призначені для підвищення ефективності управління процесом передачі даних у високошвидкісних мультисервісних мережах. Зазначені модель та методи доведені до рівня алгоритмів і програмних засобів управління процесом запобігання перевантажень під час передачі даних у реальному часі.

Розроблені та досліджені моделі транспортних протоколів передачі даних, методи управління процесом передачі даних були використані у ТОВ «Софтсервіс» під час розробки нових алгоритмів та програмного забезпечення для підвищення ефективності функціонування існуючих мультисервісних мереж (акт впровадження від 01.10.2007 р.).

Теоретичні результати дисертації були використані у навчальному процесі на кафедрі ЕОМ Харківського національного університету радіоелектроніки під час підготовки курсів „Корпоративні комп'ютерні мережі” та „Комп'ютерні мережі”, а також у курсовому та дипломному проектуванні (акт впровадження від 25.04.2007 р.).

Особистий внесок здобувача. У роботах, написаних у співавторстві, здобувачу належать: у [5] - розвиток розширеної ON/OFF моделі телекомунікаційного трафіку, яка достатньо повно відповідає протоколам ієрархії протоколів IP мереж; у [6, 8] - метод управління передачею даних, який враховує фрактальність трафіку та має можливість прогнозування його майбутньої поведінки; в [9] - метод параметричного управління процесом передачі даних на основі протоколу TCP Vegas; у [1, 2, 4] - аналіз сучасного стану та перспектив розвитку методів і засобів управління процесом передачі даних у мультисервісних мережах; у [3] - аналіз протоколу транспортного рівня TCP Vegas. Всі співавтори з особистим внеском здобувача згодні.

Апробація отриманих результатів. Основні результати дисертаційної роботи доповідалися й обговорювалися на 6-му, 7-му, 8-му, 9-му, 10-му (Ювілейному), 11-му Міжнародних молодіжних форумах «Радіоелектроніка та молодь у ХХІ столітті» (ХНУРЕ, м. Харків 23-25 квітня 2002 р., 22-24 квітня 2003 р., 13-15 квітня 2004 р., 19-21 квітня 2005 р., квітень 2006 р., квітень 2007 р.), 7-й, 8-й, 9-й, 10-й Ювілейній Міжнародних наукових конференціях «Теорія і техніка передачі, прийому й обробки інформації» (ХНУРЕ, м. Харків, 1-4 жовтня 2001 р., 17-19 вересня 2002 р., 7-10 жовтня 2003 р., 28 вересня - 1 жовтня 2004 р.), 2-му Міжнародному радіоелектронному форумі «Прикладна радіоелектроніка. Стан та перспективи розвитку» МРФ-2005 (ХНУРЕ, м. Харків, 19-23 вересня 2005 р.), 6-й міжнародній науковій конференції «Освіта та віртуальність» (2002 р.), on Proceeding of the 3nd East-West Design&Test Workshop (Odessa, 2005), XV-й міжнародній науково-практичній конференції «Інформаційні технології: наука, техніка, технологія, освіта, здоров'я» (НТУ «ХПІ», м. Харків, 17-18 травня 2007 р.), ІІ-й міжнародній науковій конференції «Сучасні інформаційні системи. Проблеми та тенденції розвитку» (ХНУРЕ, м. Харків, 2-5 жовтня 2007 р.), 7-й міжнародній науково-технічній конференції «Проблеми інформатики і моделювання» (НТУ «ХПІ», м. Харків, 29 листопада - 1 грудня 2007 р.). Модулі, у яких втілені розроблені в дисертаційній роботі моделі та методи, були представлені на виставках різного рівня та впроваджені у виробництво.

Публікації. За тематикою роботи опубліковано 25 друкованих праць, у тому числі 9 статей (9 у виданнях, затверджених ВАК України), 8 зі співавторами, 16 тез доповідей на конференціях та форумах міжнародного рівня (5 без співавторів).

Структура і обсяг дисертаційної роботи. Дисертаційна робота складається зі вступу, п'яти розділів, висновків, списку використаних джерел із 135 найменувань та восьми додатків. Обсяг дисертації складає 138 сторінок основного тексту, містить 63 рисунки (у тому числі 40 на окремих сторінках), 4 таблиці.

Основний зміст роботи

У першому розділі проведений аналіз основних наукових досягнень та розглянутий загальний стан галузі розвитку мультисервісних мереж і засобів передачі даних на Україні, наведено сфери їх застосування і проведено їх огляд.

Можливими причинами, які викликають перевантаження та втрати пакетів у мережах передачі даних, виявлені такі: високошвидкісні з'єднання з великим часом передачі пакетів; тимчасові перевантаження; неоптимальні топології та неузгоджені швидкості каналів; протоколи, які незначно знижують швидкість відправки пакетів до мережі при виникненні перевантаження.

Сформульовано вимоги до критеріїв процесу управління передачею даних: пропускна здатність, стабільність, широкий діапазон адаптивності та пропорційність розподілу доступних ресурсів мережі передачі даних. Розглянуто існуючі типи методів управління передачею даних та модифікації протоколу управління передачею даних (ТСР).

Оперативність передачі даних характеризується здатністю вузлів мережі передачі даних виконувати свої функції у режимі реального часу та характеризується загальним часом передачі пакетів даних Tобщ. Критерієм оперативності обміну інформацією у мережі передачі даних є час передачі пакету даних TR по маршруту.

Визначено, що методи управління передачею даних, які використовуються в сучасних протоколах, мають особливості, які призводять до розвитку фрактального характеру трафіку у мультисервісних мережах. Обґрунтовано необхідність подальшого розвитку методів і засобів передачі даних для урахування характеру трафіку та збільшення їх пропускної здатності. Сформульовано та обґрунтовано мету та задачі наукових досліджень, що були виконані в дисертаційній роботі.

У другому розділі запропоновано удосконалення методу параметричного управління передачею даних, що застосовується у протоколі TCP Vegas, досліджено його сумісність з методами, які застосовані у розповсюдженій модифікації протоколу ТСР Reno, та взаємодію з фоновим трафіком.

Сформульовані основні принципи методу параметричного управління передачею даних, застосованому у протоколі ТСР Vegas.

Був запропонований модифікований алгоритм управління передачею даних та сформульований метод параметричного управління передачею даних.

У третьому розділі удосконалено розширену ON/OFF-модель трафіку, розроблено метод прогнозування фрактального трафіку та метод предиктивного управління передачею даних на основі масштабної інваріантності трафіку. Досліджено характерні особливості телекомунікаційного трафіку мереж передачі даних. Проведено класифікацію моделей фрактальних процесів і визначено множину основних параметрів процесів передачі даних.

Удосконалено розширену ON/OFF-модель трафіку для критичної ділянки мережі передачі даних за рахунок урахування ієрархічної структури ON-періодів активності об'єднаного трафіку N джерел. Кожен період ON складається з декількох менших активних періодів «Рівень-1» і пауз, які призначені для врахування функціонування протоколу на інших його рівнях. Кожен період «Рівень-1» складається з менших активних періодів «Рівень-2» та менших пауз тощо.

Оскільки агрегований трафік складається з масштабно незалежних окремих джерел з наведеною автокореляційною функцією, то і автокореляційна функція агрегованого трафіку має аналогічну залежність.

На основі отриманих виразів була побудована схема імітаційного моделювання процесу передачі даних у середовищі «Matlab 7.1». Отримані процеси відповідають теоретичним даним та адекватно відображають статистичні характеристики фрактальних процесів реальних трафиків. Критерієм наявності властивостей фрактальності в реальному телекомунікаційному трафіку прийнято значення показника Херста .

На основі аналізу автокореляційної функції та зміни дисперсії було встановлено, що параметр Херста для запропонованої моделі приймає значення , що кількісно узгоджується з результатами теоретичних та експериментальних досліджень, отриманих іншими авторами.

Показано, що запропонована модель, на відміну від існуючих аналогів, в середньому на 20 % (за методом найменших квадратів) ближче до статистичних характеристик реального трафіку на вході каналу. Наведені результати дозволили визначити параметри процесу передачі даних та перейти до розгляду методу прогнозування фрактального трафіку та методу предиктивного управління передачею даних на основі його масштабної інваріантності.

Далі вперше запропоновано метод предиктивного управління передачею даних на основі масштабної інваріантності трафіку, який базується на пропорційному розподілі доступної смуги пропускання критичної ділянки мережі передачі даних між одночасно існуючими потоками на основі вдосконаленої розширеної ON/OFF-моделі трафіку. Відмінністю цього методу є те, що з урахуванням обмеженої пропускної здатності критичної ділянки, за допомогою прогнозування, точка розподілу забезпечує пропорційний перерозподіл смуги пропускання.

Розглянемо метод прогнозування фрактального трафіку. Нехай - пропускна здатність критичної ділянки, - смуга пропускання критичної ділянки, надана фоновому трафіку,- смуга пропускання критичної ділянки, надана з'єднанню; - початковий (у момент часу ) реальний розподіл смуги пропускання критичної ділянки за умовою. Пошук точок розподілу потоків в існуючих методах здійснюється послідовною зміною фаз адитивного збільшення швидкості передачі та швидкого зменшення при втраті пакету призводить до непропорційного розподілу смуги пропускання. Після виконання прогнозування з'єднання ТСР визначає свою точку розподілу та змінює розмір плаваючого вікна для швидкого досягнення цієї точки.

Запропонований метод передбачає знаходження точки розподілу на основі прогнозування значень інтенсивності об'єднаних потоків даних на вході критичної ділянки. Для цього проводиться аналіз статистичних характеристик вхідних потоків та їх перевірка на наявність властивостей фрактальності за допомогою розрахунку значення параметру Херста. Виходячи з того, що дисперсія потоку з рівнем агрегування еквівалентна степеневій функції, параметр Херста розраховується за виразом:.

Якщо для заданого інформаційного потоку у визначений момент часу значення показника Херста вказує на наявність фрактальності, то проводиться прогнозування трафіку з використанням розробленої вдосконаленої розширеної ON/OFF-моделі трафіку на вході критичної ділянки мережі передачі даних, інакше застосовується метод параметричного управління, який запропоновано у попередньому розділі.

Прогнозування в процесі пошуку робочої точки зменшує кількість ітерацій, які супроводжуються втратою пакетів даних. В умовах критичної ділянки забезпечується проходження більшого обсягу пакетів. Це дає можливість зменшити кількість втрат пакетів, отримати оптимальний розподіл обчислювального ресурсу між всіма існуючими з'єднаннями і стабільність функціонування алгоритму управління перевантаженнями.

Було розглянуто щільність розподілу ймовірностей переходів з одного рівня квантування на інший, відповідно до якої прогнозуються порогові значення пропускної здатності, достатньої для передачі трафіку з інтенсивністю . Таким чином, розроблено метод прогнозування інтенсивності трафіку на інтервал часу вперед. Знаючи інтенсивність вхідних потоків на критичній ділянці мережі передачі даних, можна здійснити перерозподіл існуючої смуги пропускання.

Наступним етапом у розділі запропоновано метод предиктивного управління передачею даних, у якому зменшується час передачі пакету даних на критичній ділянці мережі передачі даних за рахунок більш раціонального використання смуги пропускання при виявленні властивостей фрактальності потоків трафіку.

Розроблено метод предиктивного управління передачею даних для підвищення оперативності обміну інформацією, який дозволяє зменшити час передачі пакета даних і містить у своєму складі запропоновані модель та методи.

У четвертому розділі проведено дослідження розробленої моделі трафіку у каналі при обмеженні пропускної здатності кожного активного з'єднання, та експериментальні дослідження реального телекомунікаційного трафіку.

Дослідження моделей трафіку проводилось для моделі ансамблю джерел трафіку та для запропонованих об'єднаної ON/OFF моделі та моделі ON/OFF, яка враховує статистичний характер джерел.

Після початкової статистичної обробки процесів було проведено дослідження автокореляційних функцій.

При агрегуванні статистичні характеристики практично не змінюються. Значення показника Херста, які були оцінені згідно з описаним методом, заснованим на аналізі логарифмічного графіка автокореляційної функції, практично рівнозначні для усіх значень інтервалу агрегування і лежать у межах H(0,65<H<1).

Аналіз визначення дисперсії в логарифмічному масштабі показав, що параметр Херста для моделі ансамблю джерел трафіку приймає значення , що відрізняється від оцінки за методом аналізу автокореляційної функції не більш ніж на 1…4 %. Це дає підстави вважати, що оцінку параметра проведено вірно.

Аналогічні дослідження були проведені і для процесів, які формуються об'єднаною ON/OFF моделлю та моделлю ON/OFF, яка враховує статистичний характер джерел. Характер автокореляційної функції останньої моделі ближче до автокореляційної функції реальних трафіків.

Таким чином, було встановлено, що реальний телекомунікаційний трафік має фрактальні властивості, показник Херста, отриманий різними способами, знаходиться в межах H = 0,82 - 0,84 і характер його розподілу можна з високою точністю апроксимувати за допомогою закону розподілу Парето з параметрами y = 1,1, k = 20.

У п'ятому розділі проведено експериментальні дослідження методу параметричного управління передачею даних та імітаційної моделі прогнозування трафіку.

Згідно з результатами моделювання, запропонований метод параметричного управління передачею даних дозволив досягти більш пропорційного розподілу ресурсів мережі між з'єднаннями різними модифікаціями протоколів TCP і фоновим трафіком. Це призвело до збільшення ефективності протоколу TCP Vegas приблизно на 23 %, яке досить добре узгоджується з теоретичними дослідженнями.

Наступним етапом було проведення порівняльного аналізу статистичних характеристик реального трафіку та процесу передачі даних, отриманого за допомогою вдосконаленої моделі.

В результаті експериментального дослідження реального телекомунікаційного трафіку встановлено, що він має фрактальні властивості. Показник Херста, отриманий різними методами, знаходиться в межах. Встановлено, що для значення показника Херста з ймовірністю 0,7 - 0,85 можна передбачити характер поведінки трафіка за значенням рівня квантування в попередній період часу. Оскільки тестовий процес характеризується показником Херста, то графіки щільності розподілу ймовірності рівномірно розподілені за всіма рівнями квантування і прогнозування такого трафіку неможливе. Таким чином, експериментально доведено, що прогнозування можливе саме для фрактального трафіку і не має сенсу при традиційній Пуасонівській моделі телекомунікаційного трафіку.

Результати порівняння застосування запропонованого та існуючого методу перерозподілу обчислювального ресурсу наведені в табл. 1.

Таблиця 1. Результати теоретичних розрахунків та імітаційного моделювання

Умови розрахунків	Час спостереження, с	Розмір пакета, біт	Середнє значення , біт/с	Втрати, пакети	Час затримки, мс
Теоретичні розрахунки
Reno	1000	1536	1562,5	1743	615
Розроблений метод	1000	1536	1562,5	1429	492
Виграш, %				18	20
Імітаційне моделювання
Reno	1000	1536	1562,5	1745-1784	610…620
Розроблений метод	1000	1536	1600	1447...1456	500...505
Виграш, %				17-19	18-22

підвищення оперативність передача дані

Як видно з результатів дослідження, застосування розробленого методу перерозподілу обчислювального ресурсу критичної ділянки мережі передачі даних приблизно в 1,2 рази зменшує час передачі пакету даних на критичній ділянці з обмеженою пропускною здатністю та на 18 % знижує кількість втрачених пакетів даних.

Висновки

У дисертаційній роботі наведено результати, які, у відповідності з метою дослідження, в сукупності є розв'язанням актуальних науково-практичних задач, пов'язаних з управлінням оперативністю процесу передачі даних у реальному часі.

Розв'язання цієї задачі полягає в застосуванні розроблених методів та має велике наукове та практичне значення. У результаті виконання роботи отримано такі результати:

1. Набув подальшого розвитку метод параметричного управління передачею даних, який використовується у протоколі ТСР Vegas, що дозволило досягати на 23% більших значень пропускної здатності, ніж в існуючих методах. Такий розвиток призвів до збільшення як пропорційності розподілу доступних ресурсів мережі, так і сумісності з іншими потоками трафіку в гетерогенному середовищі.

2. Удосконалено розширену ON/OFF-модель трафіку для критичної ділянки мережі передачі даних, яка відрізняється від аналогів тим, що в ній враховується ієрархічна структура ON-періодів активності об'єднаного трафіку, а також динаміка зміни швидкості передачі, заснована на зворотному зв'язку між одержувачем і джерелом. Показано, що удосконалена модель, на відміну від існуючих аналогів, до 20 % ближче до статистичних характеристик реального трафіку.

3. Вперше розроблений метод прогнозування фрактального трафіку, який враховує масштабну інваріантність статистичних характеристик трафіку, що дозволяє з ймовірністю 0,7 - 0,85 проводити прогнозування поведінки його інтенсивності у наступний інтервал часу.

4. Вперше розроблений метод предиктивного управління передачею даних, який характеризується використанням результатів прогнозування поведінки фрактального трафіку, що дає можливість зменшити час передачі даних до 20 % та кількість втрат до 18 % під час передачі у гетерогенному мережевому середовищі.

5. Запропоновані моделі транспортних протоколів передачі даних і прогнозування трафіку були використані у ТОВ «Софтсервіс» (м. Харків) під час розробки нових засобів підвищення оперативності передачі даних для мультисервісних мереж, що підтверджено актом впровадження.

6. Теоретичні результати роботи використовуються у навчальному процесі на кафедрі ЕОМ ХНУРЕ у курсах „Корпоративні комп'ютерні мережі” та „Комп'ютерні мережі”, а також у курсовому та дипломному проектуванні.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Завизиступ Ю.Ю., Коваленко А.А., Партыка С.А. Проблемы производительности протокола TCP в гетерогенных сетях и методы ее улучшения // Вестник ХНТУ. - 2005. - №1(21). - C. 305-311.

2. Завизиступ Ю.Ю., Коваленко А.А., Партыка С.А. ТСР: проблемы производительности и влияние на нее различных факторов // Автоматизированные системы управления и приборы автоматики: Сб. научн. трудов. - Харьков, 2005.- Вып. 133. - C. 113-119.

3. Завизиступ Ю.Ю., Коваленко А.А., Партыка С.А., Бабич А.В. Проблемы управления перегрузками в протоколе ТСР // Вестник ХНТУ. - 2006. - №1(24). - C. 173-177.

4. Завизиступ Ю.Ю., Коваленко А.А., Мохаммад А.С. Модификация протокола ТСР SACK // Системы обработки информации: Сб. научн. трудов. - Х.: ХУВС, 2006. - Вып. 9(58). - С. 97 - 102.

5. Можаев А.А., Коваленко А.А., Ильина И.В. Многоуровневая модель телекоммуникационного трафика системы глобальной навигации // Системи управління, навігації та зв'язку: Зб. наук. праць. - Київ.: ЦНДІ НіУ, 2007. - Вип. 2. - С. 76 - 82.

6. Воробьев О.В., Коваленко А.А., Ильина И.В. Управление перегрузками мультисервисной телекоммуникационной сети // Системы обработки информации: Сб. научн. трудов. - Х.: ХУВС, 2007. - Вып. 3(61). - С. 21 - 23.

7. Коваленко А.А. Динамічне керування параметрами протоколу ТСР Vegas // Системи озброєння і військова техніка. - 2007. - № 2(10). - С. 81 - 86.

8. Коваленко А.А., Ильина И.В., Кирвас В.В. Учет ошибок предсказания поведения телекоммуникационного трафика на равномерность распределения пропускной способности протоколом ТСР // Системы обработки информации: Сб. научн. трудов. - Х.: ХУВС, 2007. - Вып. 7(65). - С. 106 - 109.

9. Коваленко А.А., Можаев А.А., Подорожняк А.А., Ильина И.В. Усовершенствование транспортных протоколов в мультисервисных сетях // Системы обработки информации: Сб. научн. трудов. - Х.: ХУВС, 2007. - Вып. 5(63). - С. 86 - 92.

10. Коваленко А.А., Завизиступ Ю.Ю. Анализ фрактального эффекта трафика в IP сетях // 7-я Международная научная конференция «Теория и техника передачи, приёма и обработки информации»: Сб. научн. трудов. - Х.: ХНУРЭ, 2001. - С. 42 - 43.

11. Коваленко А.А. Анализ влияния фрактального эффекта на потери трафика в IP сетях // 6-й Международный молодёжный форум «Радиоэлектроника и молодёжь в ХХІ веке»: Сб. материалов форума. - Ч.2. - Х.: ХНУРЭ, 2002. - С. 64 - 65.

12. Завизиступ Ю.Ю., Коваленко А.А. Фрактальный эффект трафика и его влияние на производительность IP-сетей // 8-я Международная научная конференция «Теория и техника передачи, приёма и обработки информации»: Сб. научн. трудов. - Х.: ХНУРЭ, 2002. - С. 175 - 176.

13. Руденко О.Г., Завизиступ Ю.Ю., Коваленко А.А. Виртуальная сетевая лаборатория на основе принципов физического моделирования // 6-я Международная научная конференция «Образование и виртуальность»: Сб. научн. трудов. - Харьков-Ялта: УАДО, 2002. - С. 294 - 297.

14. Коваленко А.А. Применение нейронных сетей в механизме регулирования размера плавающего окна протокола TCP // 7-й Международный молодёжный форум «Радиоэлектроника и молодёжь в ХХІ веке»: Сб. материалов форума. - Х.: ХНУРЭ, 2003. - С. 466.

15. Коваленко А.А., Завизиступ Ю.Ю. Дисциплина обслуживания плавающего окна протокола TCP Reno и ее связь с фрактальным эффектом сетевого трафика IP-сетей // 9-я Международная научная конференция «Теория и техника передачи, приёма и обработки информации»: Сб. научн. трудов. - Х.: ХНУРЭ, 2003. - С. 14 - 15.

16. Коваленко А.А. Управление перегрузками протокола ТСР // 8-й Международный молодёжный форум «Радиоэлектроника и молодёжь в ХХІ веке»: Сб. материалов форума. - Ч.2. - Х.: ХНУРЭ, 2004. - С. 295.

17. Коваленко А.А. Проблемы стабильности и управления протоколами TCP/RED // 10-я Юбилейная международная научная конференция «Теория и техника передачи, приёма и обработки информации»: Сб. научн. трудов. - Х.: ХНУРЭ, 2004. - С. 289 - 290.

18. Коваленко А.А., Партыка С.А., Хряпкин А.В. Методы борьбы с перегрузками в сетях ТСР/IP // 9-й Международный молодёжный форум «Радиоэлектроника и молодёжь в ХХІ веке»: Сб. материалов форума. - Х.: ХНУРЭ, 2005. - С. 528.

19. Завизиступ Ю.Ю., Коваленко А.А., Партыка С.А., Калоша В.А. Особенности работы протокола TCP в гетерогенных сетях // 2-й Международный радиоэлектронный форум «Прикладная радиоэлектроника. Состояние и перспективы развития» МРФ-2005. Международная конференция «Информационные системы и технологии»: Сб. научн. трудов. - Х.: АН ПРЭ, ХНУРЭ, 2005. - С. 307 - 310.

20. Y.Y. Zavizistup, A.A. Kovalenko, S.A. Partyka, A.V. Babich. TCP Vegas against TCP Reno: throughput comparison and simulation results // Proceeding of the 3nd East-West Design&Test Workshop. - Odessa, Ukraine. - 2005. - P. 186 - 188.

21. Коваленко А.А., Партыка С.А., Калоша В.А. Алгоритм оптимального управления перегрузками протокола ТСР // 10-й Юбилейный Международный молодёжный форум «Радиоэлектроника и молодёжь в ХХІ веке»: Сб. материалов форума. - Х.: ХНУРЭ, 2006. - С. 592.

22. Коваленко А.А., Недождий Н.Н. Анализ производительности протокола ТСР при наличии в канале фонового ON/OFF трафика // 11-й Международный молодёжный форум «Радиоэлектроника и молодёжь в ХХІ веке»: Сб. материалов форума. - Ч.2. - Х.: ХНУРЭ, 2007. - С. 245.

23. Можаев А.А., Коваленко А.А., Ильина И.В. Использование характеристик долговременной зависимости при управлении перегрузками протокола TCP // Информационные технологии: наука, техника, технология, образование, здоровье. Материалы XV Международной научно-практической конференции. - Х.: НТУ «ХПИ», 2007. - С. 70.

24. Завизиступ Ю.Ю., Коваленко А.А., Пономаренко О.Ю. Влияние ошибки предсказания интенсивности самоподобного трафика на пропускную способность протокола ТСР // 2-я Международная научная конференция «Современные информационные системы. Проблемы и тенденции развития»: Сб. научн. трудов. - Харьков-Туапсе, 2007. - С. 404 - 405.

25. Коваленко А.А. Использование прогнозирования самоподобного трафика для управления передачей данных // Проблемы информатики и моделирования. Материалы VII Международной НТК. - Х.: НТУ «ХПИ», 2007. - С. 29 - 30.

Анотація

Коваленко Андрій Анатолійович. Методи та засоби підвищення оперативності передачі даних у мультисервісних мережах. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.05 - Комп'ютерні системи та компоненти. Харківський національний університет радіоелектроніки, Харків, 2008.

Дисертація присвячена питанням розв'язання задачі зменшення часу передачі пакетів даних на критичній ділянці мережі передачі даних за рахунок перерозподілу обчислювального ресурсу критичної ділянки мережі в умовах обмеженої пропускної здатності його елементів на основі врахування властивостей фрактальності вхідних інформаційних потоків та емпіричної ймовірності зміни їхньої інтенсивності з метою підвищення оперативності обміну інформацією.

Розроблено метод предиктивного управління передачею даних для критичної ділянки мережі передачі даних, який враховує властивість фрактальності вхідних інформаційних потоків і емпіричну ймовірність зміни їхньої інтенсивності, обумовлену довготривалою кореляційною залежністю. Запропонований метод відрізняється від відомих тим, що він враховує властивості фрактального телекомунікаційного трафіка сучасних мультисервісних мереж передачі даних. Це дозволяє на основі прогнозування зміни інтенсивності інформаційних потоків раціонально перерозподілити обчислювальний ресурс критичної ділянки. Розроблено методику запобігання перевантажень, яка заснована на запропонованому методі та дозволяє зменшити час передачі пакету даних на критичних ділянках мережі передачі даних для вхідних інформаційних потоків, що мають властивості фрактальності.

Ключові слова: оперативність обміну інформацією, мережа передачі даних, фрактальний телекомунікаційний трафік, обчислювальний ресурс, масштабна інваріантність, довготривала кореляційна залежність, прогнозування, перерозподіл обчислювального ресурсу.

Аннотация

Коваленко Андрей Анатольевич. Методы и средства повышения оперативности передачи данных в мультисервисных сетях. - Рукопись.

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук по специальности 05.13.05 - Компьютерные системы и компоненты. Харьковский национальный университет радиоэлектроники, Харьков, 2008.

Диссертация посвящена вопросам решения актуальной задачи - уменьшения времени передачи пакетов данных на критическом участке сети передачи данных за счет пропорционального распределения вычислительного ресурса критического участка сети в условиях ограниченной пропускной способности его элементов на основе учета свойств фрактальности входящих потоков данных и эмпирических вероятностей изменения их интенсивности.

В данной работе проведено исследование характеристик трафика на входе критического участка сети передачи данных и существующих методов управления передачей данных. Сделан вывод, что существующие методы управления передачей данных не учитывают свойств фрактального трафика, поэтому для повышения оперативности обмена информацией в сетях передачи данных требуется разработка новых методов, учитывающих свойства фрактального телекоммуникационного трафика.

Усовершенствована расширенная ON/OFF-модель входного трафика критического участка мультисервисной сети, который обладает свойством фрактальности. Модель учитывает управление скоростью передачи, основанное на обратной связи между адресатом и источником, а также иерархическую структуру ON/OFF периодов. В отличие от аналогов, расширенная модель точнее отображает статистические характеристики реального трафика на входе критического участка сети передачи данных и позволяет определить основные параметры процесса передачи данных.

Применительно к телекоммуникационному трафику, обладающему свойствами фрактальности, разработан метод прогнозирования фрактального трафика, учитывающий масштабную инвариантность статистических характеристик трафика.

Разработан метод предиктивного управления передачей данных, учитывающий свойства фрактальности входящих информационных потоков и плотности распределения вероятности изменения их интенсивности, обусловленные долговременной корреляционной зависимостью и заключающийся в управлении скоростью передачи потоков данных, поступающих на вход критического участка сети передачи данных за счет прогнозирования их интенсивности. Применение предложенного метода позволяет уменьшить время передачи данных.

Получил дальше развитие метод параметрического управления передачей данных, использующийся в протоколе ТСР Vegas, что позволило увеличить пропускную способность протокола для трафика, не обладающего свойствами фрактальности.

Проведено сопоставление статистических характеристик реального трафика и полученных основе усовершенствованной расширенной ON/OFF-модели статистических характеристик тестовых процессов и результатов применения разработанного метода предиктивного управления передачей данных, на основе имитационного моделирования, с наиболее близким из существующих методов вероятностного предсказания отбрасывания пакета, в результате чего:

- установлено, что используемые методы оценок статистических характеристик достоверны;

- разработанная модель адекватно отображает характеристики фрактального трафика;

- при проведении имитационного моделирования показано, что выигрыш при применении разработанного метода составляет 20 % с точки зрения уменьшения времени передачи пакета данных на критическом участке сети передачи данных.

Ключевые слова: оперативность обмена информацией, сеть передачи данных, фрактальный телекоммуникационный трафик, вычислительный ресурс, масштабная инвариантность, долговременная корреляционная зависимость, прогнозирование, перераспределение вычислительного ресурса.

Annotation

Andriy Kovalenko. Methods and means of increasing data transfer efficiency in multiservice networks. - Manuscript.

The tesis on competition of a scientific degree of Cand.Tech.Sci. (Ph.D.) on a speciality 05.13.05 - Computer systems and components. Kharkov national university of radio electronics, Kharkov, 2008.

The thesis is devoted to problem of minimization data packet transmission time at the bottleneck link. The problem is solved using reallocation of the bottleneck link limited capacity. Such reallocation is organized due to a fractal nature of information flows, and empirical probability of their rate changing.

There was developed a method of predictive data transmission control for bottleneck link that takes into account the fractal property of incoming data flows along with empirical probability of rate changing that is determined by long-range correlation dependence. The method is different from existent in considering the fractal nature of telecommunication traffic that spreads along modern heterogeneous data networks. Using traffic prediction, it allows us to share the computational resource (or capacity) of bottleneck link in proportion. A methodic of congestion avoidance worked out. It is based on the proposed method of predictive data transmission control, and allows us to minimize data packet transmission time in a bottleneck link for the data flows with fractal properties.

Key words: efficiency of data interchange, data transmission network, fractal telecommunication traffic, capacity, scale invariance, long-range dependence, traffic prediction, reallocation of the link capacity.

Размещено на Allbest.ru

...