Розподіл трафіку телекомунікаційних мереж за принципами диференціального обслуговування

Размещено на http://www.allbest.ru/

Національний університет “Львівська політехніка”

УДК 621.39

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Розподіл трафіку телекомунікаційних мереж за принципами диференціального обслуговування

05.12.02 - телекомунікаційні системи та мережі

Самі Мах'д Абдел Квадер Аскар

Львів - 2010

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Національному університеті “Львівська політехніка”.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Тимченко Олександр Володимирович, Національний університет “Львівська політехніка”, професор кафедри телекомунікацій.

Офіційні опоненти: телекомунікаційний мережа трафік

доктор технічних наук, професор Сікора Любомир Степанович директор НВ ТзОВ Центру стратегічних досліджень еко-біо-технологічних систем «ЦСД «ЕБТЕС» (м. Львів);

доктор технічних наук, професор Лісовий Іван Павлович Одеська Національна академія зв'язку, професор кафедри Телекомунікаційні системи.

Захист відбудеться 26 травня у 2010 р. о 15:00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 35.052.10 в Національному університеті “Львівська політехніка” (вул. С.Бандери,12, м. Львів, 79013, Україна).

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Національного університету “Львівська політехніка” (вул. Професорська 1, м. Львів, 79013).

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, д.т.н., доцентБондарєв А.П.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Сучасні мультисервісні мережі операторів зв'язку інтенсивно охоплюють всі більші території, збільшується абонентська база, впроваджуються нові сервіси. За впровадженням нових технологій слідує збільшене навантаження на канали зв'язку. Канали часто схильні до перевантажень в годинник пік, через що у результаті страждає кінцевий користувач. Перш за все, страждає трафік, чутливий до затримок, спотворень, часу передачі. До такого трафіку слід віднести трафік VoIP і IPTV, а крім того необхідно враховувати і службовий (адміністративний) трафік, без якого робота мережі неможлива. До нього слід віднести сервіси маршрутизації (RIP, OSPF), доменних імен (DNS), сервіс DHCP, SNMP та інші. Деякі компанії до рангу важливого відносять трафік додатків, від стабільної і швидкої роботи яких залежить вся діяльність і прибуток компанії. Наприклад, для провайдерів - це трафік Інтернету. Унаслідок перевантажень природно і зменшується час доступу до сервісів.

Перевантаження можна попереджати збільшенням пропускної здатності каналів передачі даних, але існує ряд істотних обмежень, через які даний метод не завжди може бути застосовний.

1.це не завжди можливо у зв'язку з обмеженнями використовуваного фізичного середовища передачі даних;

2.економічно невиправдано, тобто вимагає нових вкладень (зокрема - заміни устаткування), що може значно збільшити вартість послуг, що надаються;

3.важко передбачити поведінку трафіку, його інтенсивність, швидкість збільшення, оскільки все це залежить від великого числа параметрів. Особливо, це стосується мережі, що розвивається і швидко росте. Зростання мережі має на увазі не тільки збільшення кількості абонентів, але і появу нових сервісів. Досить часто детальний аналіз телекомунікаційної системи та правильне налаштування обладнання може забезпечити зростаючі вимоги до мережі. При цьому витрати на проведення таких робіт значно нижчі від можливих затрат на закупівлю та встановлення нового обладнання.

Але ці питання можуть бути вирішені. Ще на стадії заснування Інтернету припускали про необхідність управління якістю обслуговування в мережах IP. Додавання в заголовок IP-пакета байта типу обслуговування (ToS - Type of Service), поклало початок створенню цілого набору технологій якості обслуговування (QoS - Quality of Service).

З часом, вони розвивалися і доповнювалися новими алгоритмами, механізмами обслуговування черг і механізмами запобігання перевантаженню, і в даний час, дозволяють (іноді навіть суттєво) змінити ситуацію в IP-мережах в кращу сторону.

Актуальність роботи підтверджується загальною тенденцією розвитку інформаційного суспільства, як нового етапу в розвитку людства, на якому інформаційні та телекомунікаційні технології стають базовими.

Підвищення ефективності сучасних інформаційних мереж є багатогранною проблемою, що включає в себе вирішення різноманітних задач.

Протягом останніх років ведуться інтенсивні розробки в області оптимізації телекомунікаційних мереж за різноманітними критеріями для зменшення негативного впливу мережевих факторів і досягнення параметрів якості в процесі доставки різноманітних в т.ч. мультимедійних даних. Серед вчених, які вирішували окремі задачі в цій області, можна назвати таких відомих зарубіжних та вітчизняних вчених: Kleinrock L, Blake S, Grossman D, Wang Z, Стеклов В.К., Захарченко М.В., Беркман Л.Н., Іванов А.Б., Шехтман Л.И., Вишневський В.М., Оліфер Н.А, Оліфер В.Г., Башарін Г.П., Безрук В.М., Русин Б.П., Тимченко О.В., та ін. Проте задача оптимізації трафіку телекомунікаційних мереж за принципами диференціального обслуговування при заданій якості послуг, незважаючи на величезне число публікацій і зусилля фірм-виробників комунікаційного обладнання, остаточно не вирішена.

Тому розроблення і дослідження методів оптимізації трафіку за принципами диференціального обслуговування при заданій якості послуг, при передачі через мережі з комутацією пакетів мультимедійних даних, актуальна і сприяє подальшому розвитку ТК мереж.

Зв'язок роботи з науковими програмами планами і темами.

Робота виконувалась в рамках держбюджетної теми кафедри „Телекомунікації” Національного університету „Львівська політехніка” „Розробка і дослідження методів підвищення пропускної здатності телекомунікаційних мереж шляхом обробки і ущільнення мультимедійних даних”, номер державної реєстрації 0102U001205, 2003-2005 рр.

Результати дисертаційних досліджень впроваджено в навчальний процес кафедри „Телекомунікації” в лекційному курсі та лабораторному практикумі з дисципліни „Канали та системи передавання”, та при проведенні курсів „Телекомунікаційні системи та мережі” .

Метою роботи є розроблення методів розподілу трафіку телекомунікаційних мереж за принципами диференціального обслуговування при заданій якості послуг і максимальному використанню ресурсів мережі.

Досягнення поставленої мети здійснюється вирішенням таких завдань:

1. Аналіз критеріїв якості телекомунікаційних послуг та їх зв'язок з використовуваними механізмами керування трафіком.

2. Обґрунтування методів структурування трафіку по класах сервісу з відповідними пріоритетами для максимального підвищення ефективності мереж.

3. Розробка методів управління трафіком в телекомунікаційних мережах за критеріями диференціального обслуговування із застосовуванням принципів розподілу ресурсів для підвищення продуктивності роботи мереж.

4. Дослідження статистичних властивостей відеотрафіку MPEG та моделювання СМО типу D-BMAP/D/1/K₀ для визначення основних параметрів регулювання, ймовірності втрат пакетів та часу обслуговування.

5. Виконання комп'ютерних експериментів.

• Наукова новизна отриманих результатів полягає в наступному:
• 1. Отримали подальший розвиток критерії якості телекомунікаційних послуг та механізми керування трафіком, причому показано, що механізми загального IntServ/RSVP та диференціального сервісу DiffServ забезпечують необхідну якість трафіку для обслуговування додатків реального часу, механізм DiffServ не вимагає витрат часу на попереднє встановлення параметрів транспортування трафіку по маршруту проходження інформаційного потоку і використовує менший обсяг буфера і смугу пропускання, ніж механізми IntServ.
• 2. Отримали подальший розвиток методи структурування трафіку по класах сервісу CoS з відповідними пріоритетами, що дозволяють максимально підвищити ефективність проходження трафіку багатоадресних додатків з заданим QoS на основі алгоритму RSVP та механізму MPLS.
• 3. Удосконалено методи управління трафіком телекомунікаційних мережах шляхом профілізації трафіку, присвоєння пріоритетів на етапі маршрутизації із застосуванням принципів розподілу ресурсів мережі, що дозволяє підвищити QoS шляхом відповідного математичного опису для конкретних видів трафіку (даних, мультимедіа).
• 4. Вперше розроблена і досліджена модель мінімізації затрат при наданні послуг в телекомунікаційній мережі шляхом оптимізації взаємозв'язку між рівнем QоS, ціною послуги і використаними ресурсами із застосуванням моделі служби та технології DiffServ.
• 5. Вперше створена математична модель для оптимізації і регулювання відеотрафіку MPEG на основі заданого класу обслуговування SLA та механізмів Diffserv (D-BMAP/D/1/Kо) дозволила визначити основні параметри регулювання, ймовірність втрати пакетів та час обслуговування.

Об'єкт дослідження: якість обслуговування в телекомунікаційній мережі.

Предмет дослідження: методи оптимізації трафіку телекомунікаційних мереж для заданої якості послуг.

Методи дослідження: методи лінійного програмування, лінійної та нелінійної оптимізації, теорії масового обслуговування, методи математичної статистики для перевірки адекватності отриманих результатів реальним даним.

Практичне значення отриманих результатів

Розроблені методи оптимізації трафіку телекомунікаційних мереж дозволяють забезпечити задану якість послуг при передачі звичайного та мультимедійного (відео) трафіку, мінімізувати затрати при наданні послуг в телекомунікаційній мережі шляхом оптимізації взаємозв'язку між рівнем QоS, ціною послуги і використаними ресурсами із застосуванням моделі служби та технології DiffServ і в цілому підвищують ефективність використання обладнання та каналів передачі телекомунікаційних мереж.

Особистий внесок здобувача полягає в самостійному отриманні основних наукових результатів, експериментальних досліджень та апробації результатів.

Внесок здобувача в опублікованих працях полягає в наступному: в [1, 3, 4, 12] - запропонував визначати ефективність роботи мережі шляхом оцінки QoS трафіку; в [2, 11] - запропонував враховувати ціну послуги пропорційно завантаженості; в [5, 8, 13, 14] - запропонував структуру системи кондиціонування і обмеження трафіку; в [6, 9, 10, 15] - провів імітаційне моделювання якості багатоадресної передачі мультимедійного трафіку; в [7] - визначив QoS як функцію рівнів OSI.

• Апробація результатів дисертації
• Основні результати досліджень були представлені і всебічно обговорені на наступних науково-технічних конференціях:
• ХХVI, ХХVIІ, ХХVIIІ Науково-технічні конференція “Моделювання“. ІПМЕ НАН України. 11-12 січня 2007 року, 10-11 січня 2008 року, 15-16 січня 2009 року. м. Київ.
• Науково-практичні конференції „Сучасні проблеми телекомунікацій - 2006”, 2008. 19-22 жовтня 2006 р., 29-30 жовтня 2008 р., м.Львів.
• Науково-методична конференція „Сучасні проблеми телекомунікацій і підготовка фахівців в галузі телекомунікацій”. 28-30 жовтня 2008 р., м.Львів.
• Публікації за темою дисертації. Матеріали дисертації опубліковано в 15 наукових працях, з них 9 статей у фахових виданнях згідно переліку ВАК України, 6 - у матеріалах науково-технічних конференцій.
• Структура і обсяг роботи. Дисертація складається зі вступу, чотирьох розділів, списку використаних джерел (131 найменування). Загальний обсяг роботи 170 сторінка, з яких основний текст 144 сторінки.
• Основний зміст роботи

У вступі розкрито суть і стан проблеми, обґрунтована актуальність теми дисертаційної роботи, сформульовані мета і задачі дослідження, наукова новизна, практичне значення, наведені короткі анотації розділів дисертаційної роботи.

У першому розділі проведено класифікацію поняття якості послуг по доставці інформації та надання послуг зв'язку згідно Рекомендацій ITU-T. Визначенні поняття якості обслуговування та характеристики мереж, які впливають на цю якість для різних видів трафіку: передачі даних, мультимедійного, реального часу. Детально проаналізовані критерії якості телекомунікаційних послуг та їх зв'язок з використовуваними механізмами керування трафіком (рис.1). Показано, що механізми загального сервісу IntServ/RSVP крім трафіку типу Best Effort підтримують ще два класи: контрольованого навантаження (CL) і гарантування послуги (GS), чим забезпечують необхідну якість трафіку для обслуговування додатків реального часу. Механізм DiffServ забезпечує простий метод структурування трафіку по класах сервісу CoS з відповідними пріоритетами. Оскільки така схема, на відміну від IntServ, не вимагає витрат часу на попереднє встановлення параметрів транспортування трафіку по маршруту проходження інформаційного потоку, то використовує менший обсяг буфера і смугу пропускання, ніж механізми IntServ.

Рис. 1. Класифікація якості обслуговування та функціонування телекомунікаційної мережі

Визначено, що алгоритм RSVP, який найбільш ефективний для багатоадресних додатків, тобто систем групового мовлення, транспорту інформації з заданим QoS, використовує метод структурування трафіку по класах сервісу CoS з відповідними пріоритетами. Механізм MPLS підвищує ефективність проходження трафіку за рахунок спрощення процесів маршрутизації з використанням протоколу IGP за рахунок визначення найкоротшого маршруту OSPF або за допомогою взаємодії посередницьких мережевих систем IS-IS, завдяки відсутності витрат часу на попередній аналіз параметрів транспортування трафіку по маршруті проходження інформаційного потоку.

У другому розділі розглянуті моделі показників/параметрів контролю міжрівневої взаємодії. Проведено класифікацію характеристик показників і параметрів, що відображає якісну сторону відкритої системи. Визначені класи характеристик, які утворюють функціональні аспекти цілей контролю. Проведена структуризація контрольованих параметрів і показників, які відображають якісні, функціональні й протокольні аспекти (взаємодії) параметрів. Це дозволило систематизувати процес контролю QoS та мінімізувати кількість процедур, реалізуючи їх оптимальне виконання (рис.2).

Рис.2.Діаграма формування контрольованих параметрів

Розглянуті моделі якості послуг та їх залежність від якості послуг різних рівнів OSI і визначений зв'язок між параметрами рівнів і параметрами якості транспортних мереж. Докладно розглянуті послуги фізичного, канального і мережного рівнів для контролю якості трафіку, визначені узагальнені мережні показники якості для мереж з комутацією пакетів. Проаналізовано вплив параметрів трафіку на якість роботи телекомунікаційної мережі, в результаті чого визначено п'ять класів трафіку, що відрізняються якісними характеристиками, причому для кожного класу трафіку визначений набір кількісних параметрів. Показано, що характеристики трафіку відео визначають вимоги до тракту передачі і тому істотно впливають на оцінку якості обслуговування в мережі.

У третьому розділі проведено аналіз протоколів RTP, RTCP, RTSP та особливостей їх застосування на мережному і транспортному рівнях для роботи з мультимедійним трафіком, виявлено, що специфікації вказаних протоколів дозволяють ефективно використати їх можливості для розробки потокових мультимедіа додатків з широкою номенклатурою функціональних можливостей.

Розглянуті методи розподілу ресурсів телекомунікаційних мереж на основі принципів “справедливого розподілу ресурсів”, критеріїв max-min, зважений max-min, “пропорційної справедливості” і “зваженої пропорційної справедливості”.

Формальне визначення критерію зважений max-min ідентичне визначенню критерію max-min, за винятком того, що кількість ресурсів запитів х_n замінюється на співвідношення х_n /w_n, де кожен потік n асоціюється з деяким ваговим коефіцієнтом w_n - відносною величиною права доступу до ресурсів Зазначимо, що критерій “зважений max-min” не враховує функцію використання каналу і тому при використанні в реальній мережі може приводити до субоптимальності при наближенні до лінії рівнозначності.

Формально ці критерії можуть бути записані як та . Виконано порівняння вказаних критеріїв на прикладах.

Зроблено висновки, що існуючі методи управління трафіком в телекомунікаційних мережах шляхом профілізації трафіку, присвоєння пріоритетів на етапі маршрутизації вимагають застосовувати ефективні принципи розподілу ресурсів мережі (max-min, зважений max-min та ін.) вимагають відповідного математичного опису для конкретних видів трафіку (даних, мультимедіа) і підвищення QoS.

У четвертому розділі досліджено статистичні властивості відеотрафіку MPEG, з результатів якого видно, що для послідовностей кадрів відношення максимального розміру кадру до середнього значення в послідовності досягає 10 і більше, а середньоквадратичне значення приблизно дорівнює середньому значенню, звідки можна зробити висновок, що початкова швидкість джерела відеоданих змінюється в дуже широких межах.

Рис.3. Автокореляційна функція послідовності кадрів

Функція автокореляції має явно виражену псевдоперіодичність, що викликана періодичністю процесу генерування кадрів кодером MPEG. Розгляд цих результатів показує, що при проведенні відеоконференцій та в інтерактивному телебаченні за допомогою формату MPEG неможливо гарантувати стабільність завантаження буфера, що може привести до суттєвих втрат даних.

Запропонована модель служби QоS на основі технології DiffServ та алгоритмів обслуговування черг і кондиціонування та дозування трафіку за допомогою функцій обмеження і вирівнювання на основі корзини маркерів (token bucket). Визначені основні співвідношення черг одно і двошвидкісного обмежувача, в результаті чого запропонована структура системи інжинірингу IP-трафіку та системи контролю (рис.4).

Рис.4. Двошвидкісна корзина маркерів

Позначимо інтервал часу сплеску . Тоді при (завжди виконується умова ), ймовірність P дорівнює (передачі (C) або відкидання (V) ):

На основі моделі служби та технології DiffServ розроблена модель мінімізації затрат при наданні послуг в телекомунікаційній мережі шляхом оптимізації взаємозв'язку між рівнем QоS, ціною послуги і використаними ресурсами.

Формально модель записується у виді: мінімізувати затрати Z для забезпечення максимальної вартості при наданні послуг в залежності від ціни, заданого рівня якості обслуговування q та очікуваної кількості споживачів усіх послуг:

Задані обмеження:

,

, , , ,

де: a_s - зарезервована смуга для послуги s;

q_s - біжучий рівень QoS для послуги s;

х_s - кількість користувачів, які одночасно використовують послугу s;

С - загальна пропускна здатність ;

d_s - необхідна пропускна здатність для забезпечення максимального рівня QoS послуги s;

m_s - мінімальний рівень QoS, необхідний для послуги s;

n_s - максимально можлива кількість користувачів, які одночасно використовують послугу s;

p_s - ціна, яку користувач платить за максимальну якість обслуговування;

S - кількість послуг.

№ послуги	1	2	3
Необхідна пропускна здатність (ds)	512	256	4096
Вартість (ps)	10	15	30
Мінімальна якість QoS (ms)	0,5	0,8	0,8
Максимально можлива к-сть користувачів послугою (nS)	100	100	100

Результати оптимізації

№ послуги	1	2	3
Зарезервована пропускна здатність (as)	0,0	0,1	0,9
Рівень QoS (qs)	0,8	1,0	0,5
К-сть одночасних користувачів (xs)	10	6	0
Використана пропускна здатність на послугу	480	4500	0
Дохід за послугу ()	24	270	0
	294

Загальна пропускна здатність () - 4980 Мбіт/с.

Загальний дохід () - 294 у.о.

Створена і досліджена математична модель для оптимізації і регулювання відеотрафіку з деякою кількістю джерел формату MPEG як дискретного Марківського процесу (D-BMAP) на основі заданого класу обслуговування SLA та механізмів Diffserv, що враховує завантаженість вхідних і вихідних вузлів диференціального обслуговування.

Рис.5. Структура відеосистеми

Трафік формату MPEG описуємо дискретним Марківським процесом (D-BMAP) :

,

де L - кількість циклів у відеопослідовності;

l_GoP - довжина GoP (група зображень, звичайно l_GoP =12);

X (n), n = 1,2,…,L - розміри окремих циклів;

K^(m)(h), m = 1, l_GoP,…,L; h=n/m, (n/m) - 1,…,1;

h{1,2,…,l_GoP} - розмір послідовності.

Запропонована організація черги для вхідного вузла моделі диференціального обслуговування у виді (рис.6):

Рис.6. Організація черги для вхідного вузла

де (K₀ -1) - довжина буфера з даними, B₀ - вихідна частина трафіку для заданого класу PHB, а також запропонована модель для обробки даних з внутрішнім вузлом диференціального обслуговування:

Рис.7. Модель обробки даних

Для визначення параметрів черг AF PHB запропонована наступна модель:

Черга класу AF PHB

Рис.8. Модель для визначення параметрів черг

Проведено дослідження моделі D-BMAP/D/1/Kо. Рівняння рівноваги записано у виді:

де W^A(n + 1) означає кількість вхідних пакетів в (n+1) -му слоті,

S^Q (n) (0,1,...,K₀) - стан системи.

Ймовірність стану, що k пакетів знаходяться в системі, а вхідний процес має стан j, j{1,2..,M}:

x_kj=, k{0,1..,K₀}.

Ймовірність того, що v пакетів буде втрачено в даному слоті в системі
D-BMAP/D/1/К₀, :

,

де x_kj - елементи стаціонарного розподілу,

D(=k), k{1,2,...} - елементи матриці переходів кола Маркова.

Ймовірність втрати одного пакету:

,

де D(k), k{1,2,...} - елементи матриці переходів.

Ймовірність того, що пакет очікуватиме обробки в системі протягом w тайм-слотів:

,

де r - час прибуття пакету.

Запропонована модель трафіку D-BMAP/D/1/K₀ дозволила визначити основні параметри регулювання, ймовірність втрати пакетів та час обслуговування, причому всі ці обчислення можна виконати перед початком встановлення рівня сервісу SLA.

Основні результати роботи і висновки

На основі виконаних теоретичних та експериментальних досліджень розв'язано важливу науково-технічну задачу в галузі телекомунікацій - розробленo і досліджено методи розподілу трафіку телекомунікаційних мереж за принципами диференціального обслуговування при заданій якості послуг і максимальному використанню ресурсів мереж

При цьому можна зробити такі висновки:

1. Детально проаналізовані критерії якості телекомунікаційних послуг та їх зв'язок з використовуваними механізмами керування трафіком, показали, що механізми загального сервісу IntServ/RSVP забезпечують необхідну якість трафіку для обслуговування додатків реального часу, механізм DiffServ забезпечує простий метод структурування трафіку по класах сервісу CoS з відповідними пріоритетами. Оскільки механізм DiffServ, на відміну від IntServ, не вимагає витрат часу на попереднє встановлення параметрів транспортування трафіку по маршруту проходження інформаційного потоку, то використовує менший обсяг буфера і смугу пропускання, ніж механізми IntServ.

2. Показано, що найбільш ефективні для багатоадресних додатків з заданим QoS алгоритм RSVP та механізм MPLS використовують методи структурування трафіку по класах сервісу CoS з відповідними пріоритетами та дозволяють максимально підвищити ефективність проходження трафіку за рахунок спрощення процесів маршрутизації з використанням протоколу IGP, OSPF та IS-IS.

3. Методи оптимізації трафіку телекомунікаційних мереж на основі нових програмно-апаратних методів протоколів розподіленого управління пристроями, розподіленого об'єднання каналів, відмовостійкої маршрутизації, резервного копіювання і відновлення конфігурації всієї розподіленої комутаційної матриці, забезпечують збільшення продуктивності телекомунікаційних мереж в 2-3 рази .

4. Існуючі методи управління трафіком в телекомунікаційних мережах шляхом профілізації трафіку, присвоєння пріоритетів на етапі маршрутизації вимагають застосовувати ефективні принципи розподілу ресурсів мережі (max-min, зважений max-min та ін.) вимагають відповідного математичного опису для конкретних видів трафіку (даних, мультимедіа) і підвищення QoS.

5. Дослідження статистичних властивостей відеотрафіку MPEG (велике відношення максимального розміру кадру до середнього значення, рівність середньоквадратичного значення середньому) показує, що при проведенні відеоконференцій та в інтерактивному телебаченні за допомогою вказаного формату неможливо гарантувати стабільність завантаження буфера, що може привести до суттєвих втрат даних.

6. Запропонована модель служби QоS на основі технології DiffServ та алгоритмів обслуговування черг і кондиціонування та дозування трафіку за допомогою функцій обмеження і вирівнювання на основі корзини маркерів (token bucket). Визначені основні співвідношення черг одно і двошвидкісного обмежувача, в результаті чого запропонована структура системи інжинірингу IP-трафіку та системи контролю.

7. На основі моделі служби та технології DiffServ розроблена модель мінімізації затрат при наданні послуг в телекомунікаційній мережі шляхом оптимізації взаємозв'язку між рівнем QоS, ціною послуги і використаними ресурсами. Оптимізація цих параметрів дозволяє досягти якості MOS=4 (QоS=80 %) при використанні 99,6 % пропускної здатності мережі, тоді як реальна завантаженість мереж в існуючих технологіях Ethernet не перевищує 40 %.

8. Створена і досліджена математична модель для оптимізації і регулювання відеотрафіку з деякою кількістю джерел формату MPEG як дискретний Марківський процес (D-BMAP) на основі заданого класу обслуговування SLA та механізмів Diffserv враховує завантаженість вхідних і вихідних вузлів диференціального обслуговування. Дослідження моделі трафіку D-BMAP/D/1/K₀ дозволило визначити основні параметри регулювання, ймовірність втрати пакетів та час обслуговування, причому всі ці обчислення можна виконати перед початком встановлення рівня сервісу SLA.

Список опублікованих праць за темою дисертації

Кирик М.І. Критерії ефективності роботи інфокомунікаційної мережі / Кирик М. І. , Самі Аскар // Зб. наук. пр. ІПМЕ ім. Г. Є. Пухова. - 2006. - Вип. 35. - С. 60-64.

Тимченко О.В. Модель мінімізації затрат при наданні послуг в інфокомунікаційній мережі / Тимченко О.В., Кирик М.І., Самі Аскар // Моделювання та інформаційні технології. Зб. наук. пр. ІПМЕ НАН України. - Вип.40. - К.: 2007. - С.16-22.

Тимченко О.В. Критерії ефективності функціонування комп'ютерних мереж / Тимченко О.В., Верхола Б.М., Самі Аскар // Моделювання та інформаційні технології. Зб. наук. пр. ІПМЕ НАН України. - Вип.43. - К.: 2007. - С.184-190.

Тимченко О.В. Класифікація якості обслуговування телекомунікаційних мереж і механізми її забезпечення / Тимченко О.В., Кирик М.І., Верхола Б.М., Самі Аскар // Зб. наук. пр. ІПМЕ НАН України. - Вип.45. - К.: 2008. - С. 190-196.

Тимченко О.В. Дослідження механізмів забезпечення якості обслуговування в мультисервісних мережах / Тимченко О.В., Самі Аскар, Алхіхі Мухамад, Аль-бдур Нашат // Моделювання та інформаційні технології. Зб. наук. пр. ІПМЕ НАН України. - Вип.47. - К.: 2008. - С. 133-142.

Тимченко О.В. Дослідження якості багатоадресної передачі мультимедійного трафіку / Тимченко О.В., Верхола Б.М., Кирик М.І., Самі Аскар // Зб. наук. пр. ІПМЕ НАН України. - Вип.48. - К.: 2008. - С. 161-169.

Тимченко О.В. Співвідношення між якістю послуг мереж передачі даних і рівнями OSI / Тимченко О.В., Верхола Б.М., Кирик М.І., Самі Аскар // Зб. наук. пр. ІПМЕ НАН України. - Вип.49. - К.: 2008. - С. 150-157.

Тимченко О.В. Аналіз методів забезпечення якості передачі мультимедійного трафіку / Тимченко О.В, Верхола Б.М, Кирик М.І, Самі Аскар // Моделювання та інформаційні технології. Зб. наук. пр. ІПМЕ НАН України. - Вип.50. - К.: 2009. - С. 200-206.

Зеляновський М.Ю. Засоби для моделювання спеціалізованих та сенсорних мереж бездротового доступу: симулятори роботи комп'ютерних мереж NS-2 та NS-3 / Зеляновський М.Ю., Алхіхі Мухамад, Аль-бдур Нашат, Самі Аскар // Зб. наук. пр. ІПМЕ НАН України. - Вип.51. - К.: 2009. - С. 203-210.

Кирик М. І. Визначення цільових функцій для проведення оптимізації інформаційних мереж / Кирик М.І., Стрихалюк Б.М., Самі Аскар // Сучасні проблеми телекомунікацій-2006 : наук.-практ. конф., 19-22 жовт. 2006 р. - Львів, 2006. - C. 19-21.

Тимченко О.В. Методи справедливого розподілу ресурсів інфокомунікаційних мереж / Тимченко О.В., Кирик М.І., Самі Аскар // ХХVI Науково-технічна конференція “Моделювання“. ІПМЕ НАН України. Тези конференції. 11-12 січня 2007 року. - К.: 2007. - 86 с. -C.67-69.

Тимченко О.В. Якість обслуговування телекомунікаційних мереж і механізми її забезпечення / Тимченко О.В., Кирик М.І., Верхола Б.М., Самі Аскар // ХХVIІ Науково-технічна конференція “Моделювання“. ІПМЕ НАН України. Тези конференції. 10-11 січня 2008 року. - К.: 2008. - 66 с. - С. 55-57.

Кирик М.І. Забезпечення якості передачі мультимедійного трафіку при багатоадресній передачі / Кирик М.І., Самі Аскар // Науково-практична конференція „Сучасні проблеми телекомунікацій - 2008”. Матеріали конференції. 29-30 жовтня 2008 р. - Львів: 2008. - С.15-17.

Кирик М.І. Забезпечення якості передачі мультимедійного трафіку при багатоадресній передачі / Кирик М.І. , Самі Аскар // Науково-методична конференція „Сучасні проблеми телекомунікацій і підготовка фахівців в галузі телекомунікацій”. Матеріали конференції. 28-30 жовтня 2008 р. - Львів: 2008. - С.15-17.

Зеляновський М.Ю. Методика застосування симуляторів комп'ютерних мереж NS-2 та NS-3 / М.Ю.Зеляновський, Алхіхі Мухамад, Аль-бдур Нашат, Самі Аскар // ХХVIIІ Науково-технічна конференція “Моделювання“. ІПМЕ НАН України. Тези конференції. 15-16 січня 2009 року. - К.: 2008. - С. 53-54.

Анотація

Самі Мах'д Абдел Квадер Аскар. Розподіл трафіку телекомунікаційних мереж за принципами диференціального обслуговування. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.12.02 - телекомунікаційні системи та мережі. Національний університет “Львівська політехніка”, Львів, 2010.

Роботу присвячено розробці та дослідженню нових методів розподілу трафіку мультимедійних додатків в телекомунікаційних мережах з використанням технології диференціального обслуговування для забезпечення заданої якості сервісу і максимальному використанню ресурсів мережі.

Детально проаналізовані критерії якості телекомунікаційних послуг та їх зв'язок з використовуваними механізмами керування трафіком, в результаті порівняння віддано перевагу механізму DiffServ, що забезпечує структурування трафіку по класах сервісу з відповідними пріоритетами, не вимагає витрат часу на попереднє встановлення параметрів транспортування трафіку по маршруту проходження потоку, використовує менший обсяг буфера і смугу пропускання, ніж інші. Показано, як специфікації протоколів RTP, RTCP, RTSP дозволяють ефективно використати їх можливості для передачі потокових мультимедіа додатків з широкою номенклатурою функціональних можливостей.

Запропонована модель служби QоS на основі технології DiffServ та алгоритмів обслуговування черг і кондиціонування та дозування трафіку за допомогою функцій обмеження і вирівнювання. Визначені основні співвідношення черг для одно і двошвидкісного обмежувача, в результаті чого запропонована структура системи інжинірингу IP-трафіку та системи контролю.

Вперше розроблена і досліджена модель мінімізації затрат при наданні послуг в телекомунікаційній мережі шляхом оптимізації взаємозв'язку між рівнем QоS, ціною послуги і використаними ресурсами із застосуванням моделі служби та технології DiffServ. Створена і досліджена математична модель для оптимізації і регулювання відеотрафіку MPEG на основі заданого класу обслуговування та механізмів Diffserv (D-BMAP/D/1/Kо), що враховує завантаженість вхідних і вихідних вузлів мережі, дозволила визначити основні параметри регулювання, ймовірність втрати пакетів та час обслуговування, причому всі ці обчислення можна виконати перед початком встановлення заданого рівня сервісу.

Ключові слова: телекомунікаційна мережа, якість послуг, технологія DiffServ, моделі регулювання відеотрафіку.

Аннотация

Сами Мах'д Абдел Квадер Аскар. Распределение трафика телекоммуникационных сетей за принципами дифференциального обслуживания. - Рукопись.

Диссертация на получение научной степени кандидата технических наук по специальности 05.12.02 - телекоммуникационные системы и сети. Национальный университет “Львовская политехника”, Львов, 2010.

Работа посвящена разработке и исследованию новых методов распределения трафика мультимедийных приложений в телекоммуникационных сетях с использованием технологии дифференциального обслуживания для обеспечения заданного качества сервиса и максимального использования ресурсов сети.

Детально проанализированы критерии качества телекоммуникационных услуг по доставке информации и предоставлению услуг связи согласно Рекомендаций ITU-T и их связь с используемыми механизмами управления трафиком. Определены понятия качества обслуживания и характеристики сетей, которые влияют на это качество для разных видов трафика: передачи данные, мультимедийного, реального времени. В результате сравнения отдано преимущество механизму Diffserv, который обеспечивает структуризацию трафика по классам сервиса с соответствующими приоритетами. Этот метод не требует времени на предварительное установление параметров транспортировки трафика по маршруту прохождения информационного потока, использует меньший объем буфера и полосу пропускания, чем другие. Проведен анализ протоколов RTP, RTCP, RTSP и особенностей их использования на сетевом и транспортном уровнях для работы с мультимедийным трафиком, показано, как спецификации указанных протоколов позволяют эффективно использовать их возможности для передачи поточных мультимедиа дополнений с широкой номенклатурой функциональных возможностей.

Проведена структуризация контролируемых параметров и показателей, которые отображают качественные, функциональные и протокольные аспекты (взаимодействия) параметров. Это позволило систематизировать процесс контроля QoS и минимизировать количество процедур, которые реализуют их оптимальное выполнение. Показано, что рассмотренные методы оптимизации трафика телекоммуникационных сетей на основе новых программно-аппаратных методов, протоколов распределенного управления устройствами, распределенного объединения каналов, отказоустойчивой маршрутизации, резервного копирования и восстановления конфигурации распределенной коммутационной матрицы, обеспечивают значительное увеличение производительности телекоммуникационных сетей.

Предложена модель службы QоS на основе технологии Diffserv и алгоритмов обслуживания очередей, кондиционирования и дозирования трафика с помощью функций ограничения и выравнивания. Определены основные соотношения очередей для одно и двухскоростного ограничителя, в результате чего предложена структура системы инжиниринга IP-трафика и системы контроля.

Впервые разработана и исследована модель минимизации затрат при предоставлении услуг в телекоммуникационной сети путем оптимизации взаимосвязи между уровнем QоS, ценой услуги и использованными ресурсами с применением модели службы и технологии Diffserv.

Исследованы статистические свойства видеотрафика MPEG, из результатов которого видно, что скорость источники видеоданные изменяется в очень широких пределах - 10 и больше раз. Рассмотрение этих результатов показывает, что при проведении видеоконференций и в интерактивном телевидении с помощью формата MPEG невозможно гарантировать стабильность загрузки буфера, что может привести к существенным потерям данных. Создана и исследована математическая модель для оптимизации и регулирования видеотрафика MPEG на основе заданного класса обслуживания и механизмов Diffserv (D-BMAP/D/1/Kо), которая учитывает загруженность входных и выходных узлов сети, позволила определить основные параметры регулирования, вероятность потери пакетов и время обслуживания, причем все эти вычисления можно выполнить перед началом установления заданного уровня сервиса.

Ключевые слова: телекоммуникационная сеть, качество услуг, технология Diffserv, модели регулирования видеотрафика.

Abstract

Sami Mah'd Abdel Qader Askar. Distribution of telecommunication networks traffic under the principles of differential service. Manuscript.

Dissertation for the scientific degree of candidate of technical sciences in telecommunication systems and networks, speciality 05.12.02. Lviv Polytechnic National University, Lviv, 2010.

The work is devoted to development and research of new methods of distribution of multimedia applications traffic in telecommunication networks with the use of technology of differential service to provide the given quality of service and maximal use of network resources.

The criteria of quality of telecommunication services and their connection with utilized mechanisms of traffic management are analyzed. In the result of comparison the DiffServ mechanism has been chosen. It provides structuring of traffic by the classes of service with the proper priorities does not require spending time on previous establishment of parameters of traffic transportation by the flow route, uses the less buffer size and bandwidth than other ones. It is shown how RTP, RTCP, RTSP protocol specifications allow using effectively their possibility to transmit flow multimedia applications with the wide set of functional possibilities.

The model of QoS service on the base of DiffServ technology and service queues algorithms and conditioning and dosage of traffic by the functions of limitation and smoothing is offered. Basic correlations of queues for single and double speed terminator are defined and the structure of IP-traffic engineering system and control system are offered.

The model to minimize costs in providing services in telecommunications networks by optimizing the relationship between the level of QoS, service's price and used resources using the models of DiffServ service and technology has been firstly developed and studied. The mathematical model for optimization and control of MPEG video traffic based on the given class of service and DiffServ mechanisms (D-BMAP/D/1/Ko) that considers the load of input and output network's nodes has allowed defining the basic parameters of regulation, the probability of packets loss and service time. All of these calculations can be performed before installing the given level of service.

Keywords: telecommunication network, quality of services, DiffServ technology, models video traffic control.

Размещено на Allbest.ru

...