Моделі і метод управління мережними ресурсами в телекомунікаційних мережах на основі використання багатоагентної системи

1

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Харківський національний університет радіоелектроніки

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Моделі і метод управління мережними ресурсами в телекомунікаційних мережах на основі використання багатоагентної системи

Спеціальність 05.12.02 - Телекомунікаційні системи та мережі

Холодкова Анна Валеріївна

Харків - 2011

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Харківському національному університеті радіоелектроніки Міністерства освіти і науки, молоді та спорту України.

Науковий керівник: кандидат технічних наук, доцент

Руккас Кирило Маркович,

Харківський національний університет ім. В.Н. Каразіна,

доцент кафедри теоретичної та прикладної інформатики.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Приходько Сергій Іванович,

Українська державна академія залізничного транспорту,

завідуючий кафедри транспортного зв'язку.

кандидат технічних наук

Дробот Ольга Анатоліївна,

науковий співробітник наукового центру Повітряних Сил Харківського університету Повітряних Сил ім. Івана Кожедуба

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. З проведеного аналізу видно, що розвиток телекомунікаційних мереж відбувається у напрямку зростання ринку мультисервісних послуг, впровадження нових телекомунікаційних та інформаційних технологій, їх конвергенції. Впровадження нових послуг, як і підтримка існуючих, вимагає відповідних мережевих ресурсів. При цьому, до основних з ресурсів відносять механізми управління чергами (буферний ресурс), засоби розподілу пропускної здатності трактів передачі (канальний ресурс), механізми управління трафіком (інформаційний ресурс) і протоколи маршрутизації.

Розподілений характер телекомунікаційної мережі (далі ТКС) робить неможливим підтримку її роботи на належному рівні без системи управління мережею. Система управління мережею повинна забезпечити, з одного боку, підтримання в робочому стані як телекомунікаційну мережу, так і окремих її складових, для того, щоб мережа могла виконувати свої функції, а з іншого боку, - розподіл і доставку пакетів за адресами з дотриманням різних вимог користувачів.

В основі існуючих систем управління мережами лежить схема «менед-жер-агент». Агент є посередником між керованим ресурсом і головною керуючою програмою-менеджером. Взаємодіючи з ресурсом, агент поставляє менеджеру оброблену та надану у формалізованому вигляді інформацію, на підставі якої менеджер приймає рішення з управління.

Як показав аналіз, існуючі засоби управління мережевими ресурси в ТКС нездатні враховувати одночасно декілька ймовірнісно-часових показників ТКС (середня затримка, втрати, швидкість передачі та ін.) А також функціонального та структурного взаємозв'язку її ділянок, що призводить до нераціонального використання мережевих ресурсів. Варто відзначити, що більшість існуючих засобів не управляють мережею, а лише здійснюють спостереження за її роботою. У результаті можна відзначити, що основною причиною розглянутих недоліків є недосконалість моделей, методів і алгоритмів, на яких засновані технологічні засоби управління мережевими ресурсами.

Тому тематика даної дисертаційної роботи присвячена вирішенню наукової задачі, що полягає у розробці моделей і методу управління мережевими ресурсами в телекомунікаційних мережах, що дозволяють підвищення ефективність її функціонування, на основі використання інтелектуальної багатоагентної системи, є актуальною.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами й темами. Дисертаційна робота пов'язана з положеннями „Концепції національної інформаційної політики”, „Концепції національної програми інформатизації”, „Основних засад розвитку інформаційного суспільства в Україні на 2007-2015 роки” та „Концепції конвергенції телефонних мереж та мереж з пакетною комутацією в Україні”. Матеріали дисертації знайшли застосування в науково-дослідній роботі № 235-1 „Методи проектування телекомунікаційних мереж NGN та управління їх мережними ресурсами”, яка виконувалась кафедрою ТКС ХНУРЕ. У вказаній науково-дослідній роботі дисертант був співвиконавцем. Запропоновані математичні моделі способів управління мережними ресурсами і метод аналізу їх оптимізації використані в навчальному процесі кафедри ТКС ХНУРЕ. Використання результатів дисертаційної роботи підтверджено відповідними актами впровадження.

Мета роботи полягає у підвищенні ефективності управління ресурсами ТКМ шляхом використання інтелектуальної багатоагентної системи.

Завданнями дослідження є:

- аналіз сучасних і перспективних мережних технологій, що використовуються в аналіз мережних технологій, що використовуються в мультисервісних ТКС;

- розробка динамічних математичних моделей управління мережевими ресурсами, шляхом використання інтелектуальної багатоагентної системи;

- розробка методу управління мережними ресурсами, шляхом використання інтелектуальної багатоагентної системи;

- перевірка адекватності запропонованих моделей та метода, оцінка ефективності отриманих на їх основі рішень;

- розробка рекомендацій щодо практичного застосування запропонованих моделей і метода у сучасних і перспективних ТКС.

Об'єктом досліджень - процеси управління мережними ресурсами в телекомунікаційних системах

Предметом досліджень - математичні моделі та метод управління мережними ресурсами ТКС.

Методи дослідження. Основні результати роботи отримані на основі використання ймовірнісно-часових графів та апарату диференційно-різницевих рівнянь, теорії масового обслуговування, теорії черг і теорії ймовірності.

Наукова новизна отриманих результатів. Під час розв'язання поставлених задач автором були отримані наступні нові наукові результати:

- удосконалено систему математичних моделей централізованого, децентралізованого та ієрархічного способів багатоагентного управління ресурсами телекомунікаційної мережі на транспортному рівні, новизна яких полягає у використанні ймовірнісно-часових графів, що дозволило для різних способів управління оцінити ймовірність правильної доставки за заданий час команд управління та інформації про стан телекомунікаційної мережі;

- набула подальшого розвитку методика обгрунтування вибору ефективного способу управління в залежності від стану та розміру телекомунікаційної мережі, на основі результатів порівняльного аналізу за показником імовірності правильної доставки за заданий час централізованого, децентралізованого та ієрархічного способів багатоагентного управління ресурсами телекомунікаційної мережі на транспортному рівні;

- вперше запропоновано метод управління мережними ресурсами з використанням багатоагентної системи, який на підставі результатів порівняльного аналізу дозволяє забезпечити динамічну зміну архітектури системи управління мережними ресурсами в залежності від стану телекомунікаційної мережі.

Практичне значення отриманих результатів. Запропоновані в роботі математичні моделі і метод можуть бути використані під час розв'язання задач управління мережними ресурсами в ТКС: маршрутизації, розподілу пропускної спроможності каналів зв'язку, керування чергами. Крім того, результати дисертаційної роботи використано під час виконання науково-дослідної роботи № 235-1 «Методи проектування телекомунікаційних мереж NGN та управління їх ресурсами», в якій автор виступав співвиконавцем. Запропоновані математичні моделі управління мережними ресурсами і метод аналізу їх оптимізації використані в навчальному процесі кафедри телекомунікаційних систем Харківського національного університету радіоелектроніки, зокрема в дисципліні «Алгоритми управління та адаптації в ТКС». Використання результатів дисертаційної роботи підтверджено відповідними актами впровадження. Отримано патент на корисну модель «Спосіб оцінки ефективності функціонування багатоагентної системи управління» (№ 57304, номер заявки u 2010 07580; заявл. 17.06.2010; опубл. 25.02.2011, Бюл. № 4).

Особистий внесок здобувача. Основні результати дисертаційної роботи отримано самостійно і опубліковано в спеціалізованих фахових виданнях. Зокрема, у роботі [1] автору належить оцінка ймовірність гарантованої якості обслуговування при проведенні лабораторного експерименту; у роботі [2] автором запропоновано модель взаємодії багатоагентної системи динамічного управління ТКС на основі моделі договірних мереж, також був проведений аналіз існуючих методів управління мережними ресурсами та підходів до рішення оптимізаційних задач; у роботі [9] автором був проведений аналіз існуючих підходів щодо вирішення задач оптимального розподілу мережних ресурсів.

Апробація результатів дисертації проводилась протягом дев'яти наукових конференцій (форумів), у тому числі на Міжнародному форумі «Радіоелектроніка та молодь у ХХІ столітті» (Харків, 2007 - 2009); міжнародній науковій конференції «Глобальні інформаційні системи. Проблеми і тенденції розвитку» (Харків, 2007 - 2008); міжнародному радіоелектронному форуму "Прикладна радіоелектроніка. Стан та перспективи розвитку »(Харків, 2008 - 2009); 5-й і 6-й Міжнародній молодіжній науково-технічній конференції „Сучасні проблеми радіотехніки й телекомунікації” (Севастополь, 2009-2010).

Публікації. Основні положення дисертації висвітлено у 13 працях, з яких 9 виконані без співавторства. Серед праць 6 статтей в наукових фахових виданнях, затверджених ВАК України [1, 3, 8]. Отримано патент на корисну модель [13]. Крім того, матеріали дисертації опубліковані в тезах доповідей на науково-технічних конференціях і форумах [1-8].

Структура й обсяг роботи. Дисертація складається зі вступу, чотирьох розділів, висновку, списку використаної літератури, додатку. Загальний обсяг дисертаційної роботи складає 147 сторінок: 129 основного тексту, 56 рисунків, 2 таблиць, 102 бібліографічних джерел на 11 сторінках та 1 додаток.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі розкрито стан дослідженої проблеми, обґрунтовано актуальність теми роботи, сформульовано наукову задачу та визначено мету досліджень. Зазначено наукову новизну та практичне значення отриманих у роботі результа-тів. Наведено дані про публікації автора за темою дисертації.

У першому розділі на основі проведеного дослідження способів управління мережевими ресурсами в ТКС, та використання схеми «менеджер - агент», що дозволило зробити висновок, що найбільш ефективними для існуючих протоколів маршрутизації та їх засобів управління мережевими ресурсами є децентралізований та ієрархічний спосіб управління. Також проаналізувавши дані способи управління, стало очевидним, що відомий лише механізм обміну даними, а механізму управління даними немає. Також варто сказати, що існує проблема координації керуючих рішень, що призводить до загальної неузгодженості при вирішенні завдань управління мережевими ресурсами і в результаті це відбивається на продуктивності ТКС. На основі проведеного аналізу особливостей процесу інформаційного обміну в телекомунікаційних мережах прийнято і обгрунтовано рішення про використання інтелектуальної багатоагентної системи для виконання завдань управління мережевими ресурсами в ТКС. У свою чергу, варто зазначити, що використання інтелектуальної багатоагентно системи дозволяє перейти до повністю автоматизованого управління, що в результаті значно підвищить якість роботи телекомунікаційної мережі.

У другому розділі для оцінки ймовірності своєчасного вирішення завдань динамічного управління було побудовано ймовірнісно-часові графи (ЙЧГ), що описують алгоритм управління ТКС при використанні різних архитектур управління.

Розроблено математичну модель системи динамічного управління ТКС. Дана модель дозволяє досліджувати ефективність різних варіантів побудови системи динамічного управління ТКС з урахуванням якості інформації, кількості мережевих ресурсів, виділених для вирішення задач управління, тимчасових обмежень. Запропоновано метод вибору показника ефективності ТКС, який дозволяє враховувати ефективність виконання основних завдань управління. Це стосується вирішення таких завдань як: управління доступом в мережу, розподіл потоків у ТКС (маршрутизація), керування потоком в мережі. телекомунікація інтелектуальний мережа

Оцінка ефективності системи управління ТКС визначається ймовірністю правильного розподілу мережевих ресурсів системою управління . Значення цієї ймовірності залежить від наступних параметрів: ймовірність повноти перебору всіх можливих альтернатив рішень (); ймовірність повноти інформації про оптимальний розподіл ресурсів () та ймовірності своєчасного вирішення задачі розподілу мережних ресурсів ():

(1)

де - ймовірність того, що попередній розподіл ресурсів виявиться правильним. Необхідно враховувати, що ймовірність правильного рішення має значення в діапазоні від 0 до 1 (тобто). Якщо перебір взагалі не здійснювався, то ймовірність буде дорівнювати . Якщо ймовірність дорівнює нулю, тобто інформація повністю застаріла, тоді ймовірність правильного розподілу ресурсів буде також дорівнювати . Якщо ймовірність дорівнює нулю, тобто рішення прийнято несвоєчасно, тоді ймовірність правильного розподілу ресурсів буде також дорівнювати . Якщо все ймовірності будуть рівні 1, то ймовірність правильного розподілу ресурсів буде також дорівнювати 1.

Ймовірність повноти перебору для інформаційного потоку визначається як співвідношення досліджених альтернатив управління () до загального числа альтернатив (). Так як для перебору всіх можливих варіантів буде потрібно занадто багато часу, що в свою чергу призведе до повільної роботи мережі, то число варіантів альтернатив можна зменшити, використовуючи цілеспрямований перебір. Тобто, число досліджених альтернатив обмежується продуктивністю центру управління та допустимим часом управління (). Яка є сумою часу збору інформації (), прийняття рішення () і доведення керуючої інформації до відповідних мережевих пристроїв ().

Повнота інформації означає наявність необхідної інформації для прийняття правильного рішення. Якщо вся необхідна інформація присутня, то даний показник дорівнює 1. Цей показник можна уявити як співвідношення отриманої інформації управління () до необхідної інформації (). При відсутності інформації ймовірність знижується до величини .

(2)

де - кількість отриманої інформації; - максимальна кількість інформації для ефективного вирішення поставлених завдань.

Для оцінки ймовірності своєчасного вирішення завдань управління необхідно побудувати ЙЧГ, що описує алгоритм управління ТКС при використанні різних архітектур управління. Основними способами розподіленого управління ресурсами ТКС є централізовані, ієрархічні й децентралізовані. Використання ЙЧГ дозволяє досліджувати залежності імовірності прийняття оптимального рішення по розподілу ресурсів мережі і часу роботи системи управління від різних факторів ТКС.

Дані моделі дозволяють розглянути централізований (рис.1), децентралізований (рис.3) і ієрархічний (рис.4) способи управління з урахуванням етапів збору інформації про стан ТКС і її елементів, а так само розсиланням керуючих команд на керовані об'єкти.

На сьогоднішній день існує два основних способи централізованого управління ресурсами ТКС: з одним центром управління та розподілений.
Перший спосіб передбачає наявність одного центру управління ТКС. У цьому випадку управління здійснюється наступним чином. На початку здійснюється збір інформації про стан ТКС і її елементів (рис.1, етап 1). Для цього всі керовані вузли відправляють у центр управління інформацію про стан своїх елементів (рис.1, етап 2). У процесі доставки інформація може застаріти з ймовірністю . Ця ймовірність залежить від тривалості процесу збору інформації. Після отримання інформації про стан керованих об'єктів центр управління вирішує задачу оптимального розподілу ресурсів ТКС (рис.1, етап 3). Знайдене рішення доводиться до всіх керованих вузлів (рис.1, етап 4,5).

Алгоритм функціонування централізованої системи управління ресурсами ТКС з одним центром управління можна описати як на рис.1. На рис. 2 зображений перетворений вид ЙЧГ системи централізованого управління та його функції переходів.

Після еквівалентних перетворень функції переходів мають такий вигляд: - функція переходу з початкового стану в стан правильної безпомилкової передачі пакету одержувачу; - функція переходу з початкового стану в стан доставки пакета в спотвореному вигляді або пакет втрачено.



Рис. 1. ЙЧГ централізованого способу управління

Рис. 2. Перетворений вид ЙЧГ системи централізованого управління та його функції переходів.

Централізований розподілений спосіб управління передбачає взаємний обмін усіх вузлів ТКС один з одним інформацією про свій стан. У результаті всі вузли будуть мати одинакову інформацію про стан всієї ТКС. Використовуючи однакові алгоритми пошуку оптимального розподілення ресурсів, кожен вузол буде вирішувати задачу оптимального управління ресурсів ТКС. Іншими словами кожен вузол являє собою центр управління ТКС.

Алгоритм функціонування централізованої розподіленої системи управління ресурсами ТКС можна описати таким чином:

Рис. 3. ЙЧГ централізованого розподіленого способу управління

У цьому ЙЧГ може бути декілька центрів управління - це вершини , і , на відміну від централізованого способу управління з одним центром управління. Далі процес збору та доставки керуючої інформації такий же як і для централізованого способу управління. Перетворений вид ЙЧГ системи централізованого розподіленого способу управління має вигляд як і для централізованого способу (рис.2), а функції переходів - з початкового стану в стан правильної безпомилкової передачі пакету одержувачу; - з початкового стану в стан доставки пакета в спотвореному вигляді або пакет втрачено.

Традиційна ієрархічна система управління передбачає розбиття системи на рівні. На кожному рівні здійснюється управління підлеглими об'єктами управління. ЙЧГ ієрархічного способу управління зображений на рис. 4.

У цьому ЙЧГ вершини відповідають кількості рівнів ієрархії. А , і відповідають ймовірності того, що на даному рівні достатньо інформації для прийняття оптимального рішення. Далі буде збір інформації про стан елементів ТКС і ця інформація може бути доставлена правильно , з невиявленою помилкою і втрачена .

Рис. 4. ЙЧГ ієрархічного способу управління

Алгоритм ієрархічного управління такий як і для централізованого способу. Перетворений вид ЙЧГ системи ієрархічного способу управління має вигляд як і для централізованого способу (рис. 2.), а функції переходів - з початкового стану в стан правильної безпомилкової передачі пакету одержувачу; - з початкового стану в стан доставки пакета в спотвореному вигляді або пакет втрачено.

При децентралізованому способі управління завдання управління може бути пов'язане з розподілом локальних ресурсів з ймовірністю . Рішення завдання управління може бути пов'язано з розподілом ресурсів сусідніх вузлів з ймовірністю . Задача розподілу ресурсів може бути пов'язана з перерозподілом ресурсів всієї мережі з ймовірністю .

Особливістю даного способу є те, що немає збору інформації про стан елементів ТКС. Інформація про стан ТКС може застаріти з ймовірністю . Якщо інформація не застаріла, то з ймовірністю за час локальний вузол може прийняти оптимальне рішення про розподіл ресурсів.

У цьому ВВГ вершини , , відповідають випадку коли в мережі ло-кальний трафік, а вершина відповідає випадку, коли в мережі глобальний трафік. ЙЧГ децентралізованого способу управління зображений на рис. 5.

Рис. 5. ЙЧГ децентралізованого способу управління

Перетворений вид ЙЧГ системи ієрархічного способу управління має вигляд як і для централізованого способу (рис.2.), а функції переходів - з початкового стану в стан правильної безпомилкової передачі пакету одержувачу, де - ймовірність прийняття оптимального рішення про розподіл ресурсів локальним вузлом, - ймовірність того, що на даному рівні достатньо інформації для прийняття оптимального рішення; - з початкового стану в стан доставки пакета в спотвореному вигляді або пакет втрачено.

Таким чином, проведений аналіз існуючих способів управління мережевими ресурсами в ТКС. Також варто відзначити, що в централізованому, децентралізованому і иєрархічному способах управління кожному вузлу телекомунікаційної мережі відповідає агенту, який може виконувати покладені на нього завдання. Отже, кожен ЙЧГ, що описує певний спосіб управління це і є багатоагентна система для окремого випадку.

Застосування різних обчислень, вироблених на таких ЙЧГ, дозволяють, наприклад, знайти найкоротший шлях або спланувати оптимальний маршрут.

У третьому розділі запропоновано метод управління мережними ресурсами з використанням багатоагентної системи, який на підставі результатів порівняльного аналізу дозволяє забезпечити динамічну зміну архітектури системи управління мережними ресурсами в залежності від стану телекомунікаційної мережі. Метод базується на розв'язанні моделей (рис.1,3,4) запропонованих у другому розділі та функціях переходів, які описують дані моделі. Для цього був проведений аналіз ймовірнісно-часових характеристик централізованого, централізованого розподіленого, ієрархічного та децентралізованого способів управління ресурсами ТКС. У результаті даного аналізу були побудовано залежності оптимального розподілу ресурсів від коефіцієнта , що визначає ефективність алгоритмів пошуку оптимального рішення, а також залежності ймовірності оптимального рішення і часу рішення від завантаження мережі для різних розмірів мереж і для різних способів управління.

Для ефективного аналізу необхідно розділити ТКС за розмірами на великі, середні і малі. Під великими мережами будемо розуміти мережі, які складаються з 50 і більше вузлів комутації. Під середніми мережами будемо розуміти мережі, в яких число вузлів більше 10 і менше 50. Під малими мережами будемо розуміти мережі, в яких не більше 10 вузлів.

Розмір мережі впливає на час збору інформації, на час розсилки керуючих впливів і на ймовірність прийняття рішення з оптимального розподілу мережних ресурсів. Час збору інформації буде визначатися максимальною відстанню між центром прийняття рішення і керованим об'єктом. Під відстанню в даному випадку будемо розуміти кількість вузлів комутації, через яке необхідно передати службову інформацію.

Для подальших досліджень було прийнято, що при передачі даних використовуються якісні канали зв'язку з високою вірогідністю передачі інформації. Для розрахунків були прийняті значення параметрів: ймовірність виявлення помилки , у свою чергу ймовірність не виявлення помилки на кілька порядків менше (). Будемо вважати, що характеристики каналів зв'язку однакові, як при доставці керуючої інформації, так і при доставці квитанції. Тоді ймовірність правильної доставки квитанції дорівнює ймовірності правильної доставки інформації (). Ймовірність втрати пакету залежить від завантаження каналів і від ємності передавального пристрою (ЗП) і визначається виразом:

(3)

Приймемо значення ємності ЗП , що характерно для алгоритму обслуговування черг з абсолютним пріоритетом PQ (Priority Queuing).
Для дослідження залежності ефективності системи динамічного керування для різних типів архітектури управління зафіксуємо ймовірність втрати повідомлення на рівні .

Було побудовано ймовірносно-часові характеристики централізованого способу управління.

а) велика мережа б) середня мережа

в) маленька мережа

Рис.6. Залежність ймовірності правильного рішення з розподілу ресурсів від коефіцієнта

Дані залежності побудовані для різних функцій старіння інформації. Перший графік відповідає випадку, коли інформація не старіє. Другий графік побудований для випадку, коли інформація повільно старіє. Третій графік побудований для випадку, коли інформація про стан елементів мережі швидко старіє. З наведених залежностей видно, що із зростанням ефективності алгоритмів пошуку оптимального розподілу ресурсів, ефективність системи розподілу зростає. З графіків також видно, що якщо інформація не старіє, то ефективність централізованого способу управління практично не залежить від розміру мережі (рис. 6). Якщо інформація старіє, то ефективність централізованого способу зменшується, і, чим більше розмір мережі, тим гірше ефективність централізованого способу управління.

Виникає необхідність у побудові залежності часу рішення від завантаження каналів для різних розмірів мереж (великих, середніх і малих) для централізованого способу управління.

Рис.7. Залежність часу рішення від завантаження каналів для різних розмірів мереж

а) велика мережа б) середня мережа

в) маленька мережа

Рис.8. Залежність ймовірності правильного рішення від завантаження каналів

На рис.8 наведено залежності ймовірності правильного рішення від завантаження каналів для різних розмірів мереж з використанням централізованого способу управління.

Також були проаналізовані ймовірнісно-часові характеристики централізованого розподіленого способу управління, децентралізованого та ієрархічного і побудовані такі ж самі залежності ймовірності оптимального розподілу ресурсів від різних показників.

На основі проведеного аналізу математичних моделей управління ре-сурсів ТКС в дисертаційній роботі пропонується метод, що дозволяє ефективно управляти розподілом ресурсів у ТКС в різних умовах. Іншими словами, в залежності від таких показників:

1. Розмір мережі (велика, мала або середня);

2. Особливості реалізації різних алгоритмів пошуку правильного рішення по розподілу ресурсів мережі;

3. Завантаженість мережі (3);

4. Число транзитних вузлів

Таким чином, запропонований метод розподілу ресурсів включає такі етапи:

- по-перше, якщо розмір мережі маленький, число транзитних вузлів, то пропонується використання централізованого способу управління ресурсами. Або число транзитних вузлів , то тоді пропонується використання централізованого розподіленого способу управління ресурсами.

- по-друге, якщо розмір мережі середній, число транзитних вузлів, то пропонується використання централізованого способу управління ресурсами. Число транзитних вузлів , то тоді пропонується використання ієрархічного або децентралізованого способу управління ресурсами.

- по-третє, якщо розмір мережі великий, число транзитних вузлів, то пропонується використання централізованого розподіленого або ієрархічного способу управління ресурсами. Число транзитних вузлів , то тоді пропонується використання ієрархічного або децентралізованого способу управління ресурсами.

Тобто враховуючи ці всі показники для ефективного розподілу мережевих ресурсів пропонується використання певного способу управління (централізованого, централізованого розподіленого, ієрархічного та децентралізованого способів) в ТКС.

У четвертому розділі проведено експериментальні дослідження розроблених моделей та методу щодо розподілу мережевих ресурсів з використанням пакетів аналітичного моделювання (MatLab v.7 R.14) і засобів натурного експерименту на реальному телекомунікаційному обладнанні. Адекватність запропонованих моделей та достовірність отриманих результатів моделювання була підтверджена збігом теоретичних досліджень із результатами моделювання, а також натурного експерименту.

У рамках кількісного аналізу отриманих аналітичних та математичних моделей і порівняння їх з раніше відомими рішеннями зроблені висновки про ефективність запропонованих моделей і методу управління мережевими ресурсами в ТКС. Дана ефективність визначається поліпшенням якості обслуговування по часу затримки на 7 - 14%; за ймовірністю втрат пакетів на 10 - 15%; за ймовірністю своєчасної доставки пакетів вздовж шляхів ТКС в середньому на 3-7%.

Спочатку при проведенні експерименту знімалася кількісна статистика розподілу пакетів вздовж різних шляхів з інтерфейсів транзитних вузлів без використання стандартних метрик протоколу. З огляду на те, що операціонна система маршрутизаторів компанії Cisco дозволяє змінювати параметр пропускної здатності (bandwidth) і ємність буферного запам'ятовуючого пристрою, то шляхом варіації цих параметрів і знімалися параметри середньої затримки доставки пакетів (топологічна затримка, тобто потрібне час доставки пакета адресату по вибраному шляху з урахуванням завантаження мережі). При цьому варто сказати, що параметри середньої затримки доставки пакетів аналізувалися для різних способів управління (централізований, децентралізований і ієрархічний), з урахуванням різних розмірів мережі. Іншими словами, при проведенні експерименту імітується робота агентів залежно від ситуації в мережі, тобто в залежності від способів управління і від розміру досліджуваної мережі.



Рис. 9. Залежність середньої затримки від часу рішення з розподілу ресурсів для різних розмірів мереж

З графіків видно, що зі збільшенням часу рішення середній час затримки пакетів значно зростає, але якщо на певному етапі для разних розмірів мереж перейти до потрібного способу управління (централізований, децентралізований або ієрархічний), то середній час затримки пакетів почне значно зменшуватися. З використанням запропонованого методу час затримки пакетів в середньому знижуються на 10-13 %.

Крім того, використання запропонованого у роботі методу вибору певного способу управління в умовах розподіленого управління мережними ресурсами дозволило підвищити в 1.3-1.9 раз оперативність рішень щодо управління (рис.9) ресурсами, а також підвищити на 17-23% продуктивність системи, при цьому залишаючи об'єм службового навантаження.

Також у четвертому розділі розроблено рекомендації щодо практичної реалізації запропонованих в дисертаційній роботі моделей і метода управління ресурсами мережі, які ґрунтуються на результатах їх експериментального дослідження.

ВИСНОВКИ ПО РОБОТІ

У дисертаційній роботі з метою підвищення ефективності управління мережевими ресурсами ТКС шляхом використання багатоагентної системи вирішена актуальна наукова задача, пов'язана з розвитком і вдосконаленням методів управління мережними ресурсами в ТКС. У результаті рішення поставленої наукової задачі можна зробити наступні висновки:

1. На основі проведеного аналізу існуючих рішень в області управління в мультисервісних ТКС, було відзначено, що рівень ефективності засобів управління мережевими ресурсами досить низький, що визначається недосконалістю їх математичних моделей і негативно впливає на загальну продуктивність ТКС.

2. У дисертаційній роботі розроблено математичні моделі управління мережевими ресурсами ТКС на основі децентралізованого, централізованого, централізованого розподіленого та ієрархічного способів управління, реалізованого у вигляді розподіленої інтелектуальної багатоагентної системи.

3. Також в даній дисертаційній роботі набула подальшого розвитку методика обгрунтування вибору ефективного способу управління в залежності від типу трафіку, стану та розміру телекомунікаційної мережі, на основі результатів порівняльного аналізу за показником імовірності правильної доставки за заданий час централізованого, децентралізованого та ієрархічного способів багатоагентного управління ресурсами телекомунікаційної мережі на транспортному рівні.

4. Запропоновано математичну модель управління мережевими ресурсами ТКС, перевагою якої є використання показника ефективності функціонування багатоагентної системи управління ТКС. На відміну від інших показників ефективності, які використовувались раніше, застосування системи управління запропоновано оцінювати за допомогою показника, який враховує час доставки, важливість і ймовірність втрати.

5. Вперше був розроблений, запропонований метод управління мережевими ресурсами ТКС, який дозволяє в залежності від ситуації в мережі та розміру мережі, вибрати потрібний спосіб управління, який би забезпечував оптимальний розподіл ресурсів. Перевага даного методу складається в динамічній зміні архітектури системи управління мережевими ресурсами ТКС в залежності від стану ТКС, що дозволяє підвищити ефективність розподілу мережевих ресурсів

6. Результати, отримані в ході порівняльного аналізу, свідчать про те, що використання розроблених у другому і третьому розділах моделей і методу управління мережевими ресурсами дозволяють поліпшити якість обслуговування за часом затримки на 7 - 14%; за ймовірністю втрат пакетів на 10 - 15%, по ймовірності своєчасної доставки пакетів у середньому на 3-7%, для реалізації запропонованих моделей щодо вже відомих. Також було проведено експериментальні дослідження з використанням засобів натурного експерименту на реальному мережному обладнанні.

7. Запропоновані моделі та метод управління ресурсами ТКС за своїм змістом відповідають вимогам сучасних концепцій управління мережними ресурсами, наприклад Traffic Engineering та ін. Практична реалізація розроблених моделей та метода не пов'язана з повною заміною обладнання, а тільки лише часткова або ж доповнення до вже існуючого обладнання.

8. На основі результатів експериментальних досліджень запропонованих моделей засобами аналітичного моделювання, а також натурної моделі зроблено висновок про оцінки адекватності побудованих моделей і достовірності отриманих результатів моделювання.

А також розроблені рекомендації щодо практичної реалізації результатів дисертаційної роботи.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ

1. Холодкова А.В. Формализация задачи управления качеством телекоммуникационной системы / В.С. Крикун // Радиотехника. - 2008. - № 155. - С. 133-136.

2. Руккас К.М. Функционирование многоагентной системы динамического управления компьютерными сетями./А.В.Холодкова//13-й міжнародний молодіжний форум "Радіоелектроніка і молодь в XXI ст.": Зб. матеріалів форуму. - Харків: ХНУРЕ. - 2009. - С.183.

3. Холодкова А.В. Модель взаимодействия многоагентной системы динамического управления телекоммуникационной системы на основе модели договорных сетей / А.В. Холодкова// Радиотехника. - 2009. - № 159. - С. 74-78.

4. Холодкова А.В. Сравнительный анализ протоколов сигнализации в мобильных телекоммуникационных сетях связи /А.В. Холодкова// 3-й междунароздный радиоэлектронный форум "Прикладная радиоэлектроника. Состояние и перспективы развития (МРФ 2008) ": Сб. науч. трудов - Харків: ХНУРЕ. - 2008. - Т.2. - С. 120-122.

5. Холодкова А.В. Постановка задачи динамического управления сетевыми ресурсами ТКС. /А.В. Холодкова// Науково-технічна конференція "Проблеми телекомунікацій": Збірник тез. К.: НТУУ "КПІ", 2010. - С.193

6. Холодкова А.В. Постановка задачи оптимального распределения сетевых ресурсов ТКС. /А.В. Холодкова//14-й міжнародний молодіжний форум "Радіоелектроніка і молодь в XXI ст.": Зб. матеріалів форуму. - Харків: ХНУРЕ. - 2010. - С. 181.

7. Холодкова А.В. Постановка задачи динамического управления для отельного потока ТКС. /А.В. Холодкова// 6-я Международная молодежная научно-техническая конференция «Современные проблемы радиотехники и телекоммуникаций РТ-2010», 19-24 апреля 2010. - Севастополь: Изд-во СевНТУ. - 2010. - С.48.

8. Холодкова А.В. Постановка задачи выбора показателя эффективности управления ТКС. /А.В.Холодкова// Восточно-Европейский журнал передових технологий. - Харьков. - 1/3(49) 2011.- С.20-21.

9. Холодкова А.В. Структура многоагентной системы динамического управления центра коммутации. /А.В. Холодкова// 5-я Международная молодежная научно-техническая конференция «Современные проблемы радиотехники и телекоммуникаций РТ-2009», 20-25 апреля 2009. - Севастополь: Изд-во СевНТУ. - 2009. - С.50.

10. Холодкова А.В. Модель взаимодействия многоагентной системы управления ТКС/А.В. Холодкова// Вестник НТУ «ХПИ»: Сб.научных трудов, 08 февраля 2011. -Харьков. - №2. - С.113-117.

11. Холодкова А.В. Модель сбора информации о состоянии ТКС и ее элементов /А.В. Холодкова// Радиотехника. - 2010. - № 163. - С. 73-78.

12. Холодкова А.В. Координация агентов в модели договорных сетей /А.В. Холодкова// Международный журнал научных исследований «TELECOMMUNICATION SCIENCES» // Програма. К.: НТУУ "КПІ", Том 1 № 1 Июль-Декабрь 2010. - С. 43.

13. Пат. № 57304 Україна, МПК (2011.01) G06G 3/00. Спосіб оцінки ефективності функціонування багатоагентної системи управління/Холодкова А.В.; власник Харьковский національній університет радіоелектроніки. - номер заявки u 2010 07580; заявл. 17.06.2010; опубл. 25.02.2011, Бюл. № 4

АНОТАЦІЯ

Холодкова А.В. Моделі і метод управління мережними ресурсами в телекомунікаційних мережах на основі використання багатоагентної системи. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.12.02 - Телекомунікаційні системи і мережі. - Харківський національний університет радіоелектроніки, Харків, 2011.

Дисертацію присвячено розв'язанню актуальної науково-прикладної задачі, що в удосконаленні засобів управління передачею даних на транспортному рівні еталонної моделі взаємодії відкритих систем шляхом розробки математичних моделей та методу управління мережними ресурсами за допомогою багатоагентної системи, що дало можливість підвищити продуктивність мультисервісних телекомунікаційних мереж

Удосконалено систему математичних моделей централізованого, децентралізованого та ієрархічного способів багатоагентного управління ресурсами телекомунікаційної мережі на транспортному рівні, новизна яких полягає у використанні ймовірнісно-часових графів, що дозволило для різних способів управління оцінити ймовірність правильної доставки за заданий час команд управління та інформації про стан телекомунікаційної мережі.

Розроблено метод управління мережними ресурсами з використанням багатоагентної системи, який на підставі результатів порівняльного аналізу дозволяє забезпечити динамічну зміну архітектури системи управління мережними ресурсами в залежності від стану телекомунікаційної мережі.

Ключові слова: багатоагентна система, управління мережними ресурсами, телекомунікаційна мережа.

Холодкова А.В. Модели и метод управления сетевыми ресурсами в телекоммуникационных сетях на основе использования многоагентной системы. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.12.02 - Телекоммуникационные системы и сети. - Харьковский национальный университет радиоэлектроники, Харьков, 2011.

Диссертация посвящена решению актуальной научно-прикладной задачи, заключающейся в развитии и совершенствовании методов управления сетевыми ресурсами в ТКС на транспортном уровне эталонной модели взаимодействия открытых систем путем разработки математических моделей и метода управления сетевыми ресурсами на основе использования многоагентной системы, а также динамических моделей, построенных на основе аналитического моделирования и натурного эксперимента, что позволяет обеспечить заданное качество обслуживания.

Усовершенствована система математических моделей централизованного, децентрализованного и иерархического способов многоагентного управления ресурсами телекоммуникационной сети на транспортном уровне, новизна которых состоит в использовании вероятностно-временных графов, что позволило для разных способов управления оценить вероятность правильной доставки за заданное время команд управления и информации о состоянии телекоммуникационной сети.

В рамках рассматриваемой задачи и проведеного анализа показано, что существенное место в ТКС занимают способы и средства управления сетевыми ресурсами. Поэтому в работе была предложена методика обоснования выбора эффективного способа управления в зависимости от типа трафика, состояния и размера телекоммуникационной сети, на основе результатов сравнительного анализа по показателю вероятности правильной доставки за заданное время централизованного, децентрализованного и иерархического способов многоагентного управления ресурсами телекоммуникационной сети на транспортном уровне.

Разработан метод управления сетевыми ресурсами с использованием многоагентной системы, на основании результатов сравнительного анализа позволяет обеспечить динамическое изменение архитектуры системы управления сетевыми ресурсами в зависимости от состояния телекоммуникационной сети.

Ключевые слова: многоагентные системы, управление сетевыми ресурсами, телекоммуникационная сеть.

Kholodkova A. V. Model and method for managing network resources in communication networks using multi-agent system.- Manuscript.

Dissertation for the candidate's degree of technical science in a specialty 05.12.02 - telecommunication systems and networks. - Kharkiv National University of Radio and Electronics, Kharkоv. 2011.

The dissertation is devoted to an actual applied problem, which is to develop and improve methods of network resources in the CBC, and their dynamic models, based on analytical modeling and field experiments that provide the specified quality of service.

The method of network resources using multiagent system, which based on the results of comparative analysis allows for dynamic change of the control system architecture network resources depending on the state telecommunications network.

Keywords: multiagent systems, network resources management, telecommunications network.

Размещено на Allbest.ru

...