Имитационное моделирование сегмента сети оперативной связи фиксированной топологии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Имитационное моделирование сегмента сети оперативной связи фиксированной топологии

А.А. Гладких¹, С.Д. Данилов¹, Р.В. Климов²

Аннотация. Обоснованна необходимость моделирования сетей оперативной связи гарантированной надежности с известными параметрами трафика в условиях близких к критическим. Представлен подход к осуществлению имитационного моделирования сегмента сети фиксированной топологии. Произведен анализ достоверности результатов моделирования с использованием испытательного стенда.

Ключевые слова: оперативная связь, имитационное моделирование, мультисервисная сеть связи.

SIMULATION MODELING OF THE OPERATIONAL COMMUNICATION NETWORK SEGMENT WITH FIXED TOPOLOGY

А.А. Gladkikh¹, S.D. Danilov¹, R.V. Klimov²

¹ Ulyanovsk state technical University (UlSTU), Ulyanovsk, Russia

² Nizhny Novgorod State University of Engineering and Economics, Knyaginino, Russia

Abstract. The work justifies the need to model networks of operational connection with guaranteed reliability with known traffic parameters in conditions close to critical. The article presents an approach to the implementation of simulation modeling of a fixed topology network segment. The authors analyzed the reliability of the simulation results using a test bench.

Keywords: operational communication, simulation, multiservice communication network.

1. Введение

В настоящее время широкое распространение получают сети связи, предназначенные для осуществления транспортировки информации различных классов обслуживания, в том числе мультимедиа и оперативной информации. К подобным системам связи предъявляются особые требования в области надежности транспортной инфраструктуры, гарантированному уровню задержек, нестабильности задержки и потере пакетов. Основной негативный вклад на качество передачи данных через проводные линии связи оказывают процессы, происходящие в коммутационном оборудовании. Особое значение в данном вопросе занимают процессы заполнения буфера пакетов и фильтрации трафика, вносящие значительную долю в параметр задержки и ее нестабильности, а так же приводящие к утрате отдельных пакетов, в случае переполнения буфера.

Отдельный интерес представляют локальные сети связи, реализуемые на объектах подверженных влиянию деструктивных факторов, способных привести к повреждению отдельных линий связи, устройств коммутации и оконечных устройств. В подобных условиях сеть связи переходит в неустойчивый режим передачи, выход из которого достигается перестроением маршрутов следования пакетов, что является затратным по времени процессом. Кроме того, в условиях вынужденного перенаправления информационных потоков, возрастает нагрузка на соседние узлы связи, что в свою очередь приводит к превышению допустимого уровня задержек и потерь пакетов. В условиях функционирования объектов с оперативным циклом управления, возникновение подобных ситуаций является недопустимым, и должно исключаться на этапе проектирования системы.

Имитационное моделирование поведения системы связи в различных условиях функционирования позволяет получить наиболее точную картину, пригодную для дальнейшего использования в ходе проектировании транспортной сети описанных выше объектов.

2. Общее описание модели

За основу описываемой имитационной модели взята технология коммутационного оборудования с раздельной памятью. Подобный выбор коммутационного оборудования обусловлен широким распространением такого технологического решения в существующих сетях, а так же относительной простотой его реализации в ходе программного моделирования. Обобщенная структурная схема имитационной модели с указанием вводных данных и генерируемых отчетов представлена на рисунке 1.

Рис. 1. Структурная схема имитационной модели

Модель описывается путем внесения набора параметров для множества генераторов трафика , множества устройств коммутации и множества потоков . При этом в модель базируется на следующих допущения:

- генератор трафика может осуществлять передачу нескольких потоков данных , обладающих разными свойствами;

- все генераторы трафика подключаются непосредственно к устройствам коммутации, что исключает сетевые коллизии;

- устройства коммутации строятся по технологии коммутаторов с разделяемой памятью;

- линии связи являются идеальными, т.е. не вносят в передаваемые пакеты, случайных искажений;

- распространение пакетов по линиям связи происходи за один такт модельного времени;

- потоки данных является полностью детерминированным.

Значимыми показателями потока является объем полезных данных, передаваемых в его рамках (Байт/с) и размер передаваемого пакета . Из имеющихся сведений очевидно, что интенсивность потока генерируемых пакетов будет . При учете допущений, что поток поступающих пакетов является простейшим, время генерации каждого пакета может быть определено как:

трафик имитационный моделирование

где - номер передаваемого пакета, - коэффициент смещения времени отправки, позволяющий распределить отправку пакеты разных потоков.

Параметрами коммутационного оборудования являются размер буфера пакетов (Байт) и интенсивность обработки пакетов минимальной длины . Такт модельного времени задается параметром времени обработки одного пакета минимальной длины:

.

В модели учитывается линейная зависимость времени обработки пакета от длины пакета данных, таким образом время обработки пакетов каждого из потоков может быть оценено как:

,

где - минимальный размер пакета.

В ходе функционирования модели производится автоматическая генерация маршрутов передачи потоков через транспортную сеть и формирование соответствующего набора коммутационных таблиц. Для осуществления предсказания всех возможных событий перераспределения трафика данных, возникающего в случае отказа отдельных коммутационных узлов, осуществляется дополнительная генерация коммутационных таблиц для событий дегенерации.

В ходе основного цикла функционирования модели генераторами трафика осуществляется передача в линии связи пакетов соответствующего подмножества потоков. При поступлении пакетов в память коммутатора осуществляется фиксация этого пакета в памяти буфера и его обработка согласно выбранной дисциплине обслуживания.

Исходя из допущений события утраты пакета и превышения допустимого уровня задержки могут быть вызваны только степенью заполнения буферов коммутаторов, которая может быть отслежена с использованием статистики поведения буферов коммутатора. Пример графического представления отчета о состоянии заполненности буфера коммутатора представлен на рисунке 2.

Рис. 2. Степень заполнения буфера коммутатора от времени.

Очевидно, что в случае превышения объема буфера суммарным объемом поступающих пакетов происходит блокирование коммутатора и отбрасывание всех новых входящих пакетов, до высвобождения памяти. Подобные события фиксируются моделью и выдаются в форме соответствующих отчетов.

Получателем пакетов данных осуществляется оценка времени задержки передаваемого пакета и его сравнения с допустимым временем задержки.

Совокупность полученных отчетов позволяет осуществлять оценку пригодности разрабатываемой сетевой топологии и выбора оборудования для применения в условиях передачи данных с различными заранее известными параметрами и классами обслуживания.

3. Заключение

Применение описанной модели позволяет осуществлять выявление "узких" мест в сети передачи данных на этапе ее проектирования. В случае возникновения необходимости осуществления моделирования функционирования модели в условиях дегенерации сети подобное событие может быть сымитировано путем удаления из имеющейся топологии отдельных коммутаторов или линий связи. При этом моделью осуществляется автоматическое перераспределение трафика данных в транспортной сети.

4. Благодарности

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ и Правительства Ульяновской области в рамках научного проекта № 16-47-732011\19.

Литература

1. Бойченко М. К., Иванов И.П., Кондратьев А.Ю. Функциональная модель ненагруженных Ethernet-коммутаторов. // Вестник Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана. Серия: Приборостроение, 2016, № 3(108). - С. 129-138.

References

1. Boychenko, M.K., Ivanov, I.P., Kondrat'ev, A.Yu., Functional Model of Unlouded Ethernet-Switches. // Herald of the Bauman Moscow State Technical University. Instrument Engineering, 2016, No. 3(108). - Pp. 129-138.

Размещено на Allbest.ru