P
Исследование качественных показателей обработки информационных потоков в IP сетях с применением тензорной методологии
»
Блог
Краткое описание
ноя 18, 2011 | 11:11
С момента появления сети Арпанет (ARPANET) оценка вероятностно-временных характеристик является одной из основных задач эксплуатации пакетных сетей и с развитием технологий сетей передачи данных остается актуальной. Исследование вероятностно-временных характеристик (ВВХ) IP(InternetProtocol) сети является одной из актуальных задач развития современных инфокоммуникационных сетей, т.к. именно данные характеристики позволяют оценить качество обслуживания (QoS– QualityofService) информационных потоков в исследуемых сетях. Исследуемыми параметрами при этом являются: вероятность потери пакета, вероятность занятости мест ожидания в запоминающих устройствах, среднее время задержки пакета в системе, дисперсия времени задержки пакета. Данные характеристики позволяют задать определенный уровень обслуживания для различных видов информационных потоков с целью обеспечения оптимального распределения ресурсов сети.
Однако, изменяющаяся структура сети, многовариантность маршрутов передачи информационных потоков, динамическое распределение ресурсов узлов, гетерогенность потоков и т.д., все это усложняет задачу определения ВВХ, а в некоторых случаях приводит к невозможности решения поставленной задачи классическими методами теории систем и сетей массового обслуживания. Учитывая современный подход к построению моделей обеспечения качества обслуживания, связанный с определением уровней приложения и виртуальной сети (с выделением следующих подуровней: независимый от технологии сети, сигнальный подуровень и зависимый от технологии сети), а также с выделением плоскостей управления, приложений и опорной сети; требуется обеспечить решение задачи обеспечения уровня QoS на каждом уровне модели.
Моделирование процесса обслуживания запросов абонентов условно можно разделить на три этапа: этап запроса услуги (направление передачи информации от абонента к опорной сети, установление путей передачи информации), этап предоставления услуги (направление передачи информации, как от абонента, так и к абоненту), этап завершения предоставления услуги. Следовательно, можно выделить несколько различных сетевых структур, которые в совокупности будут определять общую модель обработки информационных и сигнальных потоков в исследуемой сети.
Рассматривая интерфейсный уровень взаимодействия узлов, любому устройству IP сети можно сопоставить модель сети массового обслуживания, каждая система которой будет моделировать отдельный физический интерфейс устройства передачи информации (входной/выходной интерфейс). Рассматриваемый интерфейс можно представить в виде одноканальной системы массового обслуживания с условными потерями, но для большего соответствия реальному объекту можно ограничить число мест ожидания.
На следующем (канальном) уровне можно рассматривать уже не только физические соединения, существующие между узлами, а учитывать направления передачи к узлам сети. Каждое направление будет задано отдельной системой массового обслуживания, тип которой определяется дисциплиной обслуживания реальной системы обработки информационных потоков. Также, необходимо учитывать, что основные функциональные зависимости (ВВХ) исследуемых показателей являются функциями от загрузки устройств (систем массового обслуживания).
С целью применения тензорного анализа к задаче оценки ВВХ, как показателей QoS, была создана программная система, реализующая тензорный подход к решению поставленной задачи. В разработанной программной системе используется следующая последовательность этапов анализа сети.
Определяется структура примитивной сети, и задаются матричные компоненты, описывающие примитивную сеть. Векторы интенсивностей потоков поступления и загрузок имеют столько элементов, сколько имеется ветвей, и содержат соответствующие величины для каждой из ветвей.
Находится матрица преобразования A. Относительно первого узла в новой сети выбирается kновых независимых «узловых» загрузок. Для каждой отдельной ветви загрузки примитивной (вспомогательной) сети выражаются через «узловые» загрузки исходной сети. Коэффициенты при новых загрузках образуют матрицу преобразования A.
Далее, определяется матричное уравнение, решение которого позволяет найти вектор «узловых» загрузок и определить коэффициенты использования узлов в сети, что позволяет определить требуемые ВВХ (как по отдельным системам, так и всей сети в целом) и распределение интенсивностей потоков по узлам сети.
Рассмотренная последовательность этапов и разработанный теоретический аппарат хорошо формализуются, что позволяет, используя доступные вычислительные и программные средства, обеспечить реализацию тензорного подхода в программной системе.
В результате реализации тензорного подхода к задаче оценки QoS, разработанная программная система позволяет обеспечить: возможность построения любых топологий схем; и возможность выбора модели для каждой ветви схемы. При этом, результатом работы являются: длины очередей и время задержки в ветвях, а также вероятности переполнения буферов и стационарные вероятности состояний для каждой ветви, выбранного маршрута и всей сети в целом.
Однако, изменяющаяся структура сети, многовариантность маршрутов передачи информационных потоков, динамическое распределение ресурсов узлов, гетерогенность потоков и т.д., все это усложняет задачу определения ВВХ, а в некоторых случаях приводит к невозможности решения поставленной задачи классическими методами теории систем и сетей массового обслуживания. Учитывая современный подход к построению моделей обеспечения качества обслуживания, связанный с определением уровней приложения и виртуальной сети (с выделением следующих подуровней: независимый от технологии сети, сигнальный подуровень и зависимый от технологии сети), а также с выделением плоскостей управления, приложений и опорной сети; требуется обеспечить решение задачи обеспечения уровня QoS на каждом уровне модели.
Моделирование процесса обслуживания запросов абонентов условно можно разделить на три этапа: этап запроса услуги (направление передачи информации от абонента к опорной сети, установление путей передачи информации), этап предоставления услуги (направление передачи информации, как от абонента, так и к абоненту), этап завершения предоставления услуги. Следовательно, можно выделить несколько различных сетевых структур, которые в совокупности будут определять общую модель обработки информационных и сигнальных потоков в исследуемой сети.
Рассматривая интерфейсный уровень взаимодействия узлов, любому устройству IP сети можно сопоставить модель сети массового обслуживания, каждая система которой будет моделировать отдельный физический интерфейс устройства передачи информации (входной/выходной интерфейс). Рассматриваемый интерфейс можно представить в виде одноканальной системы массового обслуживания с условными потерями, но для большего соответствия реальному объекту можно ограничить число мест ожидания.
На следующем (канальном) уровне можно рассматривать уже не только физические соединения, существующие между узлами, а учитывать направления передачи к узлам сети. Каждое направление будет задано отдельной системой массового обслуживания, тип которой определяется дисциплиной обслуживания реальной системы обработки информационных потоков. Также, необходимо учитывать, что основные функциональные зависимости (ВВХ) исследуемых показателей являются функциями от загрузки устройств (систем массового обслуживания).
С целью применения тензорного анализа к задаче оценки ВВХ, как показателей QoS, была создана программная система, реализующая тензорный подход к решению поставленной задачи. В разработанной программной системе используется следующая последовательность этапов анализа сети.
Определяется структура примитивной сети, и задаются матричные компоненты, описывающие примитивную сеть. Векторы интенсивностей потоков поступления и загрузок имеют столько элементов, сколько имеется ветвей, и содержат соответствующие величины для каждой из ветвей.
Находится матрица преобразования A. Относительно первого узла в новой сети выбирается kновых независимых «узловых» загрузок. Для каждой отдельной ветви загрузки примитивной (вспомогательной) сети выражаются через «узловые» загрузки исходной сети. Коэффициенты при новых загрузках образуют матрицу преобразования A.
Далее, определяется матричное уравнение, решение которого позволяет найти вектор «узловых» загрузок и определить коэффициенты использования узлов в сети, что позволяет определить требуемые ВВХ (как по отдельным системам, так и всей сети в целом) и распределение интенсивностей потоков по узлам сети.
Рассмотренная последовательность этапов и разработанный теоретический аппарат хорошо формализуются, что позволяет, используя доступные вычислительные и программные средства, обеспечить реализацию тензорного подхода в программной системе.
В результате реализации тензорного подхода к задаче оценки QoS, разработанная программная система позволяет обеспечить: возможность построения любых топологий схем; и возможность выбора модели для каждой ветви схемы. При этом, результатом работы являются: длины очередей и время задержки в ветвях, а также вероятности переполнения буферов и стационарные вероятности состояний для каждой ветви, выбранного маршрута и всей сети в целом.
