Введение к работе
Актуальность темы. Эффективность использования полосы пропускания канала всегда была актуальной задачей, но ее важность возросла в последние годы в связи с появлением все более жестких требований к качеству обслуживания (QoS). Для обеспечения необходимых требований к различным потокам данных используются два метода QoS: управление перегрузкой и предотвращение перегрузок. Первый метод основан на присвоении квот и приоритетов потокам, и в случае перегрузки, потоки получают качество, ограниченное их квотой и приоритетом (например, WRR - Weighted Round Robin). Второй метод ограничивает размер очереди, сигнализируя источникам данных о необходимости уменьшить скорость передачи информации (например, WRED - Weighted Random Early Detection).
Первыми учеными, которые начали решать проблему предотвращения и борьбы с перегрузками были Салли Флойд (Sally Floyd), Ван Якобсон (V. Jacobson), Кевин Фолл (Kevin Fall), Ратул Махаджан (Ratul Mahajan) и др. Среди отечественных исследователей следует отметить работы Лиханова Н.С., Потапова А.А., Цыбакова Б.С, Шелухина О.И., Добрушина Р.Л., Кузнецова Н.А., Вишневского В.М., Ляхова А.И., Богуславского Л.Б. и др.
Несмотря на внушительный объем публикаций по теме предотвращения перегрузок, остается проблема выбора настроек параметров для алгоритма WRED в зависимости от свойств входного трафика.
Последние исследования демонстрируют, что
телекоммуникационный трафик для большинства видов сервисов является самоподобным (фрактальным). Учет фрактальных свойств позволит оценить влияние самоподобия на характеристики QoS. Поэтому актуальными представляются исследования самоподобных свойств сетевого трафика, их влияния на характеристики QoS и оптимизация параметров протокола WRED с целью обеспечения заданного QoS.
Цель работы. Целью диссертационной работы являются исследование свойств самоподобия сетевого трафика, оценка их влияния на характеристики качества обслуживания и оптимизация работы алгоритма WRED с целью обеспечения заданного QoS.
В соответствии с поставленной целью были сформулированы следующие задачи исследования:
Анализ методов обеспечения качества обслуживания в условиях самоподобного трафика.
Подготовка и проведение эксперимента по сбору трафика, а также выполнение статистического анализа полученных реализаций трафика на предмет выявления характерных свойств.
Моделирование и анализ поведения сетевого трафика в модели негарантированной доставки данных (best-effort service) с учетом его самоподобных свойств.
Моделирование и оптимизация параметров протокола WRED для обеспечения требований QoS.
Методы исследования. Для решения перечисленных задач в работе использованы методы теории вероятностей и математической статистики, теории нелинейных динамических систем, а также имитационное моделирование на ЭВМ.
Научная новизна заключается в следующем:
Получены результаты экспериментальных исследований реального сетевого трафика, показывающие, что реализации трафика обладают самоподобными свойствами.
Предложен метод выявления самоподобных свойств трафика на основе положений нелинейной динамики.
Дан анализ работы алгоритма управления сетевого трафика в сети с негарантированной доставкой данных в условиях самоподобия трафика. Выявлено влияние самоподобия трафика на характеристики QoS.
Проведена оптимизация параметров алгоритма WRED в сети с дифференцируемым обслуживанием с целью обеспечения заданных параметров QoS. Оценено влияние степени самоподобия сетевого трафика на результаты оптимизации.
На защиту выносятся:
Метод выявления самоподобных свойств трафика на основе положений нелинейной динамики.
Количественные и качественные результаты статистического анализа реального самоподобного трафика.
Результаты имитационного моделирования характеристик QoS сети с негарантированной доставкой данных в зависимости от степени самоподобия сетевого трафика.
Результаты оптимизации параметров протокола управления очередями WRED с целью обеспечения QoS в условиях самоподобия трафика.
Практическая ценность и реализация результатов работы.
Результаты, полученные в данной работе, могут быть использованы в
существующих и создаваемых мультисервисных сетях.
Сформулированные рекомендации рационального выбора параметров алгоритма управления очередями WRED позволяют повысить эффективность использования буферов маршрутизатора, и как следствие, улучшить уровень обслуживания.
Результаты диссертационной работы внедрены в
телекоммуникационной компании ОАО «Волга Телеком» и в учебный процесс ГОУВПО ПГУТИ, о чем свидетельствуют соответствующие акты.
Апробация работы. Теоретические и практические аспекты работы докладывались и обсуждались на XIV Российской научной конференции профессорско-преподавательского состава ПГАТИ, Самара, 2007; 10 и 12 Международной конференции «Цифровая обработка сигналов и ее применение», Москва, 2008, 2010; 9 Международной научно-технической конференции «Проблемы техники и технологий телекоммуникации», Казань, 2008; X Международной научно-технической конференции «Проблемы техники и технологий телекоммуникаций», Самара, 2009.
Публикации. Основное содержание диссертации отражено в 10 опубликованных работах. Публикации включают 3 статьи в изданиях, рекомендуемых ВАК.
Структура и объем работы. Настоящая диссертация содержит 146 страниц и состоит из введения, четырех глав, заключения и 5 приложений, включая 143 иллюстрации и 5 таблиц. Список литературы содержит 71 наименование.
