Введение к работе
Актуальность темы. По данным Минкомсвязи России рост числа пользователей сети Интернет в России за 2008 г. составил 34%, в 2009-2010 гг. рост замедлился и общее число пользователей по прогнозам специалистов к концу 2010 г. достигнет 45 миллионов человек. Более 15 миллионов домохозяйств по всей России используют широкополосный доступ (ШПД) в сеть Интернет и по прогнозам аналитиков это число к 2012 г. увеличится до 25 миллионов. Таким образом, в ближайшей перспективе будет происходить активный рост сетей широкополосного доступа, заменяющих собой коммутируемый доступ.
Как показал анализ тенденций развития технологий ШПД с учётом статистики их использования в современных сетях, наиболее перспективными являются Ethernet и ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line - асимметричная цифровая абонентская линия) с учётом построения сети согласно концепции FTTx (Fiber То The х — оптоволоконная сеть до адресата) с использованием GPON (Gigabit Passive Optical Network - гигабитная пассивная оптоволоконная сеть). Данные технологии позволяют обеспечить достаточную пропускную способность пользовательского канала для услуги «triple-play» в HD-качестве (High Definition - высокое разрешение). При этом сохраняется ключевое влияние на характеристики качества обслуживания трафика опорного маршрутизатора сети доступа и необходимость дифференцированного обслуживания пакетов данных различных сервисов.
Кроме того, в современных телекоммуникационных сетях передачи данных происходят характерные изменения структуры основного типа трафика — HTTP (Hypertext Transfer Protocol - протокол передачи гипертекста). Данные изменения обусловлены переходом к концепции предоставления сервисов WEB2.0 и выражаются в количественной и качественной трансформации веб-сервисов, влияющей на пользовательский НТТР-трафик. Повышается уровень интерактивности веб-ресурсов, что приводит к увеличению объёмов данных, получаемых пользователями, и к снижению предела задержки комфортного пользования. Совместно с развитием технологий организации ШПД, это приводит к необходимости исследования трафика в современных сетях доступа на предмет обеспечения качества обслуживания с учётом специфики новых веб-сервисов.
Среди работ зарубежных учёных, исследующих проблемы построения моделей HTTP-трафика и оценки параметров качества обслуживания, следует отметить работы Avrachenkov К., Crovella М., Moscholios I., Padhye J., Shuai L. и др. В России этой проблеме посвящены работы Самуйлова К. Е., Неймана В. И., Кучерявого Е. А., Яновского Г. Г., Шелухина О. И. и других.
Существующие модели TCP- (Transmission Control Protocol — протокол управления передачей) и HTTP-трафика не позволяют в должной мере определить зависимость характеристик качества обслуживания современных веб-сервисов от пропускной способности канала опорного маршрутизатора сети доступа, поэтому задача разработки модели оценки параметров качества обслуживания HTTP-трафика при заданной пропускной способности опорного канала сети доступа является актуальной.
Объектом исследования является процесс обслуживания HTTP-трафика в мульти-сервисных сетях доступа.
Предметом исследования являются статистические характеристики НТТР-трафика, обусловленные воздействием WEB2.0, которые оказывают значительное влияние на качество обслуживания, и, в то же время, не поддаются исследованию с помощью существующих методов, что приводит к необходимости разработки новых методов оценки параметров качества обслуживания HTTP-трафика в мультисервисных сетях доступа.
3 .. \
Цель работы и задачи исследования. Цель диссертации состоит в разработке метода оценки параметров качества обслуживания веб-трафика в современных сетях доступа с учетом влияния сервисов WEB2.0.
Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:
проведён анализ существующих моделей оценки пропускной способности и параметров качества обслуживания TCP- и НТТР-трафика;
проведено измерение и обработка результатов НТТР-трафика в современной сети доступа с целью выявления новых особенностей, вызванных переходом на WEB2.0;
при помощи имитационного моделирования исследовано влияние статистических характеристик НТТР-трафика на качество обслуживания с целью выявления наиболее значимых факторов;
разработан метод аналитической оценки параметров качества обслуживания НТТР-трафика в сетях доступа с использованием различных стандартных моделей телетрафика.
Методы исследования. Для решения поставленных задач используются методы теории вероятности и математической статистики, теории массового обслуживания и имитационного моделирования.
Достоверность результатов. Достоверность результатов обеспечивается адекватностью используемых методов математической статистики и теории вероятностей, верификацией имитационной модели с использованием результатов измерений на сети провайдера доступа, а также сравнением аналитических результатов с результатами имитационного моделирования.
Научная новизна результатов.
-
Статистический анализ результатов измерений трафика в сети доступа позволил выявить существенно новую характеристику НТТР-трафика, вызванную переходом на WEB2.0: принцип зависимой организации ТСР-сессий.
-
Проведённое имитационное моделирование процессов обслуживания позволило установить, что наиболее существенное влияние на качество обслуживания НТТР-трафика оказывает групповой характер поступления пакетов, формируемый вебсервером.
-
Имитационное моделирование позволило исследовать параметры качества обслуживания HTTP-пакетов в опорном маршрутизаторе в широком диапазоне значений интенсивности поступающей нагрузки и установить, что задержка HTTP-пакетов в буфере маршрутизатора может быть описана распределением Вейбулла.
-
Разработанный метод аналитической оценки параметров качества обслуживания НТТР-трафика на основе модели M[x)/D/l/oo позволяет получить значительно более точную оценку, нежели модель M/M/1/R или модель P/P/1/R. Верификация имитационным моделированием показала, что аналитическая оценка, полученная с помощью модели М /D/1/co, превышает исходное значение на 5-10%, в то время как оценка, полученная с помощью моделей M/M/1/R и P/P/1/R, превышает исходное значение в несколько раз.
Личный вклад. Все основные научные положения и выводы, составляющие содержание диссертации, разработаны соискателем самостоятельно.
Практическая ценность и реализация результатов работы. Разработанная методика проведения измерений трафика на сетях доступа и обработки результатов позволяет провайдерам услуг доступа в Интернет оперативно и эффективно проводить измерения с целью эксплуатационного контроля сети доступа. Аналитический метод оценки параметров качества обслуживания НТТР-трафика позволяет оценить задержку пакетов при заданной интенсивности трафика и пропускной способности канатов. Разработанный метод оценки параметров качества обслуживания НТТР-трафика в мультисервисной сети доступа реализован в ЗАО «ДАТАТЕЛ» и используется в ООО «Инлайн Технолоджпс». Полученные теоретические результаты применяются в учебном процессе МТУСИ.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Международных форумах информатизации (МФИ, МТУСИ, Москва, 2006, 2008. 2009 гг.), на международной конференции Finnish-Russian University Cooperation program in Telecommunications (FRUCT, Санкт-Петербург, 2007 г.), на Отраслевых научно-технических конференциях (ОНК, Москва, 2007, 2009 гг.), на 9-ой международной конференции Next Generation Wired/Wireless Networking (NEW2AN, Санкт-Петербург, 2009 г.), на международном конгрессе по интеллектуальным системам и информационным технологиям (AIS-ІТ'Ю, Дивноморское, 2010 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ, в том числе 2 работы в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, внесённых в перечень журначов и изданий, утверждённых ВАК.
Основные положения, выносимые на защиту. На защиту выносятся следующие положения:
1. Характеристики НТТР-трафика существенно изменяются за счет перехода сети Ин
тернет на WEB2.0, использования новых браузеров и увеличения объемов информа
ции, скачиваемой пользователями с серверов за каждый ответ:
а. поток TCP-сессий для передачи НТТР-трафика можно представить с помощью
двух потоков: первичный, создаваемый пользователями, и вторичный зависи
мый поток, генерируемый веб-браузером через короткие интервалы времени;
б. размер поступающих HTTP-ответов адекватно описывается совокупностью
распределений: Вейбулла (в области малых значений) и гамма распределения с
3-мя параметрами (в области больших значений).
-
Результаты имитационного моделирования демонстрируют непригодность оценки параметров качества обслуживания НТТР-трафика с помощью классических моделей M/M/1/R и M/D/1/oo: рассчитанная средняя задержка меньше в 5-15 раз, а вероятность потерь пакетов вследствие переполнения буфера —в 2-100 раз.
-
Увеличение интенсивности TCP-сессий за счет дополнительных соединений, создаваемых браузерами, опосредованно увеличивает количество передаваемых пакетов, ухудшая параметры качества обслуживания: при соотношении '/і в числе первичных и вторичных TCP-соединений вероятность потерь вследствие переполнения буфера увеличивается в 10-15 раз, по отношению к потерям при среднестатистическом значении этого параметра Vi.
-
Увеличение суммарной интенсивности НТТР-трафика в условиях ограниченной пропускной способности на величину 25% приводит к троекратному увеличению задержек пакетов в очереди и десятикратному увеличению процента потерянных пакетов.
5. Наиболее точную оценку задержки HTTP-пакетов в очереди маршрутизатора позволяет получить модель с групповым поступлением заявок M[x'/D/l/t»: полученная верхняя граница превышает результат имитационного моделирования не более чем на 5-10%. Модель М[х1/М/1/оо позволяет получить верхнюю границу, превышающую исходное значение на 20-40%.
Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из списка сокращений, введеній, четырех глав, заключения, списка использованной литературы и трёх приложений. Работа содержит 160 страниц машинописного текста, в том числе 53 рисунка и 22 таблицы. Список литературы включает в себя 145 наименований. Приложения размещены на 17 страницах.
