Введение к работе
Актуальность темы:
Анализ современного состояния корпоративных систем спутниковой связи (КССС) в России и за рубежом показывает, что основным направлением их развития является повышение качества и количества предоставляемых услуг. Последние і5 лет интенсивно развиваются спутниковые системы связи на базе малогабаритних земных абонентских спутниковых терминалов (VSAT - Very Small Aperture Terminal). Тенденции развития спутниковых систем связи обусловленные интеграцией предоставляемых услуг приводят к необходимости создания мультисервисных систем связи, с целью передачи в едином канале разнородной информации: видео, голос, данные при непременном обеспечении высокого качества предоставляемых услуг.
Исследования, проведенные в диссертации в этом направлении, базируются на результатах теоретических и прикладных исследований в области построения систем спутниковой связи Кантора Л.Я., Банкета В.Л., Дорофеева В.М., Теплякова И.М., Немировского М.С, Шинакова Ю.С. , Мага! G., Спилкера Дж. и др.
Современные исследования трафика в телекоммуникационных сетях, в том числе в ССС, показывают наличие в нём самоподобных, в общем случае мультифрактальных, долговременно зависимых свойств, которые оказывают существенное, часто негативное влияние на качество услуг предоставляемых спутниковыми системами связи.
Результаты, полученные в диссертации базируются на фундаментальных и прикладных исследованиях в области фрактальных процессов В.В. Mandelbrot, W. Willinger, P. Ahry; M.S. Taqqu, J. Beran; A.A. Потапова., О.И. Шелухшіа, я др.
Влияния мультифрактальных свойств телекоммуникационного трафика на качество услуг гфедоставляемых спутниковыми системами связи является актуальной научно-технической проблемой.
4\
Объектом исследования являются системы спутниковой связи и
обеспечение качества предоставленных ими услуг.
Предметом исследования являются мультифрактальные свойства статистических данных трафика систем спутниковой связи и интернет.
Целью диссертационной работы является исследование мультифрактальиых свойств трафика спутниковых систем связи VSAT (Very Small Aperture Terminal) и оценка их влияния на характеристик» качества предоставляемых услуг пользователей спутниковых систем связи.
Научная задача диссертации заключается в исследовании влияния мультифрактальиых свойств сетевого трафика на качество обслуживания пользователей систем спутниковой связи.
Решение поставленной задачи научного исследования проводилось по следующим направлениям:
Анализ экспериментальных результатов исследований методами статистического анализ характеристик телекоммуникационного трафика TCP/IP в системах спутниковой связи в зависимости от топологии сети и условий передачи информации с целью выявления моно- и мультифрактальиых свойств трафика;
Разработка аналитических и численных моделей исследуемых процессов с целью описания и моделирования мультифрактальных свойств телекоммуникационного трафика, в зависимости от ресурсов узла и параметров, -характеризующих качество передачи информации и спутниковых системах связи;
Разработка методики аналитической и численной оценки качества обслуживания очередей в спутниковых системах связи и получение количественных результатов при заданных параметрах QoS в условиях мул ьти фрактально го характера телекоммуникационного трафика; Методы исследования. Для проведения исследований использовались
методы теории вероятности, математической статистики, случайных процессов,
теории тслетрафика, теории массового обслуживания, а также методы имитационного моделирования. Математические расчеты выполнены в среде NS-2, Mat lab 2007.
Достоверность полученных результатов подтверждается результатами экспериментальных измерений трафика, а также статистическим анализом характеристик телекоммуникационного трафика в системах спутниковой связи, результатами имитационного моделирования, которые не противоречат известным результатам, а также длительностью экспериментальных исследований, повторяемостью и контролируемостью.
Научная новизна и теоретическая значимость работы определяется следующими основными результатами:
Разработана и реализована численными методами MWM Вейвлет-модель телекоммуникационного трафика использование которой позволяет имитировать мультифрактальные свойства и характеристики трафика на различных масштабах времени;
Получены аналитические и численные оценки самоподобня трафика спутниковых систем связи с помощью разработанного алгоритма автоматического определения границ масштабирования на основе вейвлет-анализа, показывающие, что исследуемый трафик носит, как правило, мультпфрактальный характер;
3. Предложен и практически реализован метод оценки
мультнфрактальных свойств трафика: функции разбиения, скейлинговой
функции, моментного коэффициента, а также параметров мультнфракталыюго
спектра Лежандра и для конкретных примеров получены их численные
значения, с помощью разработанного программного обеспечения в среде
Матлаб, позволяющие использовать их при разработке методики оценки
качества обслуживания;
4. Проведены исследования оценки влияния мультифрактальности
трафика на пропускную способность системы спутниковой связи, с одним
сервером и интегрированным мультифрактальным процессом на входе на примере очереди типа FIFO с помощью полученного соотношения для вероятности превышения очередью заданного размера буфера, показавшие, что наибольшее влияние на качество обслуживания оказывает составляющая мультифрактального трафика с моментным коэффициентом равным двум, и по мере его возрастания влияние мультифрактальных составляющих трафика на качество обслуживания ослабевает;
5. Проведено исследование различных алгоритмов обслуживания очередей на пропускную способность спутникового канала при передаче видеотрафика, в условиях фрактачьного характера основного и фонового трафика, показавшее, что наиболее эффективным для приема ТСР-пакетов является использование алгоритма FlFO(First In- First Out).
Практическая ценность. Разработаны методология и программное обеспечение позволяющее гарантировать качество предоставляемых услуг за счет учета мультифрактальных свойств трафика спутниковых систем связи. Результаты, полученные в диссертационной работе, могут быть использованы при проектировании Интернет-сервисов в телекоммуникационных системах. Разработанное программное обеспечение может применяться как в практике специалистов в области телекоммуникаций, так и в научных и учебных целях.
Реализация и внедрение результатов работы. Полученные результаты диссертационной работы внедрены в центре космической связи «Дубна» для оценки эффективности спутниковой системы связи, о чем свидетельствует соответствующий акт внедрения.
Положення выносимые на зашиту
1. Математические модели для описания и моделирования
мультифрактальных свойств трафика, полученные в результате обработки экспериментальных данных с помощью вейвлет-анализа, позволяющие оценить качество обслуживания передаваемых потоков информации в
спутниковых системах связи и проводить сопоставление полученных результатов с аналогами.
Программное обеспечение, позволяющее осуществить оценку мультифрактальных параметров трафика в спутниковых системах связи, а также имитационное моделирование спутниковой системы связи с различными протоколами при значительной вариации типов и характеристик входного трафика и параметров узлов коммутации.
Численные и аналитические результаты исследования влияния мультифрактальных свойств сетевого трафика на характеристики построения очередей на самом перегруженном сервере спутниковой системы связи.
4. Результаты имитационного моделирования качества обслуживания
предоставляемых сервисов, позволяющие осуществить выбор значений
контролируемых параметров, в условиях мультифракталыюто характера
телекоммуникационного трафика.
Апробация работы. Основные научные и практические результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях, проводимых различными организациями в том числе
- XI, XII, ХШ-й международных научно-практических конференциях «Наука-Сервису». Москва, 2006- 2008 гг.
2-й межвузовской Научно-технической конференции «Проблемы развития электротехнических комплексов и информационных систем»; Москва,2007
Публикации. По результатам исследований опубликовано 8 печатных работ, одна из них в издании, рекомендованном ВАК РФ.
Струю-ура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы, включающего 58 наименований. Работа представлена на 146 страницах машинописного текста, содержит 80 рисунков и 11 таблиц, приложений, объемом 14 страниц. К работе прилагается список использованных сокращений.
