Введение к работе
Актуальность темы
Задача анализа качества обслуживания, Quality of Service (QoS), в современных сетях с каждым годом становится все более востребованной. Под качеством обслуживания понимают способность сети обеспечить разный уровень приоритетов различным приложениям, а также вероятность гарантии определенного уровня производительности для потока данных. В настоящее время вместе с планомерным увеличением скоростей передачи данных в телекоммуникациях увеличивается доля интерактивного трафика, крайне чувствительного к параметрам среды транспортировки. Современные Интернет-провайдеры предлагают сервис, обеспечивающий заданный уровень качества обслуживания. Для достижения этого Интернет-провайдеры должны тщательно управлять резервированием и распределением сетевых ресурсов для гарантированного выполнения необходимых требований. В зависимости от предоставляемого уровня обслуживания формируется стоимость сервиса для конечного пользователя. В связи с этим обеспечение требований для достижения заданного уровня качества обслуживания является одним из ключевых направлений в сетевых технологиях на сегодняшний день.
В сетях с коммутацией пакетов четырьмя параметрами, характеризующими QoS, являются: В - пропускная способность канала, D - задержка пакета, р -процент потери пакетов, j - сетевой джиттер - вариация задержки. Требования к величине каждого из вышеописанных параметров для заданного сервиса формируют различные классы качества обслуживания. Гарантии выполнения требований качества обслуживания играют особую роль в случаях, когда пропускной способности сети недостаточно, например, для приложений реального времени, обеспечивающих передачу аудио и видео контента, онлайн-игр и ГР-телевидения, так как они требуют фиксированной скорости передачи и довольно чувствительны к задержкам. Следует отметить, что в сотовых сетях передачи данных, где пропускная способность является ограниченным ресурсом, предоставление заданного уровня качества обслуживания является приоритетной задачей.
В настоящей работе осуществляется поиск критерия, разграничивающего классы качества обслуживания в современных сетях. Решение данной задачи позволяет проверить соответствие теоретически рассчитанных классов качества обслуживания фактически предоставляемому сервису. Основное внимание сосредоточено на вопросе разработки модели измерения доступной пропускной способности, на основе которой можно рассчитать соответствующие значения для заданных классов обслуживания. Метрика доступной пропускной способности является одним из ключевых параметров, характеризующих качество обслуживания.
Вопросы обеспечения требуемого качества обслуживания, а также измерения доступной пропускной способности в разное время исследовали Копачев, А.Г., Кучерявый, Е.А., Q. Liu, J.N. Hwang, М. Jain, С. Dovrolis, V Jacobson и др. Существующие методики по измерению доступной пропускной способности обладают рядом недостатков, в частности, предполагают проведение двусторонних измерений, для выполнения которых необходима установка специальной утилиты на обоих концах сетевого маршрута. Стоит отметить, что большинство утилит, реализованных на основе существующих методик, имеют невысокую стабильность работы.
В данной работе проводится подробный анализ существующих методик измерения доступной пропускной способности и показаны их недостатки. В работе предлагается модель измерения доступной пропускной способности, позволяющая рассчитать требуемое значение на основе односторонних измерений задержек пакетов, а также критерий, разграничивающий классы качества обслуживания в сетях с коммутацией пакетов.
Результаты исследования соответствуют следующим пунктам паспорта научной специальности 05.13.01 - Системный анализ, управление и обработка информации (технические системы и связь):
пункту 2 - «Формализация и постановка задач системного анализа, оптимизации, управления, принятия решений и обработки информации», а именно:
Разработана модель измерения доступной пропускной способности на основе измерений задержек пакетов разного размера.
Предложен метод расчета погрешности и верхней границы доступной пропускной способности.
пункту 3 - «Разработка критериев и моделей описания и оценки эффективности решения задач системного анализа, оптимизации, управления, принятия решений и обработки информации», а именно:
Разработан метод расчета точности измерения доступной пропускной способности в зависимости от числа измерений.
Предложен критерий для разграничения классов качества сетевого обслуживания на основе модели измерения доступной пропускной способности.
Объектом исследования являются методики и алгоритмы измерения доступной пропускной способности в сетях ТСРЯР
Предмет исследования - процесс измерения доступной пропускной способности.
Целью работы является разработка критерия для разграничения классов сетевого обслуживания на основе измерений доступной пропускной способности.
Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решаются следующие задачи:
1. Анализ существующих методик измерения доступной пропускной способности каналов связи.
-
Разработка новой модели измерения доступной пропускной способности и определение ее области применимости.
-
Разработка экспериментов в IPv4 и IPv6 сетях с использованием измерительной инфраструктуры, позволяющей измерять задержки пакетов с микросекундной точностью.
-
Разработка критерия для разграничения классов сетевого обслуживания на основе модели измерения доступной пропускной способности.
Методы исследования
Для решения поставленных задач используются методы математического анализа и теории вероятностей, а также методы имитационного моделирования дискретно-событийных систем и методы математической статистики.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту
-
Модель измерения доступной пропускной способности на основе односторонних измерений задержек пакетов.
-
Метод расчета области применимости модели измерения доступной пропускной способности.
-
Метод расчета точности измерения доступной пропускной способности в зависимости от числа измерений.
-
Критерий для разграничения классов сетевого обслуживания на основе измерений доступной пропускной способности.
Научная новизна работы
В диссертации получены следующие новые научные результаты.
-
Предложена модель измерения доступной пропускной способности на основе измерений задержек пакетов разного размера.
-
Найдена область применимости модели в зависимости от аппаратной точности измерений задержек пакетов.
-
Разработан метод расчета точности измерения доступной пропускной способности в зависимости от числа измерений.
-
Получен критерий для разграничения классов качества обслуживания на основе модели измерения доступной пропускной способности.
Реализация результатов работы
Результаты, полученные в ходе выполнения настоящей диссертационной работы, могут быть использованы Интернет-провайдерами, поставщиками услуг для разграничения качества трафика, предоставляемого в рамках сервисной модели классов обслуживания. Модель измерения доступной пропускной способности может быть использована в системах реального времени, в частности, передачи аудио и видео контента, для расчета необходимой скорости передачи.
Апробация работы
Основные результаты, связанные с разработкой критерия для разграничения классов качества обслуживания на основе модели измерения доступной пропускной способности, докладывались на следующих конференциях: XVI
конференция представителей региональных научно-образовательных сетей «RELARN-2009» (2-7 июня 2009, Москва - Санкт-Петербург, Теплоход «Александр Суворов»); XVI Всероссийская научно-методическая конференция «Телематика 2009» (22 - 25 июня 2009, Санкт-Петербург); Test Traffic Working Group, RIPE59 meeting (5-9 October 2009, Lisbon, Portugal); XVII Всероссийская научная конференция профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов ПГУТИ (февраль 2010, Самара); XVII Всероссийская научно-методическая конференция «Телематика 2010» (21 - 24 июня 2010, Санкт-Петербург); Международная конференция с элементами научной школы для молодежи «Перспективные информационные технологии для авиации и космоса (ПИТ-2010)» (29 сентября- 1 октября, Самара); Fourth UKSim European Modeling and Simulation (EMS) Symposium (16 - 18 November, 2010, Pisa, Italy); Международная конференция с элементами научной школы для молодежи «Перспективные информационные технологии в научных исследованиях, проектировании и обучении (ПИТ-2012)» (18 - 20 декабря, 2012, Самара).
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения. Общий объем работы составляет 115 страниц, 21 рисунок, 14 таблиц, 1 приложение. Библиографический список насчитывает 99 наименований.
