Автореферати та дисертаційні роботи
Permanent URI for this collectionhttps://ena.lpnu.ua/handle/ntb/2995
Browse
9 results
Search Results
Item Моделі управління потоками інфокомунікаційних мереж з використанням методів штучного інтелекту і машинного навчання(Національний університет "Львівська політехніка", 2021) Андрущак, Володимир Степанович; Кайдан, Микола Володимирович; Національний університет "Львівська політехніка"; Сайко, Володимир Григорович; Євдокименко, Марина ОлександрівнаItem Адаптивне управління ресурсами та якістю обслуговування у програмно-конфігурованих сервісно-орієнтованих телекомунікаційних мережах(Національний університет «Львівська політехніка», 2021) Панченко, Олексій Михайлович; Демидов, Іван Васильович; Національний університет «Львівська політехніка»; Єременко, Олександра Сергіївна; Соколовська, Ірина МиколаївнаItem Синтез та реалізація інтенційно-орієнтованих інфокомунікаційних мереж для адаптивного надання сервісів(Національний університет "Львівська політехніка", 2021) Бешлей, Микола Іванович; Климаш, Михайло Миколайович; Національний університет "Львівська політехніка"; Ложковський, Анатолій Григорович; Скулиш, Марія Анатоліївна; Єременко, Олександра СергіївнаДисертаційна робота присвячена вирішенню актуальної науково-прикладної проблеми розроблення методології аналізу та синтезу складних гетерогенних інфокомунікаційних систем з метою створення нової програмно-конфігурованої інтенційно-орієнтованої мережі, яка постійно на основі мінливих вимог користувачів щодо якості надання сервісів та розгортання інфраструктури навчається, адаптується, автоматизується і захищається від потенційних кібератак шляхом використання нових методів розподілу ресурсів, інженерії трафіку, мережевої аналітики та існуючих алгоритмів машинного навчання. Для вирішення проблеми синтезу інфокомунікаційної мережі, використано основні принципи і методи системного аналізу, згідно якого запропоновано концептуальну модель побудови гетерогенної програмно-конфігурованої інтенційно-орієнтованої мережі, яка дає змогу забезпечити ефективний розподіл і перерозподіл загальних ресурсів адаптуючись під мінливі вимоги бізнес-користувачів щодо якості надання сервісів. Розроблено модель енергоефективної маршрутизації для інтенційно-орієнтованих мереж, що дала змогу підтримувати компроміс між бажаною якістю обслуговування користувачів, завантаженістю та енергоефективністю мережі. Запропоновано новий метод адаптивного клієнт-орієнтованого управління якістю послуг для інтенційноорієнтованих мереж. Розроблено інтелектуальну систему моніторингу та аналізу мережевого трафіку, що дала змогу ефективно управляти трафіком та сервісними політиками в режимі реального часу, автоматизовано створювати або оптимізувати сервісні пропозиції, підвищувати якість послуг та забезпечувати захист мережі на основі запропонованого методу виявлення аномалій. Розроблено методи розподілу частотно-часових ресурсів, балансування навантаження та формування структури рівня радіодоступу для забезпечення адаптивного надання сервісів. Запропоновано методологію синтезу інтенційно-орієнтованих мереж для поетапної трансформації сучасних інфокомунікаційних мереж. Розроблено прототипи нтенційноорієнтованої мережі на основі технології програмно-конфігурованих мереж та автоматизації запропонованих управлінських рішень.Диссертация посвящена решению актуальной научно-прикладной проблемы разработки методологии анализа и синтеза сложных гетерогенных инфокоммуникационных систем с целью создания новой программноконфигурируемой интенционно-ориентированной сети, которая постоянно на основе меняющихся требований пользователей относительно качества предоставления сервисов и развертывания инфраструктуры учится, адаптируется, автоматизируется и защищается от потенциальных кибератак путем использования новых методов распределения ресурсов, инженерии трафика, сетевой аналитики и существующих алгоритмов машинного обучения. Для решения проблемы синтеза инфокоммуникационной сети, использованы основные принципы и методы системного анализа, согласно которому предложена концептуальная модель построения гетерогенной программно-конфигурируемой интенционноориентированной сети, позволяет обеспечить эффективное распределение и перераспределение общих ресурсов адаптируясь под меняющиеся требования бизнес-пользователей относительно качества предоставления сервисов. Разработана модель энергоэффективной маршрутизации для интенционно-ориентированных сетей, позволила поддерживать компромисс между желаемым качеством обслуживания пользователей, загруженностью и энергоэффективностью сети. Предложен новый метод адаптивного клиент-ориентированного управления качеством услуг для интенционно-ориентированных сетей. Разработана интеллектуальная система мониторинга и анализа сетевого трафика, позволилаэф фективно управлять трафиком и сервисными политиками в режиме реального времени, автоматизировано создавать или оптимизировать сервисные предложения, повышать качество услуг и обеспечивать защиту сети на основе предложенного метода обнаружения аномалий. Разработаны методы распределения частотновременных ресурсов, балансировки нагрузки и формирования структуры уровня радиодоступа для обеспечения адаптивного предоставления сервисов. Предложена методология синтеза интенционно-ориентированных сетей для поэтапной трансформации современных инфокоммуникационных сетей. Разработаны прототипы интенционно-ориентированной сети на основе технологии программноконфигурируемых сетей и автоматизации предложенных управленческих решений. The thesis is devoted to solving the actual scientific problem of developing the methodology of analysis and synthesis of the complex heterogeneous infocommunication systems in order to develop a new intent-based software-defined network, which is constantly learning, adapting, automating and protecting against potential cyber-attacks based on changing user requirements regarding the quality of service and infrastructur deployment by using the new methods of resource allocation, traffic engineering, network analytics and machine learning algorithms. A conceptual model for the construction of a heterogeneous intent-based softwaredefined network has been proposed. This model, unlike the existing ones, provides an efficient allocation and redistribution of common resources, adapting to the changing requirements of business users regarding to the quality of service provision. A mathematical model for determining the subjective level of user satisfaction, depending on changes of the objective parameters of the quality of service of the network was developed. An energy-efficient flow routing model for intent-based networks has been developed. This model allowed to achieve a better balance of network channel resources load due to the rational choice of paths for heterogeneous traffic and to reduce to 3 times the average latency of real-time flows service. The model also allowed for a 53.56% reduction in network energy consumption under low load conditions. A new method for adaptive customer-oriented quality of service management for intent-based networks has been proposed. This method allowed the end customers of services to influence the functional configuration of the network, and with the use of machine learning techniques to respond to the degradation of the quality of service and prevent situations when the user is dissatisfied with the received quality of services for adaptive prediction of the network reconfiguration moment. The method for detecting anomalies in network traffic has been improved, which differs from the known ones by forming a set of informative features that characterize normal and abnormal behavior of the infocommunication system based on the Hurst parameter estimation with the possibility of self-learning. An intelligent system for network traffic monitoring and analysis was developed. This system made it possible to effectively manage traffic and service policies in real time, automatically create or optimize service offers, improve the quality of services and provide network protection based on the developed method of detecting anomalies. Methods of time-frequency resource allocation and load balancing in modern mobile networks for adaptive provision of IoT services have been developed. An adaptive intent-based method of resource allocation and formation of radio access level structure was developed. This method allowed a 25% more efficient use of available time-frequency resources and reduced the energy consumption of radio access level network by 8.7% to provide the ordered quality of service for users, as compared to traditional methods. The methodology of synthesis of intent-based networks for stage-by-stage transformation of modern infocommunication networks is proposed. Prototypes of intent-based networks based on the technology of software-defined networks and automation of the proposed management decisions are developed. The algorithm for selecting a wireless access network in a heterogeneous environment using Big Data has been developed. The developed algorithm takes into account and analyzes the assessments of the ordered quality of service perception and allows to improve the quality of service of high-priority services on demand. The prototypes of mobile and operator application for adaptive client-oriented service provision in a heterogeneous network are developed, which allows to obtain the ordered quality of service based on the feedback between the customer and the network operator.Item Методи та алгоритми управління ресурсами мультисервісних інформаційних функціонально-орієнтованих корпоративних мереж(Національний університет "Львівська політехніка", 2018) Романчук, Василь Іванович; Климаш, Михайло Миколайович; Національний університет «Львівська політехніка»; Ложковський, Анатолій Григорович; Коляденко, Юлія Юріївна; Отрох, Сергій ІвановичДисертаційну роботу присвячено розв’язанню актуальної наукової проблеми забезпечення якості надання інфокомунікаційних послуг шляхом покращення оперативності обміну інформацією в мультисервісних інформаційних функціонально-орієнтованих корпоративних мережах на основі створення методу адаптивного управління структурними параметрами мережних пристроїв та розвитку математичних моделей і алгоритмів обслуговування черг. Сформульовано завдання адаптивного структурно-функціонального синтезу логічної інфраструктури корпоративної мережі. Розроблено модифікований метод управління чергами в мультисервісних вузлах мережі, використання якого дає змогу підвищити ефективність розподілу мережних ресурсів за критерієм якості обслуговування з кінця в кінець шляхом динамічної адаптації буферних та канальних ресурсів. Запропоновано структурно-функціональну модель мережного пристрою з віртуалізацією ресурсів, що дала змогу розгортати на одній фізичній машині декілька аналогів апаратних маршрутизаторів призначених для обслуговування однотипного трафіку. Запропоновано ентропійний метод виявлення аномалій мережного трафіку для підвищення стійкості корпоративної мережної системи до кібератак. Представлено математичну модель процесу функціонування віртуалізованого маршрутизатора, яка дає змогу визначити показники ефективності мережі та оцінити масштабованість корпоративної інфраструктури згідно угоди про рівень надання послуги. Розроблено тестову платформу віртуальної мережі нового покоління із програмно-керованими маршрутизаторами, які володіють функцією адаптивного вибору алгоритму обслуговування черг в умовах виникаючого явища випадкових сплесків трафіку, характерних для мультисервісних мереж нового покоління. Адекватність розроблених моделей підтверджено на основі дослідження імовірнісних властивостей трафіку мультисервісної корпоративної мережі та порівнянням тривалостей його обслуговування із реальним апаратним маршрутизатором. В результаті проведення імітаційного і практичного експериментів доведено, що застосування розроблених моделей та методів управління ресурсами корпоративної мережі приводить до покращення якості обслуговування потоків реального часу (в середньому до 2 разів знижено затримку обслуговування та зменшено ймовірність втрат пакетів на 3%). Проведено дослідження якості обслуговування потокового трафіку на основі розробленої моделі програмного маршрутизатора з можливістю розгортання віртуальних обслуговуючих пристроїв класового призначення. Шляхом проведення експерименту в мультисервісній мережі встановлено, що застосування розроблених моделей і методу динамічної віртуалізації мережного пристрою забезпечує можливість призначення мінімально необхідного обсягу мережевих ресурсів для гарантування заданого рівня якості обслуговування та дає можливість на 25-30% підвищити якість обслуговування потокового відео трафіку реального часу за критеріями затримки та джитеру. Оцінено виграш за якістю сприйняття послуги відеоконтенту реального часу після застосування запропонованих рішень управління мережними ресурсами шляхом виконання натурного експерименту. Диссертационная работа посвящена решению актуальной научной проблемы обеспечения качества предоставления инфокоммуникационных услуг путем улучшения оперативности обмена информацией в мультисервисных информационных функционально-ориентированных корпоративных сетях на основе создания метода адаптивного управления структурными параметрами сетевых устройств и развития математических моделей и алгоритмов обслуживания очередей. Сформулированы задачи адаптивного структурно-функционального синтеза логической инфраструктуры корпоративной сети. Разработан модифицированный метод управления очередями в мультисервисных узлах сети, использование которого позволяет повысить эффективность распределения сетевых ресурсов по критерию качества обслуживания из конца в конец путем динамической адаптации буферных и канальных ресурсов. Предложена структурно-функциональную модель сетевого устройства с виртуализацией ресурсов, которая позволила разворачивать на одной физической машине несколько аналогов аппаратных маршрутизаторов, предназначенных для обслуживания однотипного трафика. Предложен энтропийный метод выявления аномалий сетевого трафика для повышения стойкости корпоративной сетевой системы к кибератак. Представлена математическая модель процесса функционирования виртуализированного маршрутизатора, которая позволяет определить показатели эффективности сети и оценить масштабируемость корпоративной инфраструктуры по договору об уровне предоставления услуги. Разработана тестовая платформа виртуальной сети нового поколения с программно-управляемыми маршрутизаторами, которые обладают функцией адаптивного выбора алгоритма обслуживания очередей в условиях возникающего явления случайных всплесков трафика, характерных для мультисервисных сетей нового поколения. Адекватность разработанных моделей подтверждена на основе исследования вероятностных свойств трафика мультисервисной корпоративной сети и сравнением длительностей его обслуживания с реальным аппаратным маршрутизатором. В результате проведения имитационного и практического экспериментов доказано, что применение разработанных моделей и методов управления ресурсами корпоративной сети приводит к улучшению качества обслуживания потоков реального времени (в среднем до 2 раз снижена задержка обслуживания и уменьшена вероятность потерь пакетов на 3%). Проведено исследование качества обслуживания потокового трафика на основе разработанной модели программного маршрутизатора с возможностью развертывания виртуальных обслуживающих устройств классового назначения. Путем проведения эксперимента в мультисервисной сети установлено, что применение разработанных моделей и метода динамической виртуализации сетевого устройства обеспечивает возможность назначения минимально необходимого объема сетевых ресурсов для обеспечения заданного уровня качества обслуживания и позволяет на 25-30% повысить качество обслуживания потокового видео трафика реального времени по критериям задержки и джиттера. Оценен выигрыш по качеству восприятия услуги видеоконтента реального времени после применения предложенных решений управления сетевыми ресурсами путем выполнения натурного эксперимента. The dissertation is devoted to solving the actual scientific problem of ensuring the quality of provisioning of info-communication services by improving the efficiency of information exchange in multiservice information functional-oriented corporate networks on the basis of the creation of a method for adaptive control of structural parameters of network devices and the development of mathematical models and algorithms of servicing queues. The problem of adaptive structural and functional synthesis of the logical infrastructure of the corporate network has been formulated. The modified method for managing queues in multiservice nodes of the network is contributed. This method allows to increase the efficiency of network resource distribution based on the end to end quality of service through dynamic adaptation of buffer and channel resources. The structural and functional model of network device with resource virtualization has been proposed. This model allows to deploy several software analogs of hardware routers on the same physical machine for servicing different types of traffic. The entropy method of detection of network traffic anomalies has been proposed for increasing the stability of the corporate network system against cyber-attacks. The mathematical model of the functioning of the virtualized router has been presented. The model allows to determine the performance of the network and assess the scalability of the corporate infrastructure in accordance with the agreement on the level of service provisioning. A new generation virtual network test platform with software-driven routers has been deployed to enable the adaptive selection of queuing algorithms in the context of the emerging phenomenon of random traffic bursts, which are typical for multiservice networks of the new generation. The adequacy of the developed models has been confirmed through the investigation of probabilistic properties of traffic in multiservice corporate networks and comparison of the processing delay with the real hardware router. As a result of simulation and practical experiments, it has been proved that application of developed models and methods of corporate network resource management leads to improvement of the quality of service of real-time streams (on average, service delays have been reduced to 2 times and the probability of loss of packages by 3%). The study of the quality of service for streaming traffic has been conducted on the basis of the developed model of the software router through deploying virtual devices per traffic class. By conducting an experiment in a multiservice network, it has been proved that application of the developed models and the method of dynamic virtualization of the network device provide the possibility of assigning the minimum required volume of network resources to guarantee a given level of quality of service and gives the opportunity to increase the quality of streaming video traffic by 25-30% according to the criteria of delay and jitter. The gain on the quality of experience of the real time video content after the application of the proposed solutions for managing network resources by performing a full-scale experiment has been confirmed through experiments.Item Моделі та алгоритми маршрутизації інформаційних потоків в самоорганізованих мережах(Національний університет "Львівська політехніка", 2018) Пиріг, Юлія Володимирівна; Стрихалюк, Богдан Михайлович; Національний університет «Львівська політехніка»; Ложковський, Анатолій Григорович; Гринкевич, Ганна ОлександрівнаДисертація присвячена удосконаленню методів маршрутизації інформаційних потоків у безпровідних самоорганізованих мережах шляхом покращення часових параметрів маршрутизації та передавання інформації в умовах різкого зростання динаміки потоків та нестабільності рівня шумів у радіоканалах. Встановлено, що важливим завданням при передаванні даних по безпровідних сенсорних мережах залишається забезпечення ефективності маршрутизації, яка безпосередньо впливає на збалансованість та рівномірність використання ресурсів радіоканалу, а також сумісне використання ліцензованих частотних смуг без впливу на процеси передавання користувачів. Для розв’язання окреслених завдань у роботі вперше запропоновано комплексний метод маршрутизації на основі знаходження глобального екстремуму функції впорядкованого випадкового пошуку з додаванням/видаленням вузла для утворення множини маршрутів та їх послідовного упорядкування за критерієм максимізації рівня QoS з урахуванням неоднорідностей у мережі. Удосконалено метод локалізації вузлів сенсорної мережі на основі алгоритмічного підходу Терстона з використанням діаграми потужності Вороного, що дало змогу підвищити точність визначення віртуальних координат при застосуванні диску Пуанкаре. Удосконалено метод кластеризації множини сенсорних вузлів для зменшення тривалості пошуку маршруту між довільною їх парою на основі визначення центроїда кластера із урахуванням моделі поширення сигналу в радіоканалі. Набула подальшого розвитку модель зони перекриття кластерів у самоорганізованих мережах, яка дала змогу застосувати схему перепризначення логічних адрес мережним вузлам, що функціонують у цих кластерах, і забезпечувати необхідний рівень якості обслуговування у разі програмних чи апаратних збоїв. Доведено ефективність запропонованих в роботі рішень з використанням розроблених математичних і імітаційних моделей. Диссертация посвящена усовершенствованию методов маршрутизации информационных потоков в беспроводных самоорганизующихся сетях путем улучшения временных параметров маршрутизации и передачи информации в условиях резкого роста динамики потоков и нестабильности уровня шумов в радиоканалах. Показано, что важной задачей при передаче данных по беспроводным сенсорным сетям остается обеспечение эффективности маршрутизации, которая непосредственно влияет на сбалансированность и равномерность использования ресурсов радиоканала, а также совместное использование лицензированных частотных полос без влияния на процессы передачи пользователей. Для решения определенных задач в работе впервые предложен комплексный метод маршрутизации на основе нахождения глобального экстремума путем упорядоченного случайного поиска с добавлением / удалением узла для образования множества маршрутов и их последовательного упорядочения по критерию максимизации уровня QoS с учетом неоднородностей в сети. Усовершенствован метод локализации узлов сенсорной сети на основе алгоритмического подхода Терстона с использованием диаграммы мощности Вороного, что позволило повысить точность определения виртуальных координат при применении модели диска Пуанкаре. Усовершенствован метод кластеризации множества сенсорных узлов для уменьшения продолжительности поиска маршрута между произвольной их парой на основе определения центроида кластера с учетом модели распространения сигнала в радиоканале. Получила дальнейшее развитие модель зоны перекрытия кластеров в самоорганизующихся сетях, которая позволила применить схему переназначения логических адресов сетевым узлам, функционирующим в этих кластерах, и обеспечивать необходимый уровень качества обслуживания в случае программных или аппаратных сбоев. Доказана эффективность предложенных в работе решений с использованием разработанных математических и имитационных моделей. The thesis is devoted to solving the actual scientific task of the data flows routing methods enhancement in self-organized networks by improvement of the data transmission latency in conditions of the dynamic traffic intensity and noise fluctuations in modern wireless sensor networks in order to satisfy user requirements in real-time applications. The principles and features of the wireless self-organizing networks design have been analysed to determine the key tasks, which should be solved to improve the balance and fairness of radio resource utilization such as improvement of the routing efficiency and spectrum sharing in licensed bands without jeopardizing the user experience. In order to solve the given tasks this thesis propose new complex routing method based on the global extremum determination for the function of sorted random search by adding/removing of the nodes. Proposed method allows creating and arranging of the set of routes by using the QoS maximization and taking into account the network heterogeneity. The nodes localization method has been improved based on the Thurston's algorithm using the Voronoi power diagram with correct adjacent connections, which allows to increase the precision of virtual coordinates by using canonical unit Poincare disk to improve the quality of routing in Euclidian space. The clustering method of sensor nodes has been improved by the determination of centroid taking into account the wireless channel propagation model to reduce the time for route searching between the arbitrary pair of nodes. The model of clusters overlapping in self-organized wireless networks has been further developed by using the logical nodes addresses reassignment within the given cluster to ensure the target QoS level in case of hardware or software failures. The simulations have been conducted based on the developed analytical and empirical models in conditions of noise fluctuations in wireless channels to prove the efficiency of the proposed solutions. Simulation results show that by using the proposed complex routing method we can ensure the high reliability of the wireless sensor network and maintain the required QoS level for end users. Simulations on the efficiency of proposed clustering method show that bit error rate has been reduced by 7% comparing to existing solutions. Simulations of the transmission time between source node and destination node using the shortest path selection by the proposed complex routing method show that the transmission latency has been reduced two times comparing to conventional routing methods for the same configuration of the wireless sensor network.Item Методи та моделі надання послуг в гетерогенних розподілених інформаційно-телекомунікаційних системах(Національний університет "Львівська політехніка", 2018) Лаврів, Орест Андрійович; Климаш, Михайло Миколайович; Національний університет «Львівська політехніка»; Толюпа, Сергій Васильович; Катеринчук, Іван Степанович; Жураковський, Богдан ЮрійовичДисертація присвячена структурно-функціональному синтезу та наданню послуг в гетерогенних розподілених інформаційно-телекомунікаційних системах з метою покращення значень метрик якості надання послуг шляхом оптимізації структури та показників ефективності функціонування телекомунікаційної підсистеми, а також підвищення захищеності, відмовостійкості та зниження тривалості відновлення працездатності інформаційної підсистеми. У роботі проведено аналіз процесу надання послуг в гетерогенних розподілених інформаційно-телекомунікаційних системах. Розроблено та удосконалено методи побудови та моделі гетерогенних розподілених інформаційно-телекомунікаційних систем. Запропоновано методи структурно-функціонального синтезу телекомунікаційної підсистеми інформаційно-телекомунікаційних систем. Удосконалено метод керування конфігурацією та забезпечення катастрофостійкості інформаційної підсистеми інформаційно-телекомунікаційних систем. Розроблено нові та покращено відомі моделі надання послуг в гетерогенних інформаційно-комунікаційних системах. Досліджено особливості побудови та поведінки складної інформаційно-телекомунікаційної системи під впливом зростання навантаження на підставі програмно-реалізованих моделей та експериментального методу дослідження. За сукупністю та новизною отриманих результатів розв’язано актуальну наукову проблему розроблення методів та моделей надання послуг у гетерогенних розподілених інформаційно-телекомунікаційних системах для підвищення якості обслуговування та покращення структурно-функціональних параметрів і характеристик цих систем з метою узгодження взаємодії сервісного шару та шару передавання даних. The thesis is dedicated to the aspects of structural and functional synthesis and the services provision in heterogeneous distributed information and telecommunication systems to improve the metrics of the service quality of delivery by optimizing the structure and indicators of the efficiency of the functioning of the telecommunication subsystem, as well as increasing the security, fault tolerance and reducing the duration of the recovery of the information subsystem. The first chapter analyzes the influence of the system architecture of distributed heterogeneous information and telecommunication systems on their quality metrics. The processes of communication in distributed heterogeneous informationcommunication systems are analyzed, considering the application layer influence. The analysis performed is the basis for further implementation of the tasks of developing models of components of the investigated information and telecommunication systems and methods of providing services in such systems. The second chapter of the thesis proposes a mathematical model for query forwarding in heterogeneous service-oriented systems. The problem of resources allocation of heterogeneous information and communication systems between service flows is stated. Based on the area-based model of service delivery, a set of user’s coordinates was calculated, users are classified by a speed criterion, and that provides the centralizing service management under the overloads of network segments. The calculated parameters of communication processes allow to characterize the process of providing services in the system by calculating the losses probability and system availability. The proposed method of load balancing with multi-stage switching of service points increases the availability of information resources during periods of peak load by 14%. The task of providing data streams with satisfactory service is to optimally combine the physical and logical network structures. The third chapter contains the research of configurations of network topologies based on the theory of graphs. The research of the architecture of a telecommunication channel supported by a set of service classes was performed. The solution of the resource allocation problem between network service flows is proposed in case of equal competition for available physical resources. The goal is to estimate the maximum number of clients who can use the service with different levels of service quality. The problem is formulated in graph theory terms and solved by the method of linear programming for a given network graph. The influence of the logical structure on the availability of network resources is investigated. The proposed method detects redundancy in the physical structure and reduces the cost of the network or changes the routing policy by introducing k-route routing through unused channels, and as a result – by increasing network performance. The fourth chapter presents a new model of the corporate client of the information and communication system. A new model of shared cloud infrastructure has been developed. Both models are implemented as a software and allow to simulate the system performance without its actual building. The information security system as IaaS service in the telecommunication segment of the distributed heterogeneous information and telecommunication system was developed and investigated. The results show that the impact of attacks on the information and telecommunication system has been reduced by more than 90%. The process of infrastructure recovery after catastrophes based on manual and automatic activity is explored. We have estimated the recovery duration in the case of manual and automatic recovery based on the IaaC. The benefit ration may be by an order. The fifth chapter analyses the process of continuous integration and the architecture of its implementation. We offered the advanced method of fully ordered group communication, which keeps the synchronization process operational, even if the message of the sender process is lost. The adequacy of the software component model was verified by studying the routing of multiservice information flow with the hardware router and the software component of the heterogeneous distributed information and telecommunication system. We proved that load balancing in the integrated information service deployment management system could reduce the average duration of queries up to 3 times. We designed an IPTV streaming model. The comparative estimations of the delay are given, which allow to assert that the increase of the channel capacity by 10 times leads to up to 2,5 time decrease in the service delivery delay, which is explained by the restrictions of the load balancing method. The sixth chapter of the thesis presents the methods for deploying cloud infrastructure based on the PaaS principle. The advanced three-layered architecture of information and telecommunication systems with is offered. The study of the of cloud services availability in information and telecommunication systems with multicomponent cloud infrastructure has been conducted. We performed the load testing of the distributed heterogeneous information and telecommunication system based on the cloud infrastructure. The results of load testing revealed a bottleneck in the system. We also simulated utilization of infrastructure components and metrics of service quality and quality of experience. It has been shown that updating of the system code makes it impossible to design and use universal models of the system, since even minor changes to the code which logically combine the components of the system leads to a change in the behavior of the system, which cannot be considered in both analytical and simulation models. In this regard, the proposed methodology for the investigation of distributed heterogeneous information and telecommunication systems based on cloud infrastructure is an important tool in their design and operation and allows solving the problem of harmonizing the levels of the proposed conceptual structure of information and telecommunication systems with improvement of service quality metrics and optimal distribution of resources of such systems. This indicates the achievement of the thesis objectives. Диссертация посвящена структурно-функциональному синтезу и предоставлению услуг в гетерогенных распределенных информационно-телекоммуникационных системах с целью улучшения показателей качества предоставления услуг путем оптимизации структуры и показателей эффективности функционирования телекоммуникационной подсистемы, а также повышения защищенности, отказоустойчивости и снижения продолжительности восстановления работоспособности информационной подсистемы. В работе проведен анализ процесса предоставления услуг в гетерогенных распределенных информационно-телекоммуникационных системах. Разработаны и усовершенствованы методы построения и модели гетерогенных распределенных информационно-телекоммуникационных систем. Предложены методы структурно-функционального синтеза телекоммуникационной подсистемы информационно-телекоммуникационных систем. Усовершенствован метод управления конфигурацией и обеспечения катастрофоустойчивости информационной подсистемы информационно-телекоммуникационных систем. Разработаны новые и улучшены известные модели предоставления услуг в гетерогенных информационно-коммуникационных системах. Исследованы особенности построения и поведения сложной информационно-телекоммуникационной системы под влиянием роста нагрузки на основании программно-реализованных моделей и экспериментального метода исследования.Item Методи та моделі управління контентом в розподілених інфокомунікаційних системах(Національний університет "Львівська політехніка", 2018) Кирик, Мар’ян Іванович; Климаш, Михайло Миколайович; Національний університет «Львівська політехніка»; Лісовий, Іван Павлович; Коваль, Валерій Вікторович; Дуравкін, Євген ВолодимировичДисертаційну роботу присвячено проблематиці управління передаванням інформації в розподілених інфокомунікаційних системах та мережах доставки контенту з метою ефективного використання мережевих ресурсів глобальної інформаційної інфраструктури загалом, та її національного сегменту зокрема, шляхом підвищення продуктивності процесів передавання інформації в умовах збільшення її обсягів. В роботі представлено розв’язання проблеми розроблення методологічного забезпечення управління передаванням інформації в розподілених інфокомунікаційних системах та мережах доставки контенту з метою ефективного використання мережевої інфраструктури, підвищення системної продуктивності і якості надання послуг за рахунок динамічного балансування навантаження. Визначено критерії класифікації типів трафіку сучасних мультисервісних мереж та методику його ідентифікації, яка дозволяє отримати динамічну модель трафіку та адекватно підбирати алгоритми керування процесами передавання даних в інфокомунікаційних мережах. Запропоновано методи підвищення ефективності використання радіочастотного спектру та покращення параметрів якості надання мультисервісних послуг в когнітивній безпровідній мережі доступу із можливістю адаптивного налаштування параметрів обладнання та мінімізацією тривалості прийняття рішення про зміну радіочастотних каналів. Проведено дослідження технології передавання мультимедійного контенту, представлено концепцію та архітектуру мережі доставки контенту. Запропоновано механізми управління навантаженням в CDN-мережах для вибору оптимального маршруту його передавання та забезпечення заданої якості сервісу на основі впровадженої цільової функції. Запропоновано методологію синтезу мереж доставки контенту на основі сегменту глобальної мережевої інфраструктури, яка враховує методи ресурсного управління, наскрізного оцінювання їх параметрів, якості сервісу та стану активного мережевого обладнання, а також динамічного балансування навантаження, що дало змогу підвищити системну продуктивність та якість надання інфокомунікаційних послуг за рахунок ефективнішого використання мережевих ресурсів. Диссертационная работа посвящена проблеме управления передачей информации в распределенных инфокоммуникационных системах и сетях доставки контента с целью эффективного использования сетевых ресурсов глобальной информационной инфраструктуры в целом, и ее национального сегмента в частности, путем повышения производительности процессов передачи информации в условиях увеличения ее объемов. В работе представлено решение проблемы разработки методологического обеспечения управления передачей информации в распределенных инфокоммуникационных системах и сетях доставки контента с целью эффективного использования сетевой инфраструктуры, повышения системной производительности и качества предоставления услуг за счет динамической балансировки нагрузки. Определены критерии классификации типов трафика современных мультисервисных сетей и методика его идентификации, которая позволяет получить динамическую модель трафика и адекватно подбирать алгоритмы управления процессами передачи данных в инфокоммуникационных сетях. Предложены методы повышения эффективности использования радиочастотного спектра и улучшение параметров качества предоставления мультисервисных услуг в когнитивной беспроводной сети доступа с возможностью адаптивной настройки параметров оборудования и минимизацией длительности принятия решения об изменении радиочастотных каналов. Проведено исследование технологии передачи мультимедийного контента, представлена концепция и архитектура сети доставки контента. Предложены механизмы управления нагрузкой в CDN-сетях для выбора оптимального маршрута ее передачи и обеспечения заданного качества сервиса на основе внедренной целевой функции. Предложена методология синтеза сетей доставки контента на основе сегмента глобальной сетевой инфраструктуры, учитывающая методы ресурсного управления, сквозного оценивания их параметров, качества сервиса и состояния активного сетевого оборудования, а также динамической балансировки нагрузки, что позволило повысить системную производительность и качество предоставления инфокоммуникационных услуг за счет более эффективного использования сетевых ресурсов. The dissertation is devoted to the problems of information transfer management in distributed infocommunication systems and in content delivery networks in order to efficiently use network resources of entire global information infrastructure and its national segment in particular. It is reached by increasing the productivity of information transmission in conditions of its volumes growth. Management of multiservice streams requires using system models and algorithms of traffic management to optimize the performance of networks. The dissertation presents the solution to the problem of developing the methodological provision of information transmission control in distributed infocommunication systems and content delivery networks in order to effectively use the network infrastructure, increase the systemic productivity and quality of service delivery due to dynamic load balancing. In order to increase the productivity and efficiency of the information transmission control in the content delivery networks during content volume growth, there have been developed the model of self-similar multiservice traffic in distributed networks of streaming user load transmission as well as the mathematical model of probabilistic-time characteristics of the multiservice network. These models take into account the structural and functional features of the access level architecture. The criteria of traffic types classification in modern multiservice networks and traffic identification methods are determined. It allows to obtain a dynamic traffic model, which assists to select adequately the algorithms of transmission control in the infocommunication networks. The approaches that are used to determine the degree of self-similarity for network traffic are presented. The mathematical modeling was carried out to determine the quality of service parameters, which confirmed that the use of arbitrary methodology for calculating service quality parameters is inadmissible for traffic with self-similarity characteristic. The methods for increasing the efficiency of using the radio frequency spectrum and for improving the service quality in the cognitive wireless access network with the possibility of equipment parameters’ adaptive adjustment are proposed. As a result time used for decision on the change of radio frequency channels was redused. The multimedia content transmission technology, concept and architecture of the content delivery network are considered. The mechanisms of load management in CDN networks are proposed to choose the optimal route and provide quality of service with the usage of the contributed target function. The main load balancing methods are considered, which allow to rationally distribute the load between servers of the network and improve the quality of service. The system service model in wireless networks is presented, which should be used for efficient allocation of resources in a wireless environment. The simulation model for servicing queues of the multiservice network with the use of data prioritization was developed. A comparative analysis of the operation of queuing algorithms in wired and wireless networks for different types of streams was conducted. An algorithm for assessing the quality of service in the multiservice telecommunication network, which takes into account the work of several mechanisms of queuing and overload management was developed. The synthesis methodology of content delivery networks based on the segment of global network infrastructure was proposed. It takes into account resource management methods, cross-sectional evaluation of their parameters, quality of service and the state of active network equipment, as well as dynamic load balancing, which made it possible to increase the system productivity and quality of infocommunication services by more efficient use of network resources.Item Моделі та алгоритми управління радіочастотним спектром в когнітивних радіомережах(Національний університет "Львівська політехніка", 2018) Янишин, Володимир Богданович; Кирик, Мар’ян Іванович; Національний університет «Львівська політехніка»; Ложковський, Анатолій Григорович; Отрох, Сергій ІвановичУ дисертації розв’язано актуальне наукове завдання розроблення ефективних методів та алгоритмів управління радіочастотним спектром в когнітивних радіомережах для підвищення рівня якості сервісів, що ними надаються. Визначено основні функції процесу управління радіочастотним спектром, проаналізовано основні функції когнітивного радіо, схеми управління радіочастотним спектром і особливості мережевої архітектури когнітивної радіомережі. Проведено дослідження ефективності сканування спектру одним когнітивним користувачем та з використанням методу кооперативного сканування. Розроблено інтелектуальну імітаційну модель системи керування когнітивною мережею із можливістю широкого і гнучкого налаштування вхідних параметрів, вибору методів управління радіочастотним спектром, а також із можливістю подальшого удосконалення. Проведено удосконалення методу сканування спектру для оцінювання спектральної густини потужності, що базується на виявленні енергії за допомогою періодограми Уелча. Удосконалено імітаційну модель процесу оцінювання ефективності методів вибору смуг спектру на основі використання розроблених алгоритмів балансування вхідного навантаження. Запропоновано удосконалений алгоритм проактивного передавання смуг спектру для обслуговування первинних користувачів із використанням статистичних даних про функціонування системи та попереднім прогнозуванням стану частотного каналу, що дало змогу покращити пропускну спроможність системи когнітивного радіо на 25% і майже вдвічі знизити ймовірність виникнення колізії між первинними та когнітивними користувачами. На основі результатів моделювання визначено, що навіть при максимальній завантаженості первинної мережі середня сумарна пропускна здатність моделі когнітивної радіомережі з удосконаленнями зростає на 7-12%. В диссертации решена актуальная научная задача разработки эффективных методов и алгоритмов управления радиочастотным спектром в когнитивных радиосетях для повышения уровня качества сервисов, предоставляемых ними. Определены основные функции процесса управления радиочастотным спектром, проанализированы основные функции когнитивного радио, схемы управления радиочастотным спектром и особенности сетевой архитектуры когнитивной радиосети. Проведено исследование эффективности сканирования спектра одним когнитивным пользователем и с использованием метода кооперативного сканирования. Разработана интеллектуальная имитационная модель системы управления когнитивной сетью с возможностью широкой и гибкой настройки входных параметров, выбора методов управления радиочастотным спектром, а также с возможностью дальнейшего усовершенствования. Проведено усовершенствование метода сканирования спектра для оценки спектральной плотности мощности, основанное на выявлении энергии с помощью периодограммы Уэлча. Усовершенствована имитационная модель процесса оценки эффективности методов выбора полос спектра на основе использования разработанных алгоритмов балансировки входящей нагрузки. Предложен усовершенствованный алгоритм проактивной передачи полос спектра для обслуживания первичных пользователей с использованием статистических данных о функционировании системы и предварительным прогнозированием состояния частотного канала, что позволило улучшить пропускную способность системы когнитивного радио на 25% и почти вдвое снизить вероятность возникновения коллизии между первичными и когнитивными пользователями. На основе результатов моделирования определено, что даже при максимальной загруженности первичной сети средняя суммарная пропускная способность модели когнитивной радиосети с усовершенствованиями повышается на 7-12%. The thesis solves an actual scientific problem - development of effective radio frequency spectrum management methods and algorithms in cognitive radio networks for the quality of service improving. The basic functions of cognitive radio, radio frequency spectrum management schemes and features of the network architecture of the cognitive network are analyzed. A study of the efficiency of spectrum scanning by one cognitive user and using the method of cooperative scanning was conducted. The intellectual computer model of the cognitive network management system with the possibility of wide and flexible adjustment of input parameters, choice of radio frequency spectrum management methods, and with the possibility of further improvement and scaling is developed. Improvement of spectral scanning method and estimation of spectral power density based on energy detection using the Welch periodogram was contributed. The model for assessing the efficiency of spectrum selection methods based on the introduced new performance indicator - the duration of the adoption of a system solution (radio channel designation) for the algorithms for balancing the input load has been improved. The simulation system model has been proposed to calculate main system operational parameters and integrated in simplified model of cognitive radio network with one primary system and one secondary cell. The model uses queueing systems to evaluate how effects on the total system configuring time of the secondary connections on sensing errors, multiple interruptions and capacity of channel. Based on the results, when using load-balancing methods, the total system configuring time can be reduced from 20% and even up to 50%. The advanced algorithm of the proactive protocol of spectrum transmission for service with the use of statistical data about system operation and preliminary forecasting of the frequency channel status was proposed, which allowed to improve the bandwidth of the cognitive radio system by 25% and almost halve the likelihood of a collision between the primary and cognitive users. The simulation was conducted for estimating the bandwidth of a cognitive radio network on the basis of an intellectual simulation model with the use of advanced methods for managing the radio frequency spectrum under the system's operation in conditions close to real. Based on the results of the simulation, it is determined that even with the maximum load of the primary network, the average total bandwidth of the cognitive radio network model with improvements is increased by 7-12%.Item Методи та алгоритми підвищення ефективності функціонування конвергентних оптичних мереж доступу(Національний університет "Львівська політехніка", 2018) Красько, Олена Володимирівна; Климаш, Михайло Миколайович; Національний університет «Львівська політехніка»; Толюпа, Сергій Васильович; Єременко, Олександра СергіївнаДисертація присвячена розв’язанню актуального наукового завдання розроблення моделей, методів та алгоритмів передавання інформаційних потоків у конвергентних оптичних мережах з інтеграцію сегментів мобільного та фіксованого доступу в умовах нестаціонарної інтенсивності трафіку та змінних вимог до параметрів якості передавання даних. Проведено аналіз стану та тенденцій розвитку конвергентних оптичних мереж доступу і визначено основні обмеження щодо їх ефективності. Удосконалено модель розподілу канальних ресурсів у пасивних оптичних мережах доступу зі спектральним ущільненням каналів, що дає змогу підвищити ефективність використання пропускної здатності мережі за рахунок адаптації передавання службового трафіку. Розроблено модель конвергенції фіксованих та мобільних мереж доступу, яка дає змогу передавати радіосигнали останніх через оптичні канали зв’язку. Запропоновано метод балансування трафіку між окремими сегментами мережі доступу, який дає змогу підвищити сумарну ефективність використання пропускної здатності у конвергентній оптичній мережі доступу. Запропоновано модель віртуалізації мережних функцій для спрощення процесу управління ресурсами в конвергентних мережах зі складною топологічною структурою на основі технології програмно-конфігурованих мереж. Проведено моделювання процесу функціонування конвергентної оптичної мережі з інтеграцією сегментів фіксованого та мобільного доступу. Диссертация посвящена решению актуальной научной задачи разработки моделей, методов и алгоритмов передачи информационных потоков в конвергентных оптических сетях с интеграцией сегментов мобильного и фиксированного доступа в условиях нестационарной интенсивности трафика и меняющихся требований к параметрам качества передачи данных. Проанализированы состояние и тенденции развития конвергентных оптических сетей доступа и определены основные ограничения относительно их эффективности. Усовершенствована модель распределения канальных ресурсов в пассивных оптических сетях доступа со спектральным уплотнением каналов. Разработана модель конвергенции фиксированных и мобильных сетей доступа, позволяющая мультиплексировать радиосигналы через оптические каналы. Предложен метод балансировки трафика между отдельными сегментами сети доступа, который позволяет повысить суммарную эффективность использования пропускной способности в конвергентной оптической сети доступа. Предложена модель виртуализации сетевых функций для упрощения процесса управления ресурсами в конвергентных сетях со сложной топологической структурой на основе технологии программно-определяемых сетей. Проведено моделирование процесса функционирования конвергентной оптической сети с интеграцией сегментов фиксированого и мобильного доступа. The thesis is devoted to solving an actual scientific task of developing models, methods and algorithms for data flows transmission in converged optical networks, which integrate the fixed and mobile access segments in conditions of dynamic traffic intensity and variable requirements of data transmission quality. The main restrictions for network performance were assessed such as low efficiency of bandwidth utilization, high signaling overhead, complexity of adaptive resource management in conditions of dynamic traffic intensity and various traffic classes. The model or resource distribution in convergent optical access network has been proposed to improve the efficiency of bandwidth utilization. Proposed resource allocation method, called wavelength-time division multiple access separates the entire wavelength-time resource grid into resource blocks. Each resource block has of 8 symbols in time domain and 8 carriers in frequency domain. Carriers separation is 200 GHz that is equal to 1.6 nm interval between wavelengths in a single optical fiber. Time symbol has duration of 15 μs that allows fitting resource block into the 125 μs PHY time frame 10 GEPON. The advantage of this model is the high granularity of dynamic bandwidth allocation, when different amount of resource elements can be allocated to small cell. In this case, the minimal provided capacity is 1.25 Gbit/s per cell. Then the capacity can be gradually increased with 1.25 Gbit/s step until the maximum possible value of 80 Gbit/s per cell. For very large cells, it is also possible to aggregate four resource blocks in frequency domain, providing the total capacity of 320 Gbit/s. The model for convergence of fixed optical and mobile networks has been introduced to improve the efficiency of integrated access network. The novelty of this model is that it allows tunneling of radio signals between baseband processing unit and remote radio head over the optical network. This provides more flexibility of integration the Cloud-RAN and LTE mobile networks into converged infrastructure. The new method of load balancing between closely related segments of optical access network has been developed based on the wavelength-time resource grid. This model can estimate the load flows between different optical network units based on the previously known statistic about their relation among the nodes. Based on the proposed method, we have derived a new approach for handover in LTE networks. This approach takes into account the S1 and X2 traffic percentage in the backhaul. Proposed approach uses joint assignment of the resource elements for multiple optical network units during handover that allows to decrease the amount of backhaul traffic over X2 interface by 20%. New model of network function virtualization has been proposed to simplify the management of the convergent network infrastructure. The main novelty of this model is that it divides networks into four different elements. First, the high performance data centers provide the abstraction of the other network segments and are directly involved in the network functions virtualization according to the software-defined network paradigm. Second, the convergent optical access network is responsible for the transportation of the user data traffic. Finally, the two last mile segments are also considered as the important part of the overall access network infrastructure. Combination of the four above mentioned network segments into single convergent network architecture under software defined management provides a significant gain in terms of the energy and spectral efficiency and overall network performance.