Моделі та алгоритми забезпечення якості обслуговування в мультисервісній мережі з урахуванням властивостей трафіку

Abstract

Дисертаційну роботу присвячено моделюванню та дослідженню мультисервісних мереж та їх вузлів з урахуванням властивостей мережевого трафіку для прогнозування і забезпечення параметрів якості обслуговування. Розв'язано задачу прогнозування параметрів якості обслуговування на етапі проектування та їх забезпечення в процесі управління мережею. Розроблено модель вхідного трафіку та модель обслуговування і сервісно-орієнтованого планування ресурсів. Задачі планування та управління вирішуються узгоджено за рахунок динамічної пріоритезації класів мережевого трафіку. Проведено дослідження часових параметрів якості обслуговування в залежності від наданого обсягу ресурсів конкретному класу трафіку. Розроблено рекомендації щодо впровадження сервісно-орієнтованого планування та управління ресурсами в мультисервісних платформах Softswitch та IMS, виконано модернізацію функцій елементів управління цих платформ для реалізації моделей і алгоритмів, що представлені у дисертаційній роботі. Шляхом проведення експерименту в мультисервісній мережі встановлено, що застосування розроблених моделей і алгоритмів на 9-17% знижує джитер пакетів, що характеризує стабільність затримки і для даних реального часу покращує якість обслуговування. При фіксованих параметрах якості надання послуг на 5-10% зменшено обсяг необхідних ресурсів мережі для їх забезпечення. Для підтвердження адекватності розроблених імітаційних моделей проведено аналіз агрегованого трафіку мультисервісної мережі великої організації. Проведено аналіз застосування динамічної пріоритезації класів трафіку для управління ресурсами мультисервісного вузла при забезпеченні сервісу трьом групам користувачів. Диссертационная работа посвящена моделированию и исследованию мультисервисных сетей и их узлов с учетом реальных свойств сетевого трафика для обеспечения параметров качества обслуживания. В работе основное внимание обращено к вопросам планирования сетевых ресурсов и методам приоритезации трафика. Решена задача обеспечения параметров качества обслуживания, как на этапе проектирования, так и на этапе управления сетью. Проведенный анализ показал, что все существующие модели мультисервисных телекоммуникационных сетей построены по иерархической структуре и должны учитывать основной приоритет качества обслуживания. Предложена структурно-функциональная модель обслуживающего устройства и введена зависимость, которая учитывает влияние конкретного типа обслуживающего узла на входное воздействие. Путем использования данной зависимости формируется исходная реакция узла сети на входящий трафик. При этом в модели обеспечено отслеживание параметров качества обслуживания и визуализация зависимостей параметров качества от структурно-функциональных параметров системы обслуживания мультисервисного трафика. В предложенном моделировании как структурно-функциональные параметры рассматриваются производительность внутренней шины и производительность процессора сетевого узла. Разработана модель входящего трафика, модель обслуживания и сервисно-ориентированного планирования ресурсов. Задачи планирования и управления решаются согласованно за счет динамической приоритезации классов сетевого трафика и введения приоритета связей между интерфейсами внутри сетевого узла. Решена частичная задача планирования буферного ресурса для сетевых приоритетов. Предложены две стратегии: при преобладании трафика передачи данных с ростом коэффициента умножения длины очереди для приоритетного трафика возрастает длина очереди неприоритетного трафика. При преобладании данных реального времени с ростом коэффициента умножения длины очереди размер буфера неприоритетного трафика снижается экспоненциально. Проведено исследование динамики использования ресурсов мультисервисного узла при передаче самоподобного трафика, в частности установлена зависимость между коэффициентом загрузки системы и загруженностью буфера. При функционировании узла в перегруженном режиме ( ) загруженность буфера возрастает по степенному закону. Также получена зависимость загруженности накопителя от пропускной способности входящего интерфейса, которая является квазилинейной и при заданных структурно-функциональных параметрах узла позволяет определить рабочую пропускную способность входного интерфейса, не приводящую к перегрузке сетевого узла. Построен профиль загрузки буфера в процессе моделирования, с которого определено максимальное и среднее значение загруженности буфера за период моделирования. Проведено исследование временных параметров качества обслуживания в зависимости от предоставленного объема ресурсов конкретному классу трафику. Основываясь на полученных графиках, решена задача определения необходимого количества ресурсов сети для обеспечения гарантированного качества предоставления услуг. Разработаны рекомендации по внедрению сервисно-ориентированного планирования и управления трафиком на основе динамической приоритезации в существующие мультисервисные платформы Softswitch и IMS, предложена модернизация функций некоторых элементов управления этих платформ для реализации моделей и алгоритмов, представленных в диссертационной работе. Путем проведения эксперимента в мультисервисной сети установлено, что применение разработанных моделей и алгоритмов на 9-17% снижает джиттер пакетов, характеризующий стабильность задержки и для данных реального времени улучшает качество обслуживания. При фиксированных параметрах качества предоставления услуг удалось на 5-10% уменьшить объем необходимых ресурсов сети для их обеспечения. Для подтверждения адекватности разработанных имитационных моделей проведен анализ агрегированного трафика мультисервисной сети крупной организации. Показано применение динамической приоритезации классов трафика для управления ресурсами мультисервисного узла при обеспечении сервиса трем группам пользователей. Рассчитан размер домена сети, в котором соблюдаются временные параметры качества обслуживания при использовании относительной динамической приоритезации трафика. The thesis is devoted to modeling and research of multiservice networks and their components considering network traffic features to ensure service quality parameters. In this paper special attention is paid to the planning of network resources and methods of traffic prioritizing. The problem of service quality parameters assuring is solved in the design stage and in the stage of network management. The paper shows all existing models of multiservice telecommunication networks are based on hierarchical structure and should consider the main priority of service quality. The arrival traffic model and service, and service-oriented resource planning models are designed. Planning and management task are solved agreed by dynamic prioritizing of network traffic classes. Time parameters of service quality dependence on the resources provided by a particular traffic are studied. Option architectures Softswitch and IMS are proposed with upgrading some their control features for the implementation of models and algorithms proposed in the thesis for the multiservice network deployment. The conducted experiment has shown the packet jitter decreases approximately on 9-17% using designed models and algorithms. This result shows the service quality increases for real-time data. In the case of fixed quality parameters the network recourses capacity for its providing decreases on 5-10%. To confirm the adequacy of the developed simulation models it was analyzed aggregate multiservice network traffic of the large organization. The use of dynamic prioritizing of traffic classes for multiservice node resources management is shown to provide service for three groups of users.