Моделі та алгоритми буферизації мультисервісного трафіку у телекомунікаційних мережах

Abstract

Роботу присвячено розробленню алгоритму багаторівневої буферизації мультисервісного трафіку із використанням технології адаптивної зміни буферного простору, що дає змогу покращити якість надання послуг та оптимально використовувати ресурси мережі та вузлів обслуговування. В роботі проведено аналіз мультисервісного трафіку діючої телекомунікаційної мережі передавання даних. Вибрано математичну модель для опису імовірнісно-часових характеристик досліджуваного трафіку. Досліджено роботу алгоритмів управління чергами та перевантаженнями та за результатами моделювання запропоновано використання найбільш оптимального алгоритму WFQ, який забезпечує задовільну якість обслуговування в мультисервісній мережі передавання даних. Вперше розроблено багаторівневу схема буферизації даних у вузлах обробки та приймання мультисервісного трафіку для покращення якості надавання послуг. Запропоновано використання технології динамічної (адаптивної) буферизації даних із метою оптимізації роботи моделі, що дає можливість встановлювати динамічно адаптовані для кожної черги пороги, а також сприяє більш раціональному використанню буферного простору та мінімізує рівень втрат. Практичне значення отриманих результатів полягає у тому, що у поєднанні із алгоритмом пришвидшеного перемикання каналів, розроблена схема багаторівневої буферизації даних із використанням технології адаптивної зміни буферного простору дає можливість суттєво знизити час перемикання каналів при використанні послуг інтерактивного телебачення і тим самим підвищити якість сприйняття послуг кінцевими користувачами. Работа посвящена разработке алгоритма многоуровневой буферизации мультисервисного трафика с использованием технологии адаптивного изменения буферного пространства, что позволяет улучшить качество предоставления услуг и оптимально использовать ресурсы сети и узлов обслуживания. В работе исследованы основные принципы и методы передачи мультисервисного трафика в глобальных телекоммуникационных сетях. Проведен анализ трафика действующей сети передачи данных. Выбрано математическую модель для описания вероятностно-временных характеристик исследуемого трафика. Опираясь на результаты проведенных исследований, установлено, что исследуемый трафик является самоподобным и именно потому необходимо использование буферизации с целью обеспечения удовлетворительного качества обслуживания. Изучено работу алгоритмов управления очередями и перегрузками а также предложен интегральный критерий оценки эффективности обслуживания очередей и управления перегрузками, учитывающий значение задержки, джиттера и вероятности потери пакетов которий позволяет оценить результаты работы средств управления очередями и буферным пространством. По результатам проведенного моделирования предложено использование оптимального алгоритма WFQ, который обеспечит удовлетворительное качество обслуживания в мультисервисной сети передачи данных. Впервые разработана многоуровневая схема буферизации данных в узлах обработки и приема мультисервисного трафика для улучшения качества предоставления услуг. Предложенная схема учитывает взаимное влияние параметров буферизации на каждом уровне обслуживания. Предложено использование технологии динамической (адаптивной) буферизации данных с целью оптимизации работи модели, что дает возможность устанавливать динамически адаптирующие для каждой очереди пороги, а также способствует более рациональному использованию буферного пространства и минимизирует уровень потерь. Использование этой технологии позволяет снизить уровень потерь на 10% по сравнению с классическими методами буферизации данных. Практическое значение полученных результатов заключается в том, что в сочетании с алгоритмом ускоренного переключения каналов, разработана схема многоуровневой буферизации данных с использованием технологии адаптивной (смарт) буферизации позволяет существенно снизить время переключения каналов при использовании услуг интерактивного телевидения и тем повысить качество восприятия услуг конечными пользователями. The work is devoted to development of the multi-buffering algorithm for multi-service traffic using adaptive changes of buffer space technology. This will help to improve the quality of service and optimal use of network resources and resources of the services nodes. A multimedia traffic of existing multiservice telecommunication data network were analyzed in the thesis. A mathematical model to describe the probabilistic-time characteristics of the traffic was selected. The work queue management and congestion algorithms were studied. Using the optimal algorithm WFQ was proposed by the modeling results. The multi-buffering scheme of the node of data processing and receiving was proposed. A dynamic (adaptive) buffering technology was proposed. This technology makes it possible to set dynamically adapting thresholds for each queue, and promotes a more efficient use of the buffer space and minimize losses. The practical significance of the results is that, the developed scheme combined with a quick-change channels algorithm, makes it possible to significantly reduce switching channels time while using interactive television and so improve the quality of perception services to end-users.