WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

Меркулова Ирина Александровна ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ АНАЛИЗА ТРАФИКА ИНТЕРНЕТ – ПРОВАЙДЕРА Специальность 05.12.13 – Системы, сети и устройства телекоммуникаций

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидат технических наук

Самара – 2007

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Поволжская государственная академия телекоммуникаций и информатики (ГОУВПО ПГАТИ)

Научный консультант:

доктор технических наук, профессор Карташевский В. Г.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Орлов С. П.

кандидат технических наук, доцент Бахарева Н. Ф.

Ведущая организация: Самарский государственный университет.

Защита состоится « 9 » марта 2007 г. в 14:00 часов на заседании диссертационного совета Д219.003.02 при Поволжской государственной академии телекоммуникаций и информатики по адресу:

443010, г. Самара, ул. Льва Толстого, 23.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУВПО ПГАТИ.

Автореферат разослан « 5 » февраля 2007 г.

Учёный секретарь диссертационного совета Д219.003.02, доктор технических наук, доцент Мишин Д.В.

2 Список используемых сокращений:

CIR – гарантированная скорость передачи Ethernet – технология, которая передает информации; данные со скоростью 10 Мбит/с и исСМО – система массового обслуживания; пользует множественный доступ с конM/G/1 – СМО с одной обслуживающей тролем несущей и обнаружением конлинией, пуассоновским входящим по- фликтов CSMA/CD;

током, произвольным распределением ATM – режим асинхронной передачи;

времени обслуживания; Token Ring – технология, используется G/M/1 – СМО с одной обслуживающей для создания эстафетных сетей с марлинией, интервалы времени между па- керным доступом;

кетами на входе системы распределены FDDI – кольцевая технология, разрабопроизвольно, время обслуживания рас- танная для оптоволоконного кабеля и пределено экспоненциально; используется в магистральных сетях;

ADSL – телекоммуникационная техноло- FIFO – дисциплина обслуживания пакетов гия постоянного некоммутируемого – «первым пришел, первым обслужен»;

соединения пользователя, позволяю- WQF – очередь с весами;

щая передавать данные со скоростью RED – опознание перегрузки;

до 8 Мбит/с по обычным телефонным Priority queueing – очередь приоритетов;

линиям; Custom queueing – произвольные очереOSI – модель межсетевого взаимодейст- ди;

вия; Sign ( ) – возвращает 0, если ( )=0, 1, если ( )>0 и -1, если ( )<0;

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Сеть Интернет в России начала развиваться в первой половине 90-х годов XX-го века. С каждым годом можно было наблюдать колоссальный рост количества пользователей, с той же невероятной скоростью увеличивалась и пропускная способность каналов у Интернет – провайдеров.

Поставщикам услуг Интернет хорошо известно, что пользователей в основном интересует скорость, с которой они могут получать данные. Поэтому между пользователем и провайдером отношения строятся на компромиссной основе исходя из финансового положения пользователя и возможностей провайдера. Первый хочет за минимальную плату получать услугу хорошего качества, а второй – рационально расходовать дорогостоящие ресурсы канала. Такой компромисс выражается в так называемой услуге CIR. При покупке виртуального канала заключается контракт на минимальную пропускную способность в соответствии с тем объемом данных, который планируется передавать по сети. Но помимо пропускной способности канала, на скорость передачи данных очень сильно влияют факты потери пакетов. Увеличение размера очереди устройства обработки пакетов способствует уменьшению потерь, но это приводит к появлению задержек в интерактивном трафике, поэтому необходимо найти такую «середину», при которой пользователь будет получать свои данные без задержек и оборудование Интернет – провайдера не будет простаивать.

Существуют работы следующих учёных нашей страны, посвящённые исследованиям параметров входного потока Интернет – провайдера и методам обработки трафика в современных коммутаторах: Вишневский В.М., Степанов С.Н., Гольдштейн Б.С., Лагутин В.С., Олифер В., Олифер Н., Тарасов В.Н, Львов С. П. и д. р.

Основной задачей данной работы является анализ и разработка методов расчёта параметров трафика, таких как интенсивность поступления пакетов, интенсивность обслуживания, среднее время ожидания пакетов в очереди, длина очереди и коэффициент загрузки для узла сети Интернет – провайдера.

Цель работы и задачи исследования. Анализ методов расчёта параметров входного трафика Интернет – провайдера. Исследование влияния параметров трафика на качество обслуживания, предоставляемого Интернет – провайдером пользователю.

Основные задачи

исследования.

- Анализ доступа в Интернет с гарантированной скоростью доставки трафика;

- Методика вычисления плотностей распределения интенсивности поступления пакетов в сети Интернет – провайдера;

- Определение эффективной ширины полосы пропускания;

- Методика расчета плотностей вероятности времени ожидания пакетов в очереди и длины очереди в сети Интернет – провайдера, представленной в виде моделей систем массового обслуживания типа M/G/1 и G/M/1;

- Анализ статистических данных, собранных с реальной сети Интернет – провайдера, с целью проверки предложенных моделей.

Методы исследования. Основные теоретические и экспериментальные исследования диссертационной работы выполнены с применением методов теории вероятностей, математической статистики, комбинаторики и приближённых вычислений.

Научная новизна работы.

- Предложен метод расчёта скорости передачи пакетов и эффективной ширины полосы пропускания для разного количества пользователей в сети Интернет – провайдера.

- Разработаны методики определения среднего времени ожидания пакета в очереди и длины очереди в сети Интернет – провайдера, представленной в виде моделей систем массового обслуживания типа M/G/1 и G/M/1, и их взаимосвязь с качеством сервиса и загрузкой сети.

- Предложен метод анализа параметров входящего трафика.

Основные положения, выносимые на защиту.

- Анализ плотности вероятности распределения интенсивности поступления пакетов в однолинейных системах массового обслуживания.

- Расчет эффективной ширины полосы пропускания, требуемой для обеспечения надлежащего качества предоставления услуг Интернет – провайдером.

- Расчет зависимости коэффициента загрузки сети от качества сервиса, предоставляемого Интернет – провайдером.

- Результаты аналитического и имитационного моделирования процесса передачи данных по сети Ethernet.

- Результаты анализа средней длины очереди и времени ожидания пакетов в устройстве обслуживания Интернет – провайдера.

- Результаты экспериментального исследования коммутатора третьего уровня Интернет – провайдера.

Практическая ценность и реализация результатов работы.

Результаты анализа параметров трафика в зависимости от требуемого качества обслуживания, представленного в виде гарантированной скорости передачи, предложенные в диссертации, могут быть полезны при проектировании и строительстве сети Интернет – провайдера.

Предложенный в данной работе способ расчета параметров трафика и сети в целом, позволяет контролировать коэффициент загрузки сети и тем самым снизить потери пакетов и перегрузки.

Результаты диссертационной работы внедрены в эксплуатацию при реализации проектов по запуску и обслуживанию узлов связи компании ООО «Опти – Телеком» (г. Самара), а так же использованы в учебном процессе Поволжской Государственной Академии Телекоммуникаций и Информатики (г. Самара) при изучении курсов «Сети связи» и «Проектирование мультисервисных сетей передачи данных».

Апробация работы. Основное содержание работы

докладывалось и обсуждалось на XI Российской научно технической конференции ПГАТИ (Самара 2004), 60-ой Научной сессии, посвящённой Дню радио, 6-ой, 8-ой Международной конференции «Цифровая обработка сигналов и её применение», 5-ой Международной конференции Молодых ученых и студентов «Актуальные проблемы современной науки», 5-ой Международной конференции «Проблемы техники и технологии телекоммуникаций», 6-ом, 7ом Всероссийском симпозиуме по прикладной и промышленной математике.

Публикации. Основное содержание диссертации отражено в 12 опубликованных работах. Публикации включают 2 тезиса, 10 статей и докладов на международных научных конференциях.

Структура и объём работы.

Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка литературы и приложений. Основная часть работы содержит 135 страниц машинописного текста, 51 рисунок, 8 таблиц. Список литературы включает 125 наименований.

Краткое содержание работы Во введении обоснована актуальность темы исследования, сформулированы цель и задачи работы, представлены основные научные результаты диссертации, положения, выносимые на защиту, приведены сведения об апробации работы.

В первой главе рассмотрены взаимосвязи между сетями Интернет – провайдеров, которые подразделяются на три звена. Рассмотрена структура сети Интернет – провайдера третьего звена и основные ее компоненты, а также виды услуг, предоставляемых Интернет – провайдером пользователям.

В главе освещены основные аспекты технологий, существующих на канальном уровне модели OSI (Ethernet и его модификации, ATM, Token Ring, FDDI).

Описаны отношения между пользователем и Интернет – провайдером, которые строятся на компромиссной основе, выражаемой в виде гарантированной скорости передачи информации CIR.

Рассмотрены виды систем массового обслуживания. Для оценки вероятностных характеристик модели СМО используют следующие методы, описанные в первой главе: явное решение, алгоритмическое решение, имитационное моделирование, инженерные методики, эмпирические методы и измерение.

Методы управления очередями дают Интернет – провайдеру возможность рационально использовать свои ресурсы. Эти методы можно разбить на три основные группы: специальные стратегии организации очередей, traffic shaping и ограничение скорости. В главе также рассмотрены дисциплины обслуживания: FIFO, WQF, RED, priority queueing, custom queueing.

В данной работе, одна из задач состоит в определении параметров моделей СМО типа M/G/1 и G/M/1, таких как время ожидания пакетов в очереди и длина очереди или размер буфера. Основное внимание уделяется качеству предоставления услуг Интернет, анализу входящего трафика, исследованию его вероятностных свойств.

Во второй главе представлен метод расчёта функций плотностей вероятностей интенсивности поступления пакетов в сети Интернет – провайдера для разного количества пользователей n. Суть метода состоит в следующем:

1. Интернет – провайдер имеет полосу пропускания [0;G], Мбит/c и каждому пользователю для передачи трафика предоставляются следующие полосы: [0; h1 ], Мбит/c – первый пользователь, [0; h2 ], Мбит/c – второй пользователь и т.д. [0; hn ], Мбит/c – n – ый пользователь.

2. Предполагается, что мгновенная скорость передачи является случайной величиной с равномерной плотностью вероятности на отрезке [ m,1], Мбит/c – w(x), где m – представляет собой минимальную скоi i рость, на которой пользователь передает трафик Интернет – провайдеру и может принимать любое значение из интервала [0;1], Мбит/с.

3. Для определения суммарной функции плотности распределения n случайных величин используется аппарат характеристических функций.

4. Плотности распределения суммы xi ищутся обратным преобразованием Фурье от характеристической функции. Графики функций плотностей распределений при различных n показаны на рис.1 и рассчитаны при:.

m 1 = 0,2 Мбит/c; m 2 = 0,4 Мбит/c; m 3 = 0,5 Мбит/c; m 4 = 0,7 Мбит/c 5. По найденной плотности рассчитывается интенсивность. Для случая =1 – n = 0,53 Мбит/с, для =n – = 1,25 Мбит/с, для =n – = 2,1 Мбит/c, для =4 – n = 2,9 Мбит/c.

Результаты представленные на рис. 1 показывают, что чем больше пользователей находится в сети Интернет – провайдера, тем больше кривая функции плотности распределения стремится к Рис. нормальному закону, что теоретически подтверждается центральной предельной теоремой.

Предложенный метод позволяет учитывать различные вероятностные свойства входящего потока Интернет – провайдера.

В этой главе также описан метод расчета эффективной ширины полосы пропускания, предложенный Львовом С.П. [1], где решалась задача распределения полосы пропускания Интернет – провайдера среди пользователей, имеющих равномерное распределение плотностей вероятности для скоростей трафика, чтобы гарантировать каждому из них требуемое качество сервиса. В данной же работе автором предложено решение иной задачи, возникающей на реальной сети: провайдер Интернет, исходя из имеющейся полосы пропускания, делит ее между пользователями с тем или иным качеством сервиса.

Согласно [2], связь между качеством сервиса с и эффективной шириной полосы h установлена в виде:

G x ln a w( x)dx, (1) h = ln(a) где a = ec /G – некоторый положительный параметр больше 1, по которому требуемая скорость определяется как эффективная ширина полосы с данным параметром.

Подставляя в (1) значения функций плотностей распределений при различных n, получим значения эффективной ширины полосы.

Для n =10 считаем, что w(x) нормальная плотность с параметрами 7 и. При выбранных параметm x x рах m 1 = 0,2; m 2 = 0,4;

m 3 = 0,5;

m 4 = 0,7; m 5 = 0,3; m 6 = 0,8; m 7 = 0,5;

, Мбит/c m 8 = 0,6; m 9 = 0,4; m 10 = 0,построены графики зависимости h от качества сервиса c для n = 1; 2; 3; 4 и для n = 10 (рис. 2).

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»