Методи боротьби з перевантаженнями телекомунікаційних мереж нових поколінь шляхом формування потоків різнорідного мережного трафіку

Abstract

Дисертаційна робота присвячена створенню методів та пристроїв формування потоків різнорідного мережного трафіку. Телекомунікаційні мережі нового покоління (NGN, FN) – це цифрові мережі обміну інформацією різних видів. Відповідно і мережний трафік є різнорідним і самоподібним (фрактальним) за визначенням. У той же час при передаванні квазіперіодичних потоків зростання черг у буферній пам'яті є помітно повільнішим, а час обробки пакетів у комутаційному вузлі – значно меншим. Цей шлях є новим і перспективним для розвитку телекомунікаційних мереж нового покоління та їх конвергенції з "чистими" IP-мережами. У дисертаційній роботі сформульовані завдання боротьби з перевантаженнями шляхом усунення сплесків інтенсивності різнорідного мережного трафіку, обумовлених наявністю його самоподібності. Розроблено метод кондиціонування трафіку шляхом надання йому квазіперіодичного характеру. Проаналізовано математичну модель квазіперіодичного потоку трафіку. Такий потік представляє собою послідовність пакетів з майже постійним періодом слідування r T T T    r r r , де const T r  – теоретично постійний період слідування; r  – нормально розподілена випадкова величина з нульовим математичним сподіванням. В дисертаційній роботі у відповідності до моделі квазіперіодичного потоку сформульовано модифіковані моделі обслуговування пакетів, що поступають до n - канальної системи; їх позначено Qd D n Qd M n / / , / / . У класифікацію Кендала додано клас Qd – квазідетермінований потік з нормально розподіленим відхиленням від постійного періоду надходження заявок. Виведено приблизні вирази для отримання асимптотичних оцінок середньої довжини черги та середнього часу очікування заявок. Розроблено адаптивні багатошвидкісні пристрої формування/згладжування послідовності пакетів різнорідного самоподібного трафіку. Для передбачення потреб пропускної спроможності різних каналів передавання даних розроблено модифікований предіктор Сміта зі степеневим згладжуванням, яке є оптимальним для згладжування самоподібних процесів з важкими хвостами імовірнісних розподілів. В залежності від швидкості змін степеню самоподібності трафіку запропоновані різні методи адаптації: по ширині діапазону жовтих, умовно жовтих та червоних пакетів, по швидкості зростання сплеску інтенсивності та по іншим параметрам трафіку. Вибрано та обґрунтовано функціонал ефективності передачі пакетів різнорідного трафіку зі сплесками інтенсивності та різними степенями самоподібності. Проведено аналіз ефективності методів формування трафіку. Виконані комп’ютерні розрахунки та моделювання процесів обслуговування пуасонівського, самоподібного та квазіперіодичного мережного трафіку. Результати розрахунків та моделювання свідчать, що при всіх випадках швидкість наростання довжини черг Qd D n Qd M n / / , / / буде найменшою. Таким чином, доведено, що при використанні адаптивних ієрархічних багатошвидкісних пристроїв згладжування різнорідного трафіку вдається усувати короткочасові сплески інтенсивності та, відповідно, позбавитися втрат пакетів, затримок та повторних передач.

The dissertation work is devoted to creation of methods and devices of formation of streams of heterogeneous network traffic. Next Generation Networks (NGN) are digital networks of information exchange of various types. Accordingly, network traffic is heterogeneous and self-similar (fractal) by definition. At the same time, when transmitting quasi-periodic streams, the queue growth in the buffers increases the queue growth in the buffer memory, and the packet processing time in the switching node is much shorter. This path is new and promising for the development of new generation telecommunications networks and their convergence with "pure" IP networks. The dissertation formulates the tasks of overload control by eliminating bursts of intensity of heterogeneous network traffic due to the presence of its self-similarity. The method of air conditioning of traffic by giving it a quasi-periodic character is developed.