WEB-ресурс научно-практических конференций

Егорова Н.П., к.т.н. Будылдина Н.В.

Уральский технический институт связи и информатики (филиал)

ГОУ ВПО «Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики», г.Екатеринбург , Российская Федерация

Моделирование мультисервисных сетей с гарантированным качеством обслуживания

  В связи с быстрым ростом   телекоммуникационных услуг, появилась необходимость   в дальнейшем развитии мультисервисных сетей представляющих собой универсальную многоцелевую среду, предназначенную для передачи речи, изображений и данных с использованием технологии коммутации пакетов. Основная задача мультисервисных сетей заключается в обеспечении работы разнородных информационных и телекоммуникационных систем и приложений в единой транспортной среде, когда для передачи и обычного трафика (данных), и трафика другой информации (речи, видео и т. д.) используется единая инфраструктура [3].  

Базовыми понятиями для мультисервисных сетей выступают качество обслуживания (Quality Of Service, QoS) и соглашение об уровне (качестве) предоставления услуг сети (Service Level Agreement, SLA).   Переход к новым мультисервисным технологиям изменяет саму концепцию предоставления услуг, когда качество гарантируется не только на уровне договорных соглашений с поставщиком услуг и требований соблюдения стандартов, но и на уровне технологий и операторских сетей.

В рекомендациях Международного союза электросвязи MCЭ Y.1291 [5]   приводится ряд базовых сетевых механизмов, действие которых направлено на достижение заданных показателей качества. Выделяются три уровня:

1.    Управление маршрутом следования информационного потока, инициированного предоставлением услуги.   В рамках этого направления возможна регулировка показателей качества через управление допуском заявок, выбором маршрута движения пакета, резервированием ресурсов.

2.    Управление передачей IP пакетов, составляющих трафик пользователей   посредством организации и планирования очередей заявок, возможностями предотвращения блокировок, механизмами маркировки пакетов, формированием и контролем трафика.

3.    Административное управление процессом обслуживания заявки пользователя   регулируется посредством соглашения об уровне обслуживания, изменения и учета трафика, формирования политик доступа к ресурсам сети.

Для эффективной работы мультисервисной сети   важно, чтобы процесс обслуживания заявок был дифференцированным. В связи с этим особую роль играют механизмы   интегрированного обслуживания сервисов ( Integrated Services , IntServ ) и   дифференцированного обслуживания сервисов ( Differentiated Services , DiffServ ).  

В сетях нового поколения технология   мультипротокольной коммутации по меткам   ( Multiprotocol Label Switching , MPLS ) в свою очередь является ведущей   для построения мультисервисных сетей. Она имеет множество свойств, таких как высокая масштабируемость, упрощение процедур маршрутизации, универсальность по отношению к транспортным технологиям, универсальность по отношению к протоколам сетевого уровня, поддержка     механизма гарантированного качества обслуживания (QoS) [1], которые позволяют перейти на новый,   более качественный уровень обслуживания пользователей услугами связи.   

Для поддержки определенного уровня качества обслуживания   и баланса потоков трафика необходима оптимизация организации сети, учитывающая различные ограничения и ресурсные емкости.

Поэтому, оценить все возможные параметры и нюансы построения сети, алгоритмы функционирования, движения трафика, возможность формализованного представления и анализа может только математический аппарат.

В системе математического моделирования мультисервисных сетей ее математическая модель описывается в рамках некоторой выбранной концептуальной модели, которая,   в свою очередь, представляет   множество входных и исследуемых параметров моделируемой системы [4]. Соответствующий   эксперимент обеспечивает вычисление оценок исследуемых параметров моделируемой системы с заданной точностью [4].

В виду того, что задачи анализа мультисервисных сетей являются сложными, многофакторными, многокритериальными и подразумевают учет и оценку множества различных параметров, изменяющихся во времени, возможно, определение и учет вероятности и   условий, как в определенных параметрах среды, так   и в не определенных. А так же возникает необходимость подбора такого метода оптимизации, который бы позволил учесть все возможные условия.

При этом важно отметить, что ни один из методов моделирования не даст полной картины, так как интерпретирует одну типовую для него модель.   Так, при оценке производительности в телекоммуникационных сетях строится модель дискретной динамической системы, которую можно оценить с помощью методов имитационного   моделирования [4]. При этом учитывается скачкообразное изменение системы в произвольные моменты времени.

Аналогично и аналитическое моделирование позволяет учесть преимущественно вероятностные характеристики временных изменений в сетевых системах различного назначения.

Таким образом, можно говорить о невозможности описания, как изменений сетевых характеристик, так и   алгоритмов функционирования мультисервисной сети только одним   математическим   методом. Построение простой модели не приведет к полноте описания сети и информативности ее анализа. Возникает необходимость организации сложной, гибридной, многокритериальной модели и соответствующего метода ее исследования.

Одной из основных задач, учитывающих сетевые ресурсы,   может быть максимизация объема трафика для каждой услуги с указанием   норм в ее потребности, что может быть оценено с помощью введения следующих ограничений:

-Ограничение емкости канала связи;

-Ограничения полосы пропускания;

-Ограничение и блокирование сетевых запросов;

-Ограничение вероятности потери пакета (различные услуги допускают различные уровни потери пакета, и при этом гарантируют   качество обслуживания). В качестве такого предела   берется "эквивалентная емкость" применимая к   каждой услуге, чтобы ограничивать вероятность потери пакета.

-Ограничение максимальной задержки. Различные услуги могут допустить
разные   уровни задержки и при этом   гарантировать качество обслуживания. Такой предел устанавливается для каждой услуги.

Для указанной модели исходными требованиями могут быть следующие параметры. Требуемая пользователями норма качества запроса по   услуги   связи i по запросу ? _{i , j , k} происходящего при соединении с j и заканчивающегося на выходе k.   Такое   количество определяется   функцией потребностей , где   – оценка трафика, получаемого в   единицу времени, когда доступ предоставлен. Опираясь на текущие эмпирические результаты [5; 8], в предлагаемой модели используется функция потребности

,                                                       (1)

где ? ^{i , j , k} – переменная величина потребности для класса услуг (i.j.k). Одна важная особенность функции потребности (1) состоит в том, что   предельная величина поступления трафика   относительно ограничений всегда будет отрицательна. Рост оценки всегда увеличивает предельную величину, для обеспечения этого ? ^{i , j , k} > 1. Соответственно значение переменной больше единицы. Подобное   допущение приводится в литературе [5; 8].

При формировании модели сети, предлагающей гарантированное качество обслуживания связи, имеется ограниченное число каналов связи, которые могут поддерживаться. Некоторые запросы, необходимо блокировать, если ресурсы уже используются другими запросами. В данной модели принимается   блокировка   запросов каналов связи как ограничение, показатель которого важно минимизировать.

Таким образом, в данной статье описывается   один из вариантов моделирования сети, учитывающего   различные характеристики канала связи и их влияние на качество обслуживания. С учётом внесения изменений по ограничению некоторых параметров,   возможно построение соответствующего метода оптимизации мультисервисной сети, который учитывал бы несколько факторов: емкость канала связи, характеристику полосы пропускания,   условие блокировки сетевых запросов, вероятность потери пакета, величину максимальной   задержки.

Список использованных источников:

1.        Будылдина Н.В. Оптимизация сетей с многопротокольной коммутацией по меткам / Н.В.Будылдина, Д.С.Трибунский, Ш В.П.увалов. – М.: Горячая линия-Телеком, 2010. – 144 с.   

2.        Вишневский В.М. Теоретические основы проектирования компьютерных сетей / В.М. Вишневский. – М.: Техносфера, 2003, – 512с.

3.        Степанов С.Н. Основы телетрафика мультисервисных сетей / С.Н. Степанов. – М.: Эко-Трендз, 2010, – 392 с.: ил.

4.        Ярославцев А.Ф. Компьютерные технологии в науке и производстве: учеб. пособие. Часть 2 / А.Ф. Ярославцев . – Новосибирск , 2009. – 315 с .

5.        ITU-T recommendation Y.1291. An architectural framework for support of Quality of Service in packet networks. May 2004.

6.        Aldebert M. Telecommunications demand and pricing structure: An econometric analysis/ M.Aldebert, M.Ivaldi, C.Roucolle // Proc. 7th Int. Conf Telecommunications Systems: Modeling and Analysis, Nashville . TN. – 1999. – Р .   255-267.

7.        Bhat U.N.   Queueing and Related Models / U.N. Bhat, I.V. Basawa. –   NewYork: Oxford Univ. press, 1992.

8.        Guerin R. Equivalent capacity and its application to bandwidth allocation in high-speed networks / R. Guerin, H. Ahmadi, M. Naghshineh // IEEE J. Select. Areas Commun. – 1991. – Vol. 9.   – Р . 968-981.

9.        Lanning S. Optimal planning for optical transport networks/ S. Lanning,, D. Mitra, Q. Wang, M. Wright. //Phitosph. Trans. Royal Soc. – 2000. – London A, vol. 358. – № 1773. – Р . 2183-2196.