Метод динамического управления очередями для повышения оперативности передачи данных в телекоммуникационной сети

Abstract

RU: Диссертационная работа посвящена разработке метода динамического управления очередями с учетом результатов идентификации трафика в многопротокольных узлах связи, исследованию структурных и функциональных свойств многопротокольных узлов связи и характера изменения интенсивности информационных потоков между отдельными элементами ТКМ. Проведен анализ известных алгоритмов управления очередями в многопротокольных узлах связи, который показал, что наиболее перспективными среди них являются алгоритмы активного ограничения очередей (RED, WRED) и алгоритмы обслуживания очередей с приоритетами (WF2Q, VC, SCFQ). Однако отсутствие механизмов и средств обеспечения требуемых значений джиттера задержек информационных пакетов при передаче разнородных потоков информации снижает эффективность функционирования приведенных алгоритмов и делает невозможным обеспечение качества обслуживания при передаче мультисервисного трафика в целом. Это позволило сделать вывод о необходимости усовершенствования процедур обслуживания очередей на основе существующих алгоритмов. Для выполнения указанной задачи существует необходимость в разбиении информационного трафика по классам, при этом наиболее приоритетным классом следует считать информационный трафик с повышенными требованиями ко времени доставки информационных пакетов и вариации задержки. Для решения оптимизационных задач в рамках исследуемого процесса управления сетевыми ресурсами были исследованы основные статистические характеристики входного потока данных, то есть проведена идентификация трафика. На примерах различных интерактивных сетевых служб, обеспечивающих основные телекоммуникационные услуги (потоковое видео, IP-телефония, видеоконференцсвязь, FTP(HTTP)-трафик, мультисервисный трафик) проведено исследование поведения информационного потока в телекоммуникационной сети. На основе экспериментальных данных сформированы модели трафика, фазовые портреты и гистограммы плотности вероятности различных интерактивных служб. Проведенные исследования позволили выявить ряд закономерностей (динамические изменения в поведении информационного трафика во всех рассмотренных примерах, близость плотности вероятности полученной эмпирическим путем к нормальному закону распределения и др.) в поведении большинства исследуемых служб. Усовершенствован метод идентификации трафика в телекоммуникационной сети, отличающийся от известных оптимизацией n-мерной идентификационной шкалы по критерию максимума вероятности правильной идентификации при учете статистических зависимостей информационного потока, полученных с помощью BDS-тестирования, что позволит повысить достоверность идентификации информационного трафика. Усовершенствована математическая модель подсистемы управления и обслуживания в многопротокольном узле связи, отличающаяся от известных учетом особенностей механизма «заказного» обслуживания информационных пакетов с приоритетными очередями для мультимедийного трафика за счет введения дополнительной функции приоритетности выбора k-ого информационного пакета i-ого потока информации, при оценке «виртуального времени поступления» информационного пакета в очередь, что позволяет повысить точность оценки показателя вариации времени доставки информационных пакетов в условиях повышенной интенсивности мультисервисного трафика. Усовершенствован метод управления очередями в многопротокольных узлах связи телекоммуникационной сети, который отличается от известных учетом значений вариации времени задержки информационных пакетов (джиттера задержки) и динамическим распределением сетевых ресурсов в зависимости от изменений этого показателя, что позволяет повысить оперативность передачи данных в условиях высокой сетевой нагрузки. Разработаны вычислительные алгоритмы установки первоначальных параметров обслуживания информационных потоков и динамического распределения ресурсов подсистемы управления и обслуживания в многопротокольных узлах связи. Показано, что использование разработанного метода при высокой загрузке ТКМ позволяет до 10 раз уменьшить вариацию времени доставки информационных пакетов по сравнению с системами статического (централизованного) управления и до 4 раз по сравнению с системами «справедливого» распределения ресурсов. Выработаны практические рекомендации по использованию разработанного метода повышения оперативности передачи данных в ТКМ.

EN: Meleshko E.V. Method of dynamic queue management improving the efficiency of data transfer in telecommunication network. - Manuscript. Thesis for a Candidate of Technical Science Degree in speciality 05.12.02 – Telecommunication systems and networks. – Ukrainian State Academy of Rail Transport. Kharkiv, 2011. The thesis is devoted to developing method of dynamic queue management on the basis of identifying traffic in multiprotocol communication nodes, to the investigation of structural and functional properties of multiprotocol communication nodes and nature of changes in the intensity of information flows between individual elements of a telecommunication network. The method for identifying traffic in telecommunication networks is improved, increasing the reliability of structural-parametric identification of information traffic. The mathematical model of the subsystem management and service on a multiprotocol communication node is improved, thus enhancing the accuracy of the information packets delivery time variation rate assessment in high-intensity multiservice traffic. The method of queue management in telecommunication network multiprotocol nodes allowing to increase data transfer efficiency at high network load is improved. In this thesis an urgent scientific and applied problem was solved, which is to develop a method of dynamic queue management on the basis of traffic identification in multiprotocol communication nodes to improve efficiency of data transfer in telecommunication network.