Сучасні
інформаційні технології/ Обчислювальна техніка і програмування
Короненко
Анастасія,
аспірант
Національного технічного університету України “Київський
політехнічний інститут”
Аналіз
методів маршрутизації в мультисервісних мережах
Нині
можна впевнено стверджувати, що трафік став мультимедійним, якщо під цим
терміном розуміти його відносно рівномірне розподілення між аудіо, відео та
іншими типами потоків даних [1].
Проте, не зважаючи на велику кількість досліджень, досі не існує
загальновизнаної моделі мультисервісної мережі, а існуючі моделі продовжують
проектувати на застарілій теорії телетрафіка. Аналізуючи існуючі моделі можна
відзначити, що найбільшого поширення набули два види моделей, а саме графові та
потокові. В рамках графових моделей враховується особливість структурної
побудови моделі мережі, а задача маршрутизації зводиться до пошуку
«найкоротшого» шляху на графі при одношляховій маршрутизації або пошуку
оптимального мультишляху при багатошляховій маршрутизації. Для розрахунку шляху
використовуються алгоритми Дейкстри та Беллмана-Форда. У другому виді моделей -
в потокових моделях основна увага зосереджена на написанні функціональних
властивостей самого процесу моделювання. Виходить, що моделюється не
тільки процес маршрутизації, а й структура мережі, тому повніше враховуються
параметри каналів зв’язку і трафіка, що передається [2].
Найбільше відображають характер
сучасного трафіка потокові моделі, адже основною характеристикою сучасного
трафіка є його потоковий характер. Використання таких моделей дасть змогу
отримати ефективні розв’язки задач маршрутизації. Також варто відзначити, що
для досягнення найефективніших розв’язків задач в потокових моделях
багатошляхової маршрутизації необхідно враховувати, що балансування
навантаження по шляхах з різною метрикою відбувається по різному. Тому розробка
математичної потокової моделі багатошляхової маршрутизації з балансуванням
навантаження в мультисервісних мережах нині є актуальною задачею.
Мультисервісною
мережею вважатимемо єдину
телекомунікаційну структуру, що здатна передавати такі види інформації, як
голос, відео та інші дані. До мультисервісної мережі існують такі вимоги:
-
передача різного типу
трафіка має бути в єдиному пакетному вигляді;
-
при передачі всіх видів
трафіка має бути забезпечення якості обслуговування;
-
має бути можливість
побудови віртуальних приватних мереж;
-
має бути забезпечення
високошвидкісного доступу користувачів до ресурсів мережі:
-
мають бути спільні засоби
управління ресурсами та послугами мережі.
Крім
цього, мультисервісні мережі 3G
мають обмежену пропускну здатність, тому розробка методів розрахунку якості
обслуговування користувачів таких мереж має враховувати особливості
мультисервісного трафіка, що дозволить забезпечити необхідне використання
мережевих ресурсів та підвищити пропускну здатність мереж та якість
обслуговування. Для аналізу таких характеристик обслуговування трафіка, як
інтенсивність обробленого навантаження та середній час передачі, використовують
різні моделі мультисервісних мереж, де в основному прогнозування навантаження
основується на статистичних результатах. В таких моделях для спостереження за
інтенсивністю обробленого навантаження та
розрахунку втрат в пулі каналів використовується інтенсивність
поступаючого навантаження. Тому коли відома інтенсивність навантаження, що
обслуговувалось, та число каналів, легко розрахувати величину втрат в пулі
каналів шляхом нелінійного рівняння та методом дотичних, щоб знайти поступаючу
інтенсивність, і класично далі за формулою Ерланга можна розрахувати величину
втрат.
Проте
аналіз трафіка сучасних мереж з
комутацією пакетів показав, що мультимедійний трафік, на відміну від
класичного представлення трафіка пуасcонівським потоком, виявляє мінливість
протягом тривалого часу, йому притаманна властивість фрактальності [Ошибка! Источник ссылки не найден.,
3]. Трафік в таких мережах відрізняється за об’ємом,
чутливістю до втрат пакетів, побітовою швидкістю і часом передачі. Тому такі моделі є недієвими, і виникає
необхідність створення нових, що враховують властивість фрактальності та можуть
прогнозувати поведінку трафіка, основуючись не тільки на статистичних методах.
Сучасні
мультисервісні мережі пропонують користувачам широкий спектр різноманітних
послуг: наприклад [5], автором прогнозується зростання в мережі тенденції до
послуги відеоспостереження. Такий сервіс називається VSaaS і будується на базі хмарної
інфраструктури. Принцип його роботи такий, що для кожної камери високої
роздільної здатності необхідно мати канал з пропускною здатністю 1-2 Мбіт/с.
Нині навіть ефективні алгоритми стискання відео VSaaS не можуть забезпечити необхідної
підтримки таких систем, тому виникають
нові задачі оцінки та підвищення продуктивності мережі при проектуванні, експлуатації та масштабуванні, а також
розробка нових моделей, що врахують сучасні тенденції зростання обсягів та
зміни структури мультисервісного трафіка і зможуть прогнозувати перевантаження
мережі. Застосування методів розрахунку, що не
враховують специфіки побудови та функціонування мультисервісної мережі, може
призвести до грубих помилок. Також необхідно враховувати, що інтеграція в
мережі з комутацією пакетів різнотипного трафіка, а також особливості
використання технологій передачі даних призводять до фрактального характеру
мережевого трафіка, який повторює розподілення навантаження в часі в різних
масштабах. Вплив фрактальних властивостей мультисервісного трафіка проявляється
в пікових викидах навантаження, що призводить до значних втрат пакетів. Нині
використовується технологія, що має механізми управління інтенсивністю
вихідного трафіка в залежності від стану мережі - це пакетна технологія MPLS. Використання такої
технології дає можливість внести в архітектуру протокола IP механізм створення
віртуальних шляхів, що дозволяє розглядати процес надання цих віртуальних
каналів для потоків повідомлень, що поступають. Також є можливість
диференціювання процесу навантаження комунікаційних додатків, що обслуговується,
відносно якості обслуговування або припустимої затримки.
Проте нині з’явилась
концепція SDN
[6,
7], яка не поступається і навіть більш адаптована до стрімкого зростанням
обсягів трафіка та зміни його структури, масштабування віртуальних середовищ та
інших хмарних сервісів. Постала
необхідність зміни традиційних неефективних схем адресацій, логічного поділу
мереж та способів обробки трафіка в мультисервісних мережах, а SDN дозволяє створювати
додатки для управління мережею, і вся мережа, що має різнопланову структуру,
постає для додатку як один логічний комутатор. Ідея програмно-конфігурованих
мереж не нова, але вона виправдовує підвищену обчислювальну складність
розв’язку задач протоколів, оскільки завдання, що класично покладені на
маршрутизатори, перекладаються на мережну операційну систему маршрутних
серверів. Продуктивність таких серверів перевищує потужність маршрутизаторів
мережі, тому проблема спрощення обчислювальної складності змінюється новою. На
її місце приходить вимога до підвищення загального рівня узгодженості розв’язку
задач з управління трафіком та забезпечення якості обслуговування.
Не зважаючи на
оптимістичні прогнози використання SDN, залишаються відкритими питання, що потребують
розгляду, а саме: розробка потокової моделі, методи аналізу і розрахунку
ймовірнісних характеристик моделі розподілення ресурсів в мультисервісних
мережах, розв’язок задач забезпечення якості послуг та забезпечення надійності
функціонування сучасних мереж, а також необхідна автокореляція по часу у
мережевому трафіку, що безпосередньо вплине на пропускну здатність
мультисервісної мережі та ефективність її використання.
Література
1.
Домбровский К. А.
Имитационная модель передачи мультимедийного трафика в мультисервисной сети с
адаптивной маршрутизацией на основе объектно-ориентированного похода: диссертация
кандидата технических наук: 05.13.18 / Домбровский Кирилл Александрович. –
Челябинск, 2007. – 126 с.
3.
Сагатов Е.С. Моделирование
особенностей передачи видео в беспроводных сетях [Электронный ресурс] / Е. С. Сагатов
// «Телематика 2009»: материалы XVI Всероссийской научно-методической конференции 22-25 июня
2009, Санкт-Петербург, Россия. – Режим доступа: http://www.ict.edu.ru/vconf/files/10091.pdf
4.
Степанов С.Н. Основы
трафика мультисервисных сетей / С.Н. Степанов –М.: Экотрендз, 2010. –
392с.