Современные информационные технологии/ 1. Компьютерная инженерия
К.т.н. Корниенко В.И., Мирошниченко А.В.
Национальный горный университет, Украина
Оптимальное управление с
прогнозированием трафика в сети с пакетной передачей
Основным требованием к компьютерным и телекоммуникационным сетям является повышение их пропускной способности. Задача оптимального управления в сети при этом заключается в минимизации потерь пакетов (сетевого трафика).
При организации сети ввиду стохастичности сетевого трафика учитывают его пиковые значения, что приводит к значительным запасам сети по пропускной способности и нерациональному использования сетевых ресурсов.
Выбор
путей доставки пакетов в сети осуществляют маршрутизаторы. При большой
интенсивности пакетов возможно переполнение входных буферов маршрутизаторов и
потеря пакетов, что вызывает необходимость их повторной передачи, а это снижает
пропускную способность сети.
Известные системы оптимизации трафика построены на управлении загрузкой буфера обмена маршрутизаторов [1]. Такие системы управления (СУ) кроме устройства управления (УУ) включают (см. рис. 1) объект управления (ОУ), состоящий из источника трафика (ИТ) и устройства коммутации трафика (УКТ), нагрузкой которого является потребитель трафика (ПТ).
Рис. 1. Функциональная схема СУ потоком кадров
На ИТ, формирующий
поток кадров 
воздействуют помехи 
и
вектор управляющих воздействий
.
Вектор формируется УУ, которое обрабатывает вектор
состояния 
УКТ и на него воздействуют
помехи
.
УКТ генерирует поток кадров
.
Цель управления состоит в минимизации интервалов
(максимизации скорости) следования кадров при отсутствии потерь из-за
переполнения входного буфера:
где–
объем входного буфера; 
– текущее значение очереди; 
– межкадровый интервал; 
– переменная управления.
При этом, если 
, то 
, иначе
.
СУ с целью (1) исключает переполнения входного буфера, если
где
– граница эксплуатационной области входного буфера (
);
– задержка управления (количество кадров в линии); 
– длина кадра [1].
Основным недостатком таких СУ является формирование управляющего воздействия по факту прихода пакета-кадра, что увеличивает время обработки.
Данного недостатка лишена предлагаемая СУ, в которой управляющее воздействие формируется по прогнозу поступления пакета (см. рис. 2), что уменьшает время обработки пакетов и, соответственно, повышает пропускную способность сети.
Эта СУ дополнительно
включает прогнозирующий фильтр (ПФ) и устройство принятия решения (УР). ПФ
прогнозирует величину межкадрового интервала
, который в УР сравнивается с предыдущим интервалом: если 
и если 
больше допустимого
времени обработки пакета, то пакет считается потерянным и на УКТ поступает об
этом извещение. Здесь 
- порядковый номер кадра.
В противном случае:
если 
, тогда 
, иначе 
.
Здесь 
– значение временной задержки.
Рис. 2. Функциональная схема СУ с прогнозированием
Для эффективного управления должно выполняться условие
.
При этом, если значение 
не превышает значение 
, то на ИТ передается значение , иначе – значение .
Прогнозирование интервала может быть
осуществлено, например, с помощью модели трафика в виде фрактального
броуновского движения [2].
Таким образом предлагаемая СУ оптимизирует трафик сети путем минимизации времени обработки пакетов при снижении их потерь с использованием прогноза интервалов поступления пакетов на коммутатор.
Литература:
1. Макаренко А. В. Влияние задержки управляющего
сигнала на оптимальность системы
управления потоком кадров IEEE 802.3x.// Радиоэлектроника, 2001. – № 12.
– http://jre.cplire.ru/jre/dec01/5/text.htm
2. Городецкий А.Я. Вероятностные модели и статистические решения. – СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2003. – 128 с.