Показано можливості вдосконалення моделей і методів управління трафіком в MPLS-мережах (Multiprotocol Label Switching) в умовах реалізації стратегій QoS-маршрутизації (Quality of Service) та методів оцінки параметрів ТЕ-туннелів (Traffic Engineering) шляхом розробки відповідних математичних моделей для підвищення ефективності використання мережних ресурсів у цілому. Встановлено, що впроваджені в MPLS комплекси для забезпечення гарантованої якості обслуговування трафіка, що надходить, мають ряд функціональних обмежень. Це пов'язано з недосконалістю математичних моделей і методів, на яких вони засновані. Набув подальшого розвитку метод маршрутизації "від джерела" з підтримкою якості обслуговування для MPLS-мереж. Новизна методу полягає в формуванні композитних маршрутних метрик, які розраховуються на основі функцій "корисності" трафіка різних телекомунікаційних послуг, що дозволило формувати ТЕ-тунелі відповідно до характеристик трафіка, який ними буде передано. Вперше розроблено метод оцінки пропускної здатності віртуальних каналів телекомунікаційної мережі, який відрізняється від існуючих використанням прогностичної ARFIMA-моделі, що враховує фрактальні властивості трафіка. Це дозволило зменшити обсяг використаного канального ресурсу із забезпеченням заданих параметрів обслуговування в середньому на 18 %. Вперше розроблено дискретно-подієву модель роботи планувальника приграничного мережного пристрою в базисі Max-Plus алгебри, яка враховує затримки на обробку пакетів і дозволяє формалізувати процес управління чергами пакетів у просторі станів.

Увагу приділено оптимізації процесу управління чергами із забезпеченням узгодженості рішень щодо управління перевантаженням та його запобігання на інтерфейсах маршрутизаторів, диференційованій обробці пакетів різних пріоритетів шляхом розробки нових математичних моделей і методів для підвищення якості обслуговування в телекомунікаційній мережі в цілому. Розроблено потокову модель та дворівневі методи ієрархічно-координаційного управління чергами на маршрутизаторах телекомунікаційних мереж. Новизна полягає у забезпеченні узгодженого розв'язання комплексу взаємопов'язаних між собою задач щодо розподілу та превентивного обмеження інтенсивності вхідних потоків пакетів, що надходять до черг, а також виділення необхідної пропускної здатності інтерфейсу для кожної з черг; у використанні в процесі розробки методів управління чергами координаційних принципів - принципу цільової координації та принципу прогнозування взаємодій для оптимізації процесу багаторівневого управління чергами на маршрутизаторах телекомунікаційних мереж. Показано, що ці рішення можуть бути покладені в основу нових механізмів управління чергами.

Вирішено задачі розробки нових та вдосконалення існуючих методів та моделей підтримки процесів розробки протоколів управління у програмно-конфігурованих мережах, що дозволяють забезпечити скорочення часу розробки протоколів та підвищити ефективність функціонування мережі. Для формалізації вимог специфікації протоколів управління запропоновано використання математичного апарату алгебри розподілених комутаційних ресурсів, що дозволяє однозначно інтерпретувати твердження специфікації. Зазначено, що застосування алгебри розподілених комутаційних ресурсів як інструменту побудови специфікації виявляє протиріччя між твердженнями специфікації. Задачу аналізу реалізації протоколу запропоновано звести до розв'язання задач перевірки відповідності таких функціональних та нефункціональних властивостей ОреnFlow протоколу, як обмеженість, жвавість, досяжність, безпечність, збереження. З метою автоматизації процесу побудови моделі протоколу розроблено метод синтезу моделі Е-мережі за АСSR формалізмами тверджень специфікації. Запропоновано новий метод верифікації протоколів управління, в основу якого покладено класичний підхід "перевірки на моделях". Процес верифікації у випадку використання запропонованого методу базується на послідовній перевірці відповідності гілок дерева досяжності Е-мережі моделі реалізації та специфікації протоколу ОреnFlow. На основі часткових розроблених методів сформовано комплексну методику аналізу та верифікації протоколів управління у програмно-конфігурованих мережах.

Проаналізовано існуючі методи групової маршрутизації, виконано їх класифікацію, визначено область застосування, основні переваги та недоліки. Запропоновано підхід до організації багатоабонентської доставки, який за рахунок формування максимально стійких віртуальних з'єднань дозволяє підвищити ефективність передачі інформації внаслідок зниження ймовірності ремаршрутизації інформації у процесі її передачі. На підставі концепції форвардингових груп обгрунтовано спосіб формування віртуального дерева доставки повідомлень, що сприяє оптимізації інформаційних потоків за умови багатоабонентської доставки повідомлень. Розроблено ефективні алгоритми багатоабонентської доставки інформації у розподілених обчислювальних системах та мережах.

Обгрунтовано шляхи підвищення ефективності функціонування систем керування телекомунікаційними мережами. Проаналізовано існуючі методи побудови систем керування телекомунікаційними мережами, а також методи формування систем, які мають здатність до самопристосування, самонавчання та самоорганізації. Встановлено вимоги щодо систем керування мережами наступного покоління NGN. Розглянуто особливості керування мультисервісними мережами. Розроблено методику багатокритеріальної оптимізації на базі методів теорії ігор. Проведено порівняльне дослідження алгоритмів ігрових систем керування. Запропоновано як найбільш ефективний алгоритм використовувати системи з автоматичним пошуком розв'язків шляхом надання їм властивостей систем з накопиченням досвіду та з використанням способу пошуку оптимальних виборів. Встановлено ефективність застосування методів теорії ігор для розпізнавання об'єктів у разі наявності завад у каналі керуючої інформації. Удосконалено метод послідовного наближення розв'язку до оптимального для розподілу потоків інформації. Доведено оптимальність розподілу потоків на мережі з комутацією пакетів, що забезпечує мінімізацію затримки пакету в мережі. Сформульовано основні підходи щодо динамічного розподілу ресурсів, що виконується системою динамічного керування потоками: динамічне керування шляхами передачі інформації (адаптивна маршрутизація) та динамічне керування обсягом переданої по мережі інформації (обсягом навантаження).

Створено нові методи розв'язання задач булевого програмування та теорії графів, що дозволяють вирішити проблему підвищення оперативності та точності розв'язку задач оптимального планування керування телекомунікаційними системами та мережами. Зазначено про відсутність ефективних алгоритмів розв'язання задач булевого програмування та великого класу задач теорії графів, що відносяться до класу NP-повних задач, з високою оперативністю та точністю у системах керування, що працюють у реальному часі. З метою підвищення оперативності розв'язання задач керування телекомунікаційними системами та мережами запропоновано паралельні обчислювальні структури (ПОС) циклічного типу для розв'язання задач булевого програмування. Відзначено, що використання ПОС циклічного типу дозволяє розв'язати протиріччя, що виникає у разі розпаралелювання процесу розв'язання даних задач на багатопроцесорних системах. Зазначено, що протиріччя обумовлене тим, що ці задачі відносяться до класу сильно зв'язаних задач, під час розв'язання яких збільшення кількості процесорних елементів у обчислювальній системі не завжди дозволяє збільшити продуктивність системи, а може навіть її знизити.

Оптимізовано існуючі методи багатошляхової маршрутизації та розподілу ресурсів у мережах MPLS-TE з метою підвищення ефективності їх використання. Наведено класифікацію сучасних математичних моделей маршрутизації. Встановлено, що задачу трафіку інжинірингу неможливо вирішити у межах лише одного класу математичних моделей. Обгрунтовано необхідність врахування поточного режиму роботи мережі для розв'язання даної задачі. Для стаціонарного режиму роботи мережі розроблено метод на підставі узагальнення графових та потокових моделей багатошляхової маршрутизації. На основі багатокритеріального формулювання задачі запропоновано метод вибору оптимального числа шляхів для обслуговування трафіку, який враховує кілька характеристик якості обслуговування. Показано, що використання даного методу дозволяє на 15 - 20 % підвищити якість обслуговування трафіку на мережах розміром до 100 вузлів. На реальному устаткуванні проведено експериментальне дослідження мережевих параметрів за умов критичного режиму роботи мережі. Доведено, що в даному випадку необхідно використовувати процедури ремаршрутизації, які мають низьку обчислювальну складність та забезпечують перерозподіл трафіку за час, що не перевищує 50 мс. Для критичного режиму розроблено евристичну процедуру перерозподілу інформаційних потоків. Встановлено, що запропонована процедура забезпечує стійке функціонування мережі за час, що не перевищує 50 мс.

Розроблено та проаналізовано способи та засоби підвищення продуктивності мобільних комп'ютерних мереж з асинхронним способом передачі інформації. Розглянуто існуючі способи та алгоритми маршрутизації в комп'ютерних мережах з метою визначення їх ефективності для розв'язання задач доставки інформації мобільним абонентським системам. Наведено структуру дерева доставки повідомлень, а також метод і алгоритм його побудови, що дає змогу скоротити час ремаршрутизації для мобільної мережі. Запропоновано та обгрунтовано вибір оптимального співвідношення між розміром кластера та міжкластерною підсистемою, що забезпечує мінімальний час ремашрутизації. Розроблено адаптивний алгоритм реконфігурації віртуального шляху, що забезпечує збереження віртуального з'єднання у разі переміщення абонентських систем. Для мобільних мереж Asynchronous Transfer Mode розроблено процедури керування віртуальними з'єднаннями, що враховують особливості запропонованих способів формування та реконфігурації віртуальних з'єднань.

Проаналізовано методи побудови систем керування конвергентними мережами, методи побудови систем, що мають здатність до самопристосування, самонавчання та самоореалізації. Наведено вимоги до систем керування мережами наступного покоління NGN, розглянуто особливості керування мультисервісними мережами. Розроблено методику багагокритеріальної оптимізації на базі методів теорії ігор. Проведено порівняння алгоритмів ігрових систем керування та запропоновано як оптимальний алгоритм використовувати системи з автоматичним пошуком рішень шляхом надання їм властивостей систем з накопичениям досвіду та з використанням способу пошуку оптимальних виборів. Доведено ефективність застосування методів теорії ігор для розпізнавання об'єктів за наявності завад у каналі керованої інформації. Досліджено методи об'єднання суперечливих критеріїв та одержання загального критерію. Проведено порівняльний аналіз існуючих методів математичного формулювання задач оптимального проектування. Розроблено методику визначення синтезу оптимальної мережі для системи керування конвергентними мережами за двома показниками якості з застосуванням умовною критерію переваги. Розроблено алгоритм і програмне забезпечення, яке дозволяє одержати оптимальне розв'язання для умовного критерію переваги за двома критеріями: пропускною спроможністю каналів і коефіцієнтом готовності сегмента мережі.

Вдосконалено методику короткострокового прогнозування трафіка, яка відрізняється від відомих незалежним прогнозуванням вейвлєт коефіцієнтів нейронними мережами каскадно-корельованої архітектури, що дозволяє підвищити адаптивність системи прогнозування до флуктуації трафіка та забезпечити вищу точність прогнозу. Встановлено систему нейронечіткого висновку в результаті використання її як експертної системи для раннього оцінювання якості прогнозу трафіка, що дозволило проводити оцінювання придатності прогнозу для побудови таблиць маршрутизації. Запропоновано вдосконалений евристичний алгоритм для offline маршрутизації в мережі IP/MPLS, відмінністю якого від відомих є підвищення рівня якості сервісу за рахунок використання ресурсів телекомунікаційної мережі, знайдених на основі аналізу прогнозу та поточної схеми маршрутизації. Надано використання кусково-лінійної функції штрафу на зайняття доступної смути пропускання як компоненти функції вартості шляху, яка на відміну від існуючих залежностей компоненти метрики від смуги пропускання дозволяє ефективніше використовувати ресурси пропускної здатності мережі.

Розроблено новий метод керування трафіком ATM у мережах Asynchronous Transfer Mode (ATM) з використанням прогнозувальних моделей. Запропоновано використати нейронну мережу Back Propagation як прогнозувальну модель. Нейронна мережа на базі поточної інформації у комутаторах ATM щодо швидкості передачі трафіка ABP і завантаженості буфера комутатора прогнозує завантаження буфера у наступний момент часу й у разі можливого перевантаження оцінює дозволену швидкість передачі у наступний момент часу. Розроблено імітаційну модель мережі ATM з різними класами трафіка (CBR, VBR і ABR) та різними методами керування. Проведено імітаційне моделювання мережі, за результатами якого проаналізовано запропонований метод керування трафіком з використанням прогнозувальної моделі та проведено його порівняння з існуючим методом керування Rate-Based, оцінено його ефективність за показниками якості сервісу, а саме: середньою затримкою комірок і часткою втрачених комірок.

З метою забезпечення адаптивного управління мобільними безпровідними мережами удосконалено метод поновлення таблиць маршрутів, в якому, на відміну від існуючих, використано менший обсяг інформації, яка зберігається у кожному вузлі мережі. Наведено пропозиції щодо удосконалення методу розподільного обчислення координат мобільних терміналів, який виділяє сегмент безпровідної мережі залежно від щільності або мобільності абонентів, що сприяє підвищенню швидкості визначення положення мобільних терміналів. Запропоновано метод визначення поточного стану мобільного абонента без супутникової навігації, який на відміну від існуючих, базується на тригонометричних методах обчислення положення мобільного об'єкта та напрямку його руху. Показано, що використання розробленого методу дозволяє значно прискорити побудову таблиць оптимальних маршрутів передачі даних, відмовитися від методів обчислення координат мобільних терміналів, що базуються на GPS і потребують значних фінансових затрат, відмовитися від централізованого управляючого модуля і виконувати більшу частину управляючих калькуляцій безпосередньо в мережевих терміналах, значно зменшити обсяг передачі управляючих пакетів даних і розвантажити канали передачі службової інформації.

Розроблено методи верифікації телекомунікаційних протоколів на підставі композиційного аналізу моделей Петрі. Виконано верифікацію телекомунікаційних протоколів ECMA, Ethernet, BGP, TCP, IOTP за допомогою композиційного аналізу мереж Петрі. Побудовано та досліджено моделі Петрі комутованих, маршрутизованих мереж. Розроблено метод вимірювальних фрагментів для оцінки функціональних характеристик моделей у процесі імітації динаміки розфарбованих часових мереж Петрі. Доведено, що породну сім'ю (базис) функціональних підмереж складає множина мінімальних функціональних підмереж, а також що мережа функціональних підмереж є маркованим графом. Запропоновано універсальний метод декомпозиції на мінімальні функціональні підмережі за допомогою логічних рівнянь, що може бути застосований також до довільних класів підмереж з контактними позиціями. Запропоновано спеціальний метод лінійної складності для декомпозиції на мінімальні функціональні підмережі з контактними позиціями, а також спеціальний метод лінійної складності для декомпозиції на дані підмережі. Здобуто подавання передатної функції часової мережі Петрі. Розроблено методи еквівалентних перетворень та редукції мереж Петрі для слабких типів еквівалентності на підставі законів спеціально впровадженої для подавання передатної функції алгебри, а також методи синтезу функцій неперервної логіки. Наведено методи обчислення лінійних інваріантів, розв'язання фундаментального рівняння, визначення пасток і сифонів мереж Петрі у процесі композиції функціональних підмереж, які забезпечують істотні прискорення обчислень. Виконано

  Скачати повний текст

Індекс рубрикатора НБУВ: З970.3-016.5

Рубрики:

Системи передавання даних. Комп'ютерні комунікації

Шифр НБУВ: РА345835 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Вперше розроблено метод обгрунтування кількісних вимог щодо ймовірнісно-часових характеристик експертної системи (ЕС) та наведено оцінку її впливу на ефективність функціонування телекомунікаційної мережі спеціального призначення (ТКМ СП). Удосконалено фреймову модель ТКМ СП і сформульовано оптимальне правило вибору альтернатив під час пошуку фрейму на базі використання інформаційного критерію. Розроблено метод оцінки ефективності функціонування ТКМ СП, що забезпечує можливість кількісної оцінки стану ЕС за умов невизначеності або наявності повної інформації. Запропоновано метод ухвалення рішення щодо управління ТКМ СП, що дозволяє за умов невизначеності та багатокритеріальності на основі кількісної оцінки альтернатив здійснювати вибір його прийнятного варіанта. Доведено, що застосування ЕС з використанням розроблених методів представлення та обробки інформації дозволяє зменшити час відновлення робочого стану та підвищити ймовірність зв'язності та зменшити ризик втрати повідомлень, що поліпшує ефективність функціонування ТКМ СП і коефіцієнта готовності.

Запропоновано вирішення проблеми підвищення ефективності функціонування територіально розподілених технічних систем (РТС) шляхом удосконалення процесу керування інформаційним обміном між об'єктами системи. Розроблено концептуальні засади структурної організації розподіленої багаторівневої системи керування РТС, кожний рівень якої визначається двома процесами: керуванням та організацією взаємодій. На основі подвійної інтерпретації процесів, що відбуваються в РТС створено модель протоколу (протокольний автомат - ПА). Розроблено мову первинної специфікації ПА (мову таблиць подій), що дозволяє полегшити процес специфікації та автоматизувати процедури аналізу та синтезу ПА. Встановлено, що єдина математична (автоматна) модель аналізу логічної коректності, синтезу та моделювання ПА, яка є основою процедур специфікації, забезпечує можливість створення автоматизованої системи проектування протоколів. Зазначено, що наявність такого інструмента проектування гарантує розробку логічно коректних, високоефективних та відповідних принципам організації РТС протоколів.

За результатами теоретичних і експериметальних досліджень запропоновано нові формальні методи вирішення відкритих проблем логічної коректності протоколів інформаційно-обчислювальних мереж. Показано, що існування в кожному циклі топології мережі хоча б одного каналу зв'язку з сингулярним алфавітом повідомлень є критерієм алгоритмічної розв'язності у ході перевірки логічної коректності протоколів зі складною топологією мережі. За допомогою цього критерію розроблено метод аналізу логічної коректності, який розширює клас перевірних протоколів. Під час розв'язання проблеми комбінаторного зростання числа аналізованих конфігурацій розроблено метод стиснення логічної структури еквівалентними перетвореннями, застосування якого скорочує число аналізованих ситуацій відносно існуючих методів більш ніж на 25 - 30 %. Під час проведення аналізу протоколів з обмеженою та необмеженою взаємодіями, через черги типу FIFO, одержано умови, які визначають класи протоколів із заздалегідь відомими властивостями. Знайдено достатню умову експоненціального переповнення мережі необробленими кадрами даних, на базі якої розроблено метод ідентифікації проблем в управлінні потоками даних у великих мережах. Запропоновані методи дозволяють розширити клас протоколів, які перевіряються, а також суттєво скоротити витрати часу та пам'яті в процесі їх аналізу.

Показано, що за типової для телекомунікаційних систем нестаціонарної ситуації якість рекурсивної стохастичної оцінки стану мережі і мережних елементів може бути покращена за рахунок збільшення темпу рекурсії обчислювальної процедури або завдяки модернізації цього алгоритму шляхом використання дільничо-стаціонарної моделі, методу розширення простору оцінюваних параметрів, непараметричних методів. За умов обробки поточного трафіку рекомендовано використовувати як оцінку нестаціонарного стану - процедуру локально-стаціонарного фільтру Калмана - Б'юсі. Проаналізовано алгоритми оптимального стохастичного оцінювання стану керованих мережних елементів за нестаціонарних умов. Визначено межі існування стійких режимів цих алгоритмів з використанням аналітичних методів, а також з використанням методів імітаційного моделювання. Запропоновано рекомендації стосовно вибору параметрів алгоритмів оцінювання за нестаціонарних умов з урахуванням розподіленого характеру мережі. Рекомендовано як метод оптимального управління мережею, мережними елементами та режимами мережних елементів замість ситуативних детерміністських процедур застосовувати процедури оптимального стохастичного управління, в яких як аргумент використовується різниця між оцінкою поточного та бажаного стану, що забезпечує необхідний режим функціонування протягом всього інтервалу роботи алгоритму.

Створено дворівневу модель регіональної системи інформаційного обміну (РСІО), що дає змогу оцінити якість функціонування підсистеми передачі інформації в РСІО. Запропоновано метод аналізу варіантів побудови РСІО на базі комплексної ієрархічної багаторівневої моделі, зважаючи на топологічний, інформаційний та технічний аспекти. Наведено метод визначення імовірності доставки інформації за заданий час, який враховує різноманітність інформації та пріоритети на мережному рівні РСІО. Розроблено програмне забезпечення, що реалізує дані моделі та методи.

Наведено результати досліджень у сфері телекомунікаційних систем і мереж, використання яких дозволяє підвищити продуктивність з'єднань Transmission Protocol (TCP) з використанням модернізованого методу керування тайм-аутом повторної передачі (Retransmission Timeout (RTO)) протоколу TCP на підставі впровадження процедури оптимальної лінійної фільтрації Калмана - Б'юсі (ФКБ). Застосування запропонованого методу дозволяє підвищити продуктивність з'єднань TCP за рахунок зменшення часу простою. За результатами експериментальних досліджень реалізацій з'єднань TCP показано, що процес зміни часу кругового обігу (Round-Trip Time (RTT)) не суперечить марковському. Запропоновано модернізувати метод визначення RTO шляхом впровадження на ланці оцінювання RTT процедуру ФКБ. Така модернізація забезпечить збільшення швидкості передачі від модуля TCP відправника та продуктивності TCP/IP мережі в цілому. Розроблено аналітичні моделі раунду з'єднання TCP з повторними передачами за тайм-аутом як системи масового обслуговування. Одержано показники його якості, які можуть бути використані для практичного аналізу ефекту повторних передач у з'єднаннях TCP.

Наведено метод використання апарата E-мереж як засобу імітаційного моделювання. Введено їх розширення, призначене для створення моделей протоколів і каналу зв'язку, опису різних законів надходження міток зі зовнішнього середовища. Розвинуто методи трансляції SDL-діаграм і схем алгоритмів стосовно до E-мереж, зокрема, формалізовано перехід від автоматної моделі до імітаційної, наведеної у вигляді E-мережі, що підвищує адекватність останньої. Удосконалено метод використання апарата ймовірнісно-часових графів (ЙЧГ) як засобу аналітичного аналізу протоколів інформаційного обміну. Розроблено метод аналізу ЙЧГ, для яких є неможливим застосування еквівалентних перетворень. Наведено методику аналізу системи протоколів інформаційного обміну за комплексного використання засобів E-мереж і ЙЧГ, що дає змогу підвищити повноту аналізу систем протоколів інформаційного обміну.