Анотація до роботи:

Дробот О.А. Моделі забезпечення гарантованої якості обслуговування інформаційного трафіку у мультисервісних телекомунікаційних мережах. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.12.02 – телекомунікаційні системи та мережі. Харківський національний університет радіоелектроніки, Харків, 2007.

Дисертаційна робота присвячена розв'язанню актуальної наукової задачі, яка полягає в удосконаленні засобів забезпечення гарантованої якості обслуговування інформаційного трафіку в умовах погодженої реалізації динамічних стратегій багатошляхової маршрутизації (БШМ) й розподілу канальних ресурсів шляхом розробки відповідних математичних моделей і методу з метою підвищення продуктивності мультисервісних ТКМ у цілому.

У роботі розроблена вперше комплексна модель забезпечення гарантованої якості обслуговування інформаційного трафіку одночасно за декількома показниками на підставі погодженого розв'язання завдань БШМ ї динамічного розподілу пропускної здатності трактів передачі, що дозволило знизити обсяг використаних для цього мережних ресурсів в мультисервісних ТКМ. Одержала подальший розвиток потокова модель БШМ, в якій забезпечуються гарантії якості обслуговування трафіку одночасно за швидкісними та імовірнісно-часовими показниками з підвищенням загальної продуктивності ТКМ. У рамках поставленої наукової задачі запропоновані моделі стали підставою для розробки відповідного методу забезпечення гарантованої якості обслуговування інформаційного трафіка в територіально-розподілених мультисервісних ТКМ, новизна якого полягає в тому, що в ньому забезпечується адаптивний розрахунок структури оверлейної мережі для обслуговування трафіків між заданою парою мережних вузлів, що дозволило підвищити масштабованість отриманих рішень при реалізації динамічних стратегій БШМ й розподілу канальних ресурсів.

Запропоновані моделі й метод забезпечення гарантованого якості обслуговування відповідають вимогам сучасних концепцій управління мережними ресурсами, трафіком і маршрутизацією, наприклад Load-Balanced Routing, Traffic Engineering і Active Network, розширюючи область їхнього застосування в умовах реалізації динамічних стратегій багатошляхової маршрутизації й розподілу канальних ресурсів.

У дисертаційній роботі розв’язана актуальна науково-прикладна задача, що полягає в удосконаленні засобів забезпечення гарантованої якості обслуговування інформаційного трафіку в умовах погодженої реалізації динамічних стратегій багатошляхової маршрутизації і розподілу канальних ресурсів шляхом розробки відповідних математичних моделей і методу з метою підвищення продуктивності мультисервісних ТКМ у цілому. За підсумками розв’язання поставленої наукової задачі можна зробити наступні висновки:

1. На підставі проведеного аналізу принципів побудови й умов функціонування сучасних ТКМ встановлено, що важливе місце в рамках передових технологій і концепцій мережного управління й маршрутизації займають засоби забезпечення якості обслуговування. Виявлено основні фактори, що впливають на ефективність рішення завдань щодо забезпечення QoS. У результаті проведених досліджень визначено основні засоби розв’язання окремих задач забезпечення якості обслуговування, до яких, насамперед, відносяться засоби управління трафіком, буферними й канальними мережними ресурсами, маршрутизації, пріоритетної обробки пакетів, які представлені відповідними сигнальними протоколами й протоколами маршрутизації, а також механізмами обслуговування черг на мережних вузлах. Аналіз існуючих рішень у цій області продемонстрував значне розмаїття використовуваних протоколів і механізмів, які в різній мірі задовольняють вимогам щодо якості розв’язання задач із забезпечення якості обслуговування ІТ в ТКМ.

2. Установлено, що поряд із забезпеченням гарантованої якості обслуговування одночасно за множиною показників до числа основних вимог до подібного роду протоколів і механізмів відповідно до положень концепцій Active Network, Traffіc Engіneerіng, MultіPath QoS-based Routіng й Load-Balanced Routіng варто також віднести підтримку мультисервісності із погодженою реалізацією динамічних стратегій багатошляхової маршрутизації й розподілу канальних ресурсів ТКМ. Виявлено, що основою вдосконалення існуючих засобів QoS у ТКМ є перегляд використовуваних у протоколах математичних моделей. Перспективні моделі, виходячи з вимог до процесів QoS, мають забезпечувати одночасне урахування множини структурно-функціональних параметрів ТКМ і характеристик абонентського трафіка.

3. У роботі запропоновано систему математичних моделей забезпечення якості обслуговування ТКМ на підставі погодженої реалізації динамічних стратегій багатошляхової маршрутизації і розподілу канальних ресурсів з підтримкою QoS одночасно за декількома показниками (швидкісними, часовими та показниками надійності). Отримати в аналітичному вигляді шукані умови забезпечення QoS вдалося за рахунок тензорного узагальнення функціональної моделі ТКМ. Погоджене розв’язання задач БШМ й розподілу канальних ресурсів вдалося шляхом паралельного розрахунку маршрутних змінних і змінних, які відповідають за розподіл пропускної здатності трактів передачі.

4. У рамках поставленої наукової задачі запропоновано моделі, які були основою для розробки в решті решт відповідного методу забезпечення гарантованої якості обслуговування інформаційного трафіку в територіально-розподілених мультисервісних ТКМ на підставі адаптивного вибору структури накладеної мережі для обслуговування трафіків між заданою парою мережних вузлів. Особливістю методу є те, що для вибору структури накладених (оверлейних) мереж в залежності від завантаженості ТКМ використовувалися відомі графокомбінаторні алгоритми пошуку мультишляхів або алгоритми пошуку k-найкоротших шляхів з обґрунтуванням їх максимальної кількості. Використання запропонованого методу дозволило підвищити масштабованість отриманих рішень при погодженій реалізації динамічних стратегій багатошляхової маршрутизації й розподілу канальних ресурсів.

5. Здійснено аналіз показників ефективності, за якими оцінювалася якість одержуваних рішень, пов'язаних із забезпеченням гарантованого QoS в мультисервісних ТКМ у рамках запропонованих моделей і методу. Як критерій ефективності обґрунтовано обрані похідні від продуктивності системи. Проведено експериментальне дослідження розроблених моделей і методу забезпечення гарантованого QoS з використанням аналітичного моделювання, імітаційного моделювання, а також засобів натурного експерименту на реальному мережному устаткуванні. Результати експериментального дослідження запропонованих у роботі моделей і методу забезпечення QoS підтвердили ефективність за обраними показниками. Отримані у ході порівняльного аналізу результати свідчать про те, що використання розробленої у другому розділі потокової моделі багатошляхової маршрутизації дозволяє при одних і тих самих обсягах мережних ресурсів, що використовуються, поліпшити якість обслуговування за середньою затримкою в 1,5-2 рази; за джиттером – на 30-55%; за ймовірністю правильної доставки – на 1-4%, а також забезпечити задані значення зазначених показників якості з підвищенням продуктивності ТКС у середньому на 10-20%.

Як показали результати порівняльного аналізу, застосування запропонованих у третьому розділі комплексної моделі та методу забезпечення гарантованої якості обслуговування дозволяє забезпечити ті ж значення основних показників QoS, що й при використанні відомих моделей і методів, при цьому скоротивши обсяги використовуваних для цього мережних ресурсів ТКС у середньому від 5-8% (в області малих навантажень) до 25-30% (в області середніх і високих навантажень).

6. Розроблено рекомендації із практичної реалізації результатів дисертаційної роботи, які ґрунтуються на результатах експериментального дослідження розроблених моделей і методів забезпечення гарантованої якості обслуговування в мультисервісних ТКМ. Виконання запропонованих рекомендацій припускає проведення комплексу організаційно-технічних заходів, які стосуються принципів структурно-топологічної, технологічної та програмної реалізації в рамках існуючих і перспективних технологій або протоколів мережного управління й маршрутизації, спрямованих на забезпечення ефективного функціонування ТКМ.

Запропоновані моделі забезпечення гарантованого QoS відповідають вимогам сучасних концепцій управління мережними ресурсами, трафіком і маршрутизацією, наприклад Active Network, MultiPath Routing, QoS-based Routing, Load-Balanced Routing і Traffic Engineering, розширюючи область їхнього застосування в умовах реалізації динамічних стратегій БШМ ї розподілу канальних ресурсів. Практична реалізація розроблених моделей і методів не пов'язана з переглядом основних принципів побудови й функціонування існуючих ТКМ.

7. Результати дисертаційної роботи використані:

по-перше, при розробці програмного модуля призначення пріоритетів в маршрутизаторах Cisco 7200 в мультисервісній мережі ТОВ "Ногинская телекоммуникационная компания"; по-друге, при розробці вузлових компонентів активних технологій управління мережними ресурсами в Харківському державному регіональному науково-технічному центрі з питань технічного захисту інформації; по-третє, при розробці підсистеми збору й обробки радіолокаційної інформації для Військово-Повітряних Сил в ході аналізу імовірнісно-часових характеристик апаратури передачі радіолокаційної інформації у спеціалізованих АСУ (НДР "Кара-Даг"); по-четверте, при обґрунтуванні вимог до каналу зв'язку та розробці пропозицій щодо забезпечення гарантованої якості зв’язку за показниками достовірності та оперативності засобами маршрутизації та управління канальним ресурсом в АСУ "Дніпро" (НДР "Інтеграція"); при розробці вимог щодо якості обслуговування в телекомунікаційній мережі спеціального призначення (НДР "Бджола").

Матеріали дисертаційної роботи також використані в навчальному процесі кафедри математичного та програмного забезпечення автоматизованих систем управління ХУ ПС та кафедри телекомунікаційних систем Харківського національного університету радіоелектроніки, про що складені відповідні акти.

Публікації автора:

1. Усачев А.М., Лосев Ю.И., Дробот О.А. Разработка методики оценки эффективности экспертной системы управления системой обмена данными // Радіоелектронні і комп’ютерні системи. – 2003. – № 3. - С. 91-96.

2. Лосев Ю.И., Усачев А.М., Дробот О.А. Метод количественной оценки ситуации при управлении сетью обмена данными в условиях неопределенности // Радиотехника: Всеукр. межвед. науч.-техн. сб. – 2004. – № 138. – С. 95-100.

3. Лосев Ю.И., Алексеев С.В., Дробот О.А. Основные требования к протоколам единой системы обмена данными специального назначения // Авиационно-космическая техника и технология. – 2005. – № 2(18). – С. 69-76.

4. Алексеев С.В., Дробот О.А., Куренко А.Б. Оптимальная фрагментация пакетов по критерию времени доставки в бит-ориентированной процедуре передачи данных с квитированием // Радіоелектронні і комп’ютерні системи. – 2005.–№ 3(11).–С.40-45.

5. Лемешко А.В., Дробот О.А. Модель многопутевой QoS-маршрутизации в мультисервисной телекоммуникационной сети // Радиотехника: Всеукр. межвед. науч.-техн. сб. - 2006. – № 144. – С. 16-22.

6. Лемешко А.В., Евсеева О.Ю., Дробот О.А. Методика выбора независимых путей с определением их количества при решении задач многопутевой маршрутизации // Праці УНДІРТ. – 2006. – №4(48). – С. 69-74.

7. Лемешко О.В., Симоненко Д.В., Дробот О.А. Результати порівняльного аналізу потокових моделей маршрутизації в телекомунікаційних мережах//Збірник наукових праць Харківського університету Повітряних Сил.–Харків, 2007.–№1(13).-С.66-69.

8. Дробот О.А. Комплексная модель обеспечения гарантированного качества обслуживания с реализацией динамических стратегий распределения сетевых ресурсов // Радиотехника: Всеукр. межвед. науч.-техн. сб. – 2007. – № 148. – С.54-64.

9. Усачев А.М., Лосев Ю.И., Дробот О.А. Разработка методики оценки эффективности экспертной системы управления системой обмена данными // Информационные технологии в авиации: Материалы международной научно-технической конференции (14-15 февраля 2003 р.). – Харьков: Харьковский институт Военно-Воздушных Сил им. И. Кожедуба, 2003. – С. 20.

10. Дробот О.А., Усачев А.М. Методика формализации вероятностно-временных показателей качества обслуживания в мультисервисных телекоммуникационных сетях // Радиоэлектроника и молодежь в XXI веке: Материалы IX Международного молодежного форума (19 -21 апреля 2005 г.). – Харьков: Харьковский национальный университет радиоэлектроники, 2005. – С. 64.

11. Лосєв Ю.І., Дробот О.А., Марченко С.І. Метод обґрунтування вимог до якості передачі радіолокаційної інформації в перспективних телекомунікаційних системах військового призначення // Нові інформаційні технології в системі управління військами і озброєнням: Матеріали першої науково-технічної конференції Харківського університету Повітряних Сил (16-17 лютого 2005 р.). – Харків: Харківський університет Повітряних Сил, 2005. – С. 231-232.

12. Лосєв Ю.І., Лемешко О.В., Дробот О.А. Аналіз проблем забезпечення якісного зв’язку в телекомунікаційних системах спеціального призначення // Пріоритетні напрямки розвитку телекомунікаційних систем спеціального призначення: Матеріали ІІ Науково-практичної конференції (6-7 вересня 2004 р.). – Київ: ВІТІ НТУУ "КПІ", 2005.– С. 136.

13. Дробот О.А., Лемешко А.В. Решение задач обеспечения качества обслуживания в телекоммуникационных сетях с использованием методов структурного синтеза // Системы и средства передачи и обработки информации: Труды IX Международной научно-практической конференции – ССПОИ-2005 (5–10 сентября 2005 г.). – Черкассы: Черкасский государственный технологический университет, 2005. – С. 74-75.

14. Лемешко О.В., Дробот О.А., Тугай А.В. Потоковая модель многопутевой маршрутизации в телекоммуникационных сетях с дифференциацией качества обслуживания одновременно по вероятностным и временным показателям // Інтегровані комп’ютерні технології в машинобудуванні: Матеріали Міжнародної науково-технічної конференції - ІКТМ’2005 (22-23 лютого 2005 р.). – Харків: Національний аерокосмічний університет "ХАІ", 2005. – С. 276-277.

15. Лемешко О.В., Дробот О.А., Усачов О.М. Методика розподілу мережних ресурсів для трафіків різноманітних служб з урахуванням QoS-вимог // Матеріали другої наукової конференції Харківського університету Повітряних Сил ім. Івана Кожедуба (14 лютого 2006 р.). – Харків: Харківський університет Повітряних Сил ім. Івана Кожедуба, 2006. – С. 80.

16. Lemeshko О., Drobot O. A Mathematical Model of Multipath QoS-based Routing in Multiservice Networks // Modern Problems of Radio Engineering, Telecommunications and Computer Science: Proceedings of conference International TCSET’2006 (1-4 March 2006 y.). – Lviv-Slavsko: Lviv Polytechnic National University, 2006. – P. 72-74.

17. Дробот О.А., Беленков А.Г., Чепелюк С.А. Управление сетевыми ресурсами в мультисервисных телекоммуникационных сетях//Радиоэлектроника и молодежь в XXI веке: Материалы X Международного молодежного форума (10-12 апреля 2006 р.).–Харьков: Харьковский национальный университет радиоэлектроники,2006.С.18.

18. Лемешко А.В., Симоненко Д.В., Дробот О.А. Анализ многопутевых решений задач QoS маршрутизации // Информационные технологии: наука, техника, технологии, образование, здоровье: Материалы XIV Международной научно-практической конференции (18-19 мая 2006 г.). – Харьков: Харьковский политехнический институт, 2006. – С. 64.

19. Дробот О.А., Чепелюк С.А., Тугай А.В. Модель управління мережними ресурсами з врахуванням QoS-вимог // Світ інформації та телекомунікацій-2006: Матеріали ІІІ Міжнародної науково-технічної конференції студентства та молоді (26-27 травня 2006 р.). - Київ: Державний університет інформаційно-комунікаційних технологій, 2006. – С. 78.

20. Дробот О.А., Беленков А.Г., Чепелюк С.А. Комплексная модель маршрутизации с распределением канальных ресурсов в ТКС с гарантированным качеством обслуживания//Глобальные информационные системы. Проблемы и тенденции развития: Материалы первой международной конференции (3-6 октября 2006г.). – Харьков-Туапсе: Харьковский национальный университет радиоэлектроники, 2006. – С. 303-304.