Введение к работе
Актуальность проблемы
Современный этап развития телекоммуникаций характеризуется постоянным увеличением трафика, при этом преобладающими по объему являются видео-данные. Подобные тенденции поднимают проблему обеспечения достаточного количества ресурсов для эффективной передачи трафика в мультисервисной телекоммуникационной сети. Для поддержания надлежащего уровня качества обслуживания необходима не только модернизация сетевой инфраструктуры, но и выбор способов передачи информации, позволяющих максимально эффективно использовать ресурсы звеньев телекоммуникационной сети. Одним из подходов к решению проблемы является применение механизма многоадресной передачи данных или мультивещания (англ. multicast), ставшего неотъемлемой частью основных технологий сетевого транспорта, в том числе технологии IP/MPLS. Мультивещание обеспечивает эффективное использование ширины полосы пропускания звеньев сети при передаче потока данных нескольким получателям, поскольку информация в этом случае передается посредством соединения «точка-много точек» без дублирования данных на общих звеньях маршрутов в телекоммуникационной сети.
Для анализа характеристик обслуживания трафика, таких как вероятность блокировки, интенсивность обслуженной нагрузки, среднее время передачи и др., применяются модели мультисервисных сетей с потерями. При построении и анализе таких моделей используется аппарат теории массового обслуживания и теории телетрафика. Существенный вклад в развитие данной области внесли российские и зарубежные ученые: Г.П. Башарин, В.М. Вишневский, Б.С. Гольдштейн, А.В. Печинкин, А.П. Пшеничников, К.Е. Самуилов, Б.А. Севастьянов, С.Н. Степанов, А.Д. Харкевич, И.И. Цитович, С.А. Шоргин, Г.Г. Яновский, V.B. Iversen, F.P. Kelly, P.V. Mieghem, D. Mitra, J.W. Roberts, K.W. Ross, J. Virtamo и др.
Ввиду изложенного актуальной является задача разработки и развития моделей и методов анализа сетей мультивещания, предназначенных для исследования эффективности обслуживания трафика мультисервисных сетей. Поскольку известные на данный момент методы не учитывают
некоторых особенностей сетевых технологий и механизмов, применяемых при реализации многоадресной передачи данных, то ключевым при решении данной задачи является разработка новых точных и приближенных методов анализа и расчета вероятностей блокировок.
Целью диссертационной работы является разработка точных и приближенных методов для анализа и расчета вероятностей блокировок многоадресных соединений в мультисервиснои сети, в том числе, с учетом наличия одноадресных соединений, включая разработку вычислительных алгоритмов, организацию и проведение вычислительного эксперимента.
Методы исследования. В работе использованы методы теории вероятностей, теории процессов восстановления, теории марковских процессов, теории массового обслуживания, теории телетрафика.
Научная новизна работы состоит в разработке обобщенной математической модели звена мультисервиснои сети с одноадресными и многоадресными соединениями и новых методов расчета вероятностей блокировок запросов пользователей. Отличия разработанной модели и методов расчета ее характеристик от известных моделей и методов состоят в следующем:
-
В построенной модели звена мультисервиснои сети учтены две модели трафика услуг мультивещания, в то время как ранее не выделялись особенности поведения пользователей в зависимости от специфики формирования потоков при предоставлении услуг.
-
При построении моносервисной модели звена сети в условиях предоставления одной услуги мультивещания рассматривалась функция распределения длительности обслуживания общего вида. Доказана инвариантность распределения вероятностей занятости системы от функции распределения длительности обслуживания заявок.
-
Разработан рекуррентный алгоритм для расчета нормирующей константы и вероятностей блокировок одноадресных и многоадресных соединений, который по сравнению с известными алгоритмами дает возможность более эффективно проводить расчеты вероятностных характеристик модели.
-
Для модели звена мультисервиснои сети модифицирован метод аппроксимации вероятностей блокировок с использованием
нормального закона, что позволило получить приближенный метод
расчета указанных характеристик для сети с двумя типами трафика -
одноадресным и многоадресным.
Практическая ценность работы. Точные и приближенные методы и алгоритмы, полученные в диссертации, предназначены для расчета показателей эффективности мультисервисных телекоммуникационных сетей с многоадресными и одноадресными соединениями и могут быть применены проектными организациями и операторами сетей для планирования сетевых ресурсов, требуемых для обеспечения надлежащего уровня качества обслуживания пользователей. Построенная мультисервисная модель звена сети с одноадресными и многоадресными соединениями может быть использована для анализа эффективности обслуживания видео-трафика в сети доступа, в том числе при предоставлении услуг цифрового вещательного телевидения и видео по требованию по IP-сетям. Точный и приближенный методы расчета вероятностей блокировок соединений могут использоваться при оценке качества обслуживания услуг цифрового вещательного телевидения, одним из факторов которого является вероятность отказа в обслуживании. Результаты работы использованы в рамках исследований по гранту РФФИ №10-07-00487-а «Задача управления доступом в широкополосной сети и анализ марковской модели с мультипликативным распределением вероятностей состояний» и в НИР 020612-1-173 «Разработка математических моделей и методов анализа информационно-телекоммуникационных сетей».
Достоверность научных результатов диссертационной работы обоснована использованием строгих и апробированных математических методов исследования. Достоверность подтверждается вычислительным экспериментом и имитационным моделированием, проведенными с использованием близких к реальным исходных данных.
Апробация работы. Основные результаты, изложенные в диссертации, докладывались на следующих научных конференциях:
XLIV, XLV и XLVI Всероссийской конференции по проблемам математики, информатики, физики и химии РУДН (Москва, 2008, 2009 и 2010);
Международных конференциях «International IEEE Conference EUROCON 2009» и «International Conference on Next Generation
Wired/Wireless Advanced Networking» (Санкт-Петербург, 2009; Санкт-Петербург, 2010);
52-й научной конференции МФТИ «Современные проблемы фундаментальных и прикладных наук. Радиотехника и кибернетика» (Москва, 2010);
IV и V Отраслевой научно-технической конференции-форуме «Технологии информационного общества» (Москва, 2010 и 2011);
Научном межвузовском семинаре «Современные телекоммуникации и математическая теория телетрафика» РУДН (Москва, март 2011). Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ, из них
работы [5,6,8] опубликованы в ведущих рецензируемых научных журналах и содержат выносимые на защиту результаты.
В работах, выполненных в соавторстве, соискателю принадлежит: в [1] - приближенный метод расчета вероятностных характеристик для звена мультисервисной сети с трафиком мультивещания; в [3] -приближенный метод расчета вероятностей блокировок соединений на звене сети с одноадресным и многоадресным трафиком; в [6] - модель звена мультисервисной сети и метод расчета вероятностей блокировок запросов пользователя; в [7] - точный метод расчета вероятностных характеристик на звене сети мультивещания и рекуррентная формула для расчета вероятностей блокировок многоадресных соединений на звене сети с одноадресным и многоадресным трафиком; в [8] - рекуррентный алгоритм для расчета вероятностей блокировок на звене сети мультивещания. Все результаты, выносимые на защиту, получены автором лично.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и библиографии из 107 наименований. Диссертация содержит 107 страниц текста, 25 рисунков, 6 таблиц.
