Введение к работе
Актуальность проблемы
Современное состояние телекоммуникаций характеризуется
предоставлением множества различных услуг на базе единой
сетевой инфраструктуры. Например, по единому широкополосному
каналу пользователю могут одновременно предоставляться услуги
передачи данных (Интернет), телефонии и вещательного
телевидения. Этим услугам в мультисервисных
телекоммуникационных сетях соответствуют различные типы
трафика: потоковый одноадресный трафик (англ., unicast),
потоковый многоадресный трафик (англ., multicast), эластичный
трафик (англ., elastic). 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 вероятностей,
теории массового обслуживания и теории телетрафика. К
российским ученым, внесшим большой вклад в этих областях,
относятся Г.П. Башарин, В.М. Вишневский, А.В. Печинкин,
А.П. Пшеничников, К.Е. Самуилов, Б.А. Севастьянов,
С.Н. Степанов, А.Д. Харкевич, С.А. Шоргин, Г.Г. Яновский и др., а к зарубежным - Й. Виртамо, В. Иверсен, Дж. Кауфман, Ф. Келли, Л. Клейнрок, Дж. Роберте, К. Росс и др.
В современных телекоммуникациях востребованной услугой является виртуальная частная сеть (Virtual Private Network, VPN) -технология доступа, позволяющая сформировать защищенные каналы обмена информацией между локальными сетями или пользователями. Одной из важнейших задач эффективного использования базовой телекоммуникационной сети является разделение пропускной способности ее звеньев между VPN с учетом
неоднородности передаваемого трафика. В силу изложенного актуальной является задача разработки методов анализа вероятностных характеристик модели разделения ресурсов мультисервисной сети между VPN с одноадресными и многоадресными соединениями. В диссертационной работе показано, что для решения этой задачи требуется разработка новых методов, поскольку известные на настоящий момент методы применимы для анализа моделей только с одноадресными соединениями.
Целью диссертационной работы является построение математической модели для оценки эффективности разделения ресурсов мультисервисной сети и анализ ее вероятностных характеристик - вероятности блокировки соединений, величины обслуженной нагрузки и интенсивности дохода от соединений.
Методы исследования. В работе использованы методы теории вероятностей, теории случайных процессов, теории массового обслуживания, теории телетрафика, математического программирования.
Научная новизна и результаты, выносимые на защиту, состоят в следующем:
исследованы задачи многокритериальной маршрутизации трафика в мультисервисных сетях и проведен анализ условий эффективного разделения ресурсов отдельного звена сети между VPN с эластичным трафиком;
построена математическая модель для оценки эффективности разделения пропускной способности отдельного звена мультисервисной сети между VPN и предложен приближенный метод решения задачи максимизации дохода от одноадресных и многоадресных соединений;
построена модель и разработан метод анализа величины чувствительности дохода к изменению пропускной способности VPN с одноадресными и многоадресными соединениями;
разработан приближенный метод и алгоритм решения задачи разделения ресурсов мультисервисной сети с учетом вероятностей блокировок одноадресных н многоадресных соединений, организован вычислительный эксперимент и проведен анализ показателей эффективности - величины обслуженной нагрузки, вероятностей блокировок соединений и интенсивности поступления дохода.
Практическая ценность работы. Приближенные методы и алгоритмы, полученные в диссертации, предназначены для расчета характеристик показателей эффективности мультисервисных сетей с одноадресными и многоадресными соединениями и могут быть применены проектными организациями и операторами сетей для планирования виртуальных частных сетей. Результаты диссертации использованы в исследованиях по гранту РФФИ №10-07-00487-а «Задача управления доступом в широкополосной сети и анализ марковской модели с мультипликативным распределением вероятностей состояний», а также в учебном процессе на кафедре систем телекоммуникаций РУДН для студентов, обучающихся по направлению «Прикладная математика и информатика», в выпускных работах бакалавров и магистерских диссертациях.
Апробация работы. Основные результаты, изложенные в диссертации, докладывались на:
XLV и XLVI Всероссийской конференции по проблемам математики, информатики, физики и химии РУДН (Москва, 2009 и 2010);
LXIV научной сессии, посвященной дню радио Российского научно-технического общества радиотехники, электроники и связи им. А.С.Попова (Москва, 2009);
Международных конференциях «International Conference on Ultra Modern Telecommunications» (Санкт-Петербург, 2009; Москва, 2010);
VI Отраслевой научной конференции-форуме «Технологии информационного общества» (Москва, 2010);
Научном межвузовском семинаре «Современные телекоммуникации и математическая теория телетрафика» (РУДН, МТУСИ, ОАО «Интеллект Телеком»; Москва, 2010). Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 работ, из них
2 - в ведущих рецензируемых научных журналах, 4 - в трудах всероссийских и международных конференций.
В работах, опубликованных в соавторстве, личный вклад автора заключается в непосредственном участии в постановке задач, построении моделей, разработке методов решений поставленных задач, организации, проведении и анализе результатов вычислительных экспериментов. Все результаты, выносимые на защиту, получены автором лично.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и библиографии из 102 наименований. Диссертация содержит 124 страницы текста, 23 рисунка и 23 таблицы.
