автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.13, диссертация на тему:Адаптивная децентрализованная маршрутизация в цифровой сети с интеграцией служб общего назначения в условиях динамики топологии и трафика сети



На правах рукописи

УСТИНОВ ИГОРЬ АНАТОЛЬЕВИЧ

АДАПТИВНАЯ ДЕЦЕНТРАЛИЗОВАННАЯ МАРШРУТИЗАЦИЯ В ЦИФРОВОЙ СЕТИ С ИНТЕГРАЦИЕЙ СЛУЖБ ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ В УСЛОВИЯХ ДИНАМИКИ ТОПОЛОГИИ И ТРАФИКА СЕТИ

Специальность: 05.12.13 Системы, сети и устройства

телекоммуникаций

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Владимир 2009

003489983

Работа выполнена в ФГУП «Научно-производственное объединение «Импульс» (г. Санкт-Петербург)

Научный руководитель: Заслуженный деятель науки РФ

доктор технических наук, профессор Цимбал Владимир Анатольевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Шиманов Сергей Николаевич

кандидат технических наук, доцент Архипов Евгений Анатольевич

Ведущая организация: ФГУП «Калужский НИИ телемеханических устройств», г. Калуга.

Защита состоится « 2010 года в /к _ _на

заседании диссертационного совета ДС 212.025.04 при Владимирском государственном университете по адресу: 600000, г. Владимир, ул. Горького, д.87, ВлГУ.

Отзывы, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 600000, г. Владимир, ул. Горького, д.87, ВлГУ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Владимирского государственного университета

Автореферат разослан 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного

совета Д 212.025.04

доктор технических наук, профессор

/гг А.Г. Самойлов

I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность: Совершенствование и развитие телекоммуникационных сетей на современном этане характеризуется широким внедрением в практику услуг конференцсвязи, электронной почты, поиска информации и т.д. При этом развитие сетей, обслуживающих отдельные виды информации, становится технически нецелесообразным и экономически невыгодным.

Современная телекоммуникационная сеть должна обеспечивать передачу между различными оконечными устройствами потребителей разнообразных видов сообщений и предоставление потребителям определенных услуг с требуемым качеством и надежностью. Кроме того, телекоммуникационная сеть должна обеспечивать интегральное использование типовых каналов и трактов в интересах всех существующих и создаваемых абонентских систем сети.

Технологической основой современных телекоммуникационных сетей является совокупность единых по архитектуре построения цифровых телекоммуникационных центров на основе типовых маршрутизаторов, реализующих канальный, сетевой и транспортный уровни ЭМВОС (ОЙ1).

Эффективность функционирования маршрутизатора определяет оперативность передачи информации в сети и зависит от реализованного в нём протокола маршрутизации. Вследствие этого актуальной является задача выбора такого протокола маршрутизации в телекоммуникационной сети, который позволит рационально использовать сетевые ресурсы на основе построения плана распределения информации совокупностью маршрутизаторов в условиях динамики топологии и трафика сети.

Функционирование сети связи протекает в условиях динамики состояний топологии и трафика сети. При этом используемый протокол маршрутизации должен справляться с задачей эффективного использования сетевых ресурсов в таких условиях. Однако разработанные на сегодняшний день протоколы имеют существенные недостатки, не позволяющие обеспечивать требуемую оперативность передачи информации в условиях динамики состояний сети. Это связано, в первую очередь, с реализованными в них методами построения и корректировки таблиц маршрутизации.

При создании современных телекоммуникационных сетей необходимо использование в создаваемой аппаратуре принципов и протоколов адаптивной маршрутизации. Решению данной задачи посвящено достаточно большое количество публикаций отечественных и зарубежных специалистов в области теории управления и связи. Среди них особого внимания заслуживают монографии и труды научных школ И.А. Мизина, В.Г. Лазарева, Э.А. Якубайтиса, Г.П. Захарова, Б.А. Советова, С.П. Присяжнкжа, Д. Бертсекаса, Р. Галлагера и многих других ученых.

Существенное повышение эффективности использования сетевых ресурсов возможно за счёт использования разработанных в последнее время зарубежными специалистами таких протоколов адаптивной

децентрализованной маршрутизации как RIP и OSPF. Недостатюм перечисленных протоколов является то, что они реагируют только на изменения, связанные с топологией сети, и не учитывают специфику функционирования сети связи в условиях, характеризующихся взрывным изменением объёма и направления передачи трафика. Кроме того, рассмотренные протоколы требуют для своего функционирования постоянного обмена большими объемами служебной информации. Вследствие этого, несмотря на безусловную ценность и полезность известных методов маршрутизации, применение их в перспективных сетях связи не позволяет решить задачу повышения оперативности передачи информации в условиях локальных изменений трафика сети.

В связи с изложенным, возникает следующее противоречие: с одной стороны, для эффективного функционирования перспективной телекоммуникационной сети требуется протокол маршрутизации, обеспечивающий при минимальном объёме служебной информации своевременную реакцию на изменения как топологии, так и трафика, происходящие в сети; с другой стороны, известные в настоящее время протоколы требуют для своего функционирования передачи больших объёмов служебной информации и реагируют только на изменение топологии сети без учёта динамики трафика.

Одним из путей разрешения данного противоречия является разработка протокола адаптивной вероятностной маршрутизации на основе пакета-агента и методики управления службой сбора информации о сети и обновления маршрутных таблиц, обеспечивающего повышение оперативности доведения информации по сети не только в условиях изменения топологии сети, но и в условиях локального изменения трафика абонентов, при снижении объёма служебной информации в сети.

Исходя из изложенного, актуальной является тема диссертации «Адаптивная децентрализованная маршрутизация в цифровой сети с интеграцией служб общего назначения в условиях динамики топологии и трафика сети».

Целью диссертационных исследований является повышение оперативности передачи информации в телекоммуникационной сети за счёт вероятностной адаптации плана распределения информации на сети.

Объектом исследования является телекоммуникационная сеть.

Предметом исследований являются протоколы маршрутизации информации в сетях связи с коммутацией пакетов.

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решена научная задача разработки протокола адаптивной вероятностной маршрутизации на основе пакета-агента и методики управления службой сбора информации о сети и обновления маршрутных таблиц в условиях динамики топологии и трафика сети.

Основные результаты, представляемые к защите:

1. Протокол обмена маршрутной информацией на основе пакета-агента

для построения и корректировки таблиц маршрутизации узлов коммутации телекоммуникационной сети в условиях динамики топологии и трафика сети.

2. Методика управления службой сбора информации о сети и обновления маршрутных таблиц в протоколе маршрутизации на основе пакета-агента в условиях динамики топологии и трафика сети.

Научная новизна полученных результатов:

1. Разработан новый протокол обмена маршрутной информацией на основе использования теории мультиагентных систем (пакета-агента), который позволяет в отличие от существующих протоколов адаптировать план распределения информации на сети при снижении дополнительной нагрузки служебных пакетов на сеть в условиях динамики топологии и трафика сети.

2. Впервые разработана методика упраапения службой сбора информации о сети и обновления маршрутных таблиц в протоколе маршрутизации на основе пакета-агента в условиях динамики топологии и трафика сети, позволяющая снизить объём нагрузки служебной информации на сеть.

Достоверность результатов, полученных в диссертационной работе, подтверждается корректностью и логической обоснованностью разработанных вопросов, принятых допущений и ограничений, использованием апробированного математического аппарата теории массового обслуживания, теории телетрафика, теории случайных процессов, математической статистики и моделирования систем и, кроме того, подтверждается получением при определенных условиях и допущениях частного решения, являющегося результатом применения ранее известных методов.

Практическая значимость, результатов диссертационных исследований обусловлена тем, что они доведены до уровня протокола, алгоритмов, методики и машинных продуктов и позволяют на стадии проектирования и эксплуатации закладывать в программное обеспечение маршрутизаторов узлов коммутации (УК) процедуры построения и корректировки таблиц маршрутизации. Использование данных результатов позволяет получить выигрыш в оперативности доведения информации (по среднему времени доведения) в условиях динамики топологии и локальных всплесков трафика сети на 10-20% по сравнению с протоколами, используемыми в сетях связи в настоящее время.

Кроме того, результаты работы могут быть использованы в вузах при изучении дисциплин, связанных с изучением современных методов построения сетей связи с коммутацией пакетов.

Результаты работы реализованы: 1.В ФГУП НПО «Импульс» в виде протокола обмена маршрутной информацией на основе пакета-агента для построения и корректировки таблиц маршрутизации узлов коммутации телекоммуникационной сети в условиях динамики топологии и трафика сети в рамках ОКР «Изделие 1000»

(акт о реализации ФГУП НПО «Импульс» от 22.10.2009 г.);

2. В ОАО «Концерн «Созвездие» при обосновании ТЗ на ОКР «Трал-Ц» в части методики управления службой сбора информации о сети и обновления маршрутных таблиц в протоколе маршрутизации на основе пакета-агента в условиях динамики топологии и трафика сети (акт о реализации ОАО «Концерн «Созвездие» от 08.10.2009 г.);

3. В Серпуховском военном институте ракетных войск в учебном процессе по кафедре «Автоматизированные системы управления» (акт о реализации СВИ РВ от 22.09.2009 г.).

Апробация работы и публикации. Основные результаты работы докладывались, обсуждались и были одобрены на 7 НТК различного, в том числе международного и всероссийского уровней.

Работа выполнена лично автором и является результатом исследований, в которых автор принимал непосредственное участие в течение последних 10 лет. Автором выполнена по теме диссертации 21 научная работа. Среди научных публикаций 12 научных статей, из них 2 статьи опубликованы в изданиях, рекомендованных перечнем ВАК, тезисы 4 докладов, 3 отчёта о НИР и 1 отчет об ОКР. Получен 1 патент на полезную модель.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, трёх разделов, заключения и приложения, изложена на 138 страницах машинописного текста. В список литературы внесено 80 научных источников.

II. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулирована цель и задача исследования, изложены научные результаты, представляемые к защите, приведена структура работы.

В первом разделе проведён анализ состояния существующих телекоммуникационных сетей обмена информации и путей их совершенствования, анализ протоколов маршрутизации, используемых в сетях связи в настоящее время, обоснован выбор показателя качества информационного обмена абонентов сети, сформулирована математическая постановка задачи исследования.

Показано, что повышение требований, предъявляемых к современным сетям связи, и расширение перечня услуг, используемых пользователями, потребовало усложнения их функций. Информация, циркулирующая в сетях связи, с течением времени быстро устаревает. Поэтому перспективные телекоммуникационные сети должны в первую очередь обеспечивать высокую оперативность передачи многопакетных сообщений. Исходя из вышесказанного, результирующим показателем качества функционирования сети связи выбрано среднее время доставки всех пакетов в сети в условиях динамического изменения в ней нагрузки.

Для обеспечения высокой оперативности доведения информации необходимо нахождение и использование оптимальной совокупности

маршрутов между источниками и адресатами при заданных входных потоках и топологии сети, а также оптимизация коэффициента использования сетевых ресурсов при условии, что сеть в состоянии переработать данный трафик. Задача нахождения оптимальной совокупности маршрутов является задачей маршрутизации и решается на сетевом уровне.

Показано, что функционирование современной телекоммуникационной сети связи будет характеризоваться наличием динамики топологии и локальных изменений интенсивности трафика. Однако используемые в настоящее время протоколы маршрутизации вследствие отсутствия в них механизмов регулирования интенсивности служебных пакетов требуют для своего функционирования передачи значительных объёмов служебной информации и способны реагировать, как правило, только на изменения топологии сети, не учитывая локальные изменения трафика.

Одним из возможных вариантов решения рассматриваемой научной задачи является применения адаптивной вероятностной маршрутизации, основанной на использовании теории мультиагентных систем и позволяющей в условиях ограниченной пропускной способности сети формировать оптимальные в вероятностном смысле совокупности маршрутов передачи информации.

Протокол маршрутизации формально описывается следующим образом. Состояние сети в момент времени I описывается многомерным случайным процессом Х((), отражающим текущую топологию, длины очередей на обработку на узлах коммутации и передачу по линии связи, степень использования ресурсов сети, величины входных потоков и т.п.

Целью протокола маршрутизации является определение в зависимости от состояния сети Х(1) текущего управления, под которым понимают совокупность направлений дальнейшей передачи пакетов. Направление дальнейшей передачи определяется как номер узла, следующего в данный момент по порядку в маршруте доведения. Текущее управление задаётся с помощью множества маршрутных таблиц А/,10 (/ = 1 ,п) размерности «хД, где Д ■ число узлов коммутации, смежных с узлом /; п - число узлов коммутации в сети.

Исходя из изложенного, обеспечение требуемого качества оперативности информационного обмена - заключается в нахождении такой совокупности маршрутных таблиц М, которая обеспечит минимум среднего времени передачи гййкетов - Т абонентам сети:

А:ТаМ*})->Тша (1)

М* = АЩ,К,0), (2)

где: А - алгоритм коррекции вероятностных таблиц маршрутизации; Л/, =||/' ( | - вероятностная таблица маршрутизации ¡-го маршрутизатора, Рц - вероятность выбора у'-г о направления при ; - м адресате,

Л ={Д j,/= l,N,j= -трафиксети, /' - номер маршрутиз i opa в сети,

/ - номер направления коммутации в /-м маршрутизаторе;

а = 1, L - номер абонента в сети, L - число абонентов в сети, G = (V,U) - топология сети, V = {v,} - множество маршрутизаторов, U = {/„}- множество каналов связи.

Во втором разделе, исходя из формальной постановки задачи исследования, разработан адаптивный децентрализованный протокол обмена маршрутной информацией и корректировки маршрутных таблиц на основе пакета-агента.

В основу работы протокола обмена маршрутной информацией и коррекции таблиц маршрутизации на основе пакета-агента положен алгоритм, основанный на теории мультиагентных систем. Алгоритм маршрутизации на основе агента построен на безусловном утверждении, что кратчайший путь между двумя точками состоит из кратчайших отрезков, лежащих на этом пути. Длина отрезков между двумя точками измеряется в единицах времени. Чем меньше значение времени доведения пакетов, тем больше значение вероятности выбора данного направления.

При реализации данного алгоритма каждый маршрутизатор децентрализовано решает задачу оптимизации маршрутов по средствам формирования и рассылки специальных служебных пакетов-агентов, называемых пакетами сетевой информации (ПСИ), с цепью получения информации о состоянии элементов сети, то есть состоянии всех узлов коммутации и каналов связи. При реализации протокола используются два типа ПСИ:

служебный пакет идентификации состояний (СПИС) - выполняет функции прямого пакета-агента, определяющего состояние исследуемого маршрута;

служебный корректирующий пакет (СКП) - выполняет функции обратного пакета-агента по распространению информации для корректировки таблиц маршрутизации.

В диссертации разработаны структуры СПИС и СКП, определены поля служебной информации и алгоритмы их обработки на каждом УК. Также разработана структура маршрутизатора, позволяющего реализовывать алгоритмы обработки пакетов-агентов и корректировки маршрутных таблиц. При этом разработанный протокол на основе пакета-агента предполагает наличие на каждом УК соответствующей базы данных маршрутизатора в виде таблицы маршрутизации, содержащей метрики кратчайших маршрутов ко всем узлам назначения, а также таблицы статистики трафика.

Пользуясь языком теории мультиагентных систем, можно сказать, что таблица маршрутизации определяет вероятностную политику маршрутизации, принятую в настоящее время в узле к для каждого возможного адресата d и

для каждого соседнего узла п. В таблице маршрутизации значение оценивающей вероятности выражает желательность (при текущей

общесетевой политике маршрутизации) выбора п как следующего УК передачи пакетов, когда узел адресат-с1

Сущность алгоритма коррекции таблиц маршрутизации на основе теории мультиагентных систем заключается в накоплении таблицей статистики трафика множества значений такой случайной величины, как время прохождения маршрута СГТИС до своего адресата. Это множество значений используется как некий статистический материал, который может быть обработан обычными методами математической статистики. После такой обработки могут быть получены с заданной точностью и достоверностью (определяющие объёмом требуемой выборки) оценки любых интересующих нас вероятностных характеристик: вероятности событий, математические ожидания и дисперсии случайных величин и т.д.

Процессы обмена служебной информацией и корректировки маршрутов происходят под управлением протокола маршрутизации на основе пакета-агента в несколько этапов.

В начальный момент времени на этапе генерации системы либо при включении в сеть нового узла на всех маршрутизаторах УК телекоммуникационной сети специальная программа, на вход которой подаётся топология сети и некоторые управляющие параметры, выдаёт маршрутные таблицы с вероятностями, определяющими равновозможный выбор исходящих направлений. После этого осуществляется накопление требуемого объёма статистических данных, необходимых для корректировки таблиц маршрутизации. Накопление статистических данных реализуется по средствам службы сбора информации о сети, которая регламентирует правила передачи СПИС и СПК.

Алгоритм корректировки таблиц маршрутизации формально записывается следующим образом:

Шаг 1: Осуществляется набор статистических данных, определяемый как участок наблюдения, необходимый для формирования математической модели.

Шаг 2: Расчёт оценок математического ожидания времени доведения пакетов до адресатов для каждого направления с использованием формулы 3

где 1-е, значение времени в вектореX,,

п - объём статистических данных, используемых для расчёта .

Шаг 3: Определяется количество действующих информационных направлений с соседними маршрутизаторами N = »1-1, где т- общее количество строк в матрице маршрутов, / - количество нулевых ячеек в столбце, номер которого соответствует номеру узла пересчёта. При выполнении данного шага также предусмотрен учёт изменений топологии

сети на основе посылки контрольных пакетов-агентов и контроля времени их возвращения.

Шаг 4: Проверяется условие на существование более одного действующего информационного направления. Если условие выполняется, то далее программа корректировки таблицы маршрутизации переходит к шагу 6, в противном случае выполняется шаг 5.

Шаг 5: В строку таблицы маршрутизации, соответствующей единственному активному направлению, в качестве метрики маршрута записывается значение вероятности выбора информационного направления, равное единице.

Шаг 6: Из таблицы статистики трафика считывается вектор, содержащий для различных информационных направлений УК при фиксированном адресате значения оценок математического ожидания времени доведения пакета: 1ср и,/ = 1,...,«;./ = 1,...,/•.

Шаг 7: Используя формулу (4), рассчитываются вероятности выбора исходящих от УК информационных направлений для всех активных информационных направлений на основе вектора, записанного на предыдущем этапе

2Л,'" - V , (4)

г*__4 '

н

где (ср'и- оценка математического ожидания времени прохождения маршрута СПИС.

Алгоритм управления службой сбора информации о сети представлен на рисунке 1. Структура маршрутизатора, реализующего протокол обмена маршрутной информацией и корректировки маршрутных таблиц, представлена на рисунке 2.

Рисунок 2 - Структура маршрутизатора, реализующего протокол обмена маршрутной информацией и корректировки маршрутных таблиц

В протоколе маршрутизации на основе пакета-агента интенсивность ПСИ Ло регулируется в зависимости от ситуации на сети, при этом после построения таблицы маршрутизации УК интенсивность ПСИ уменьшают до нулевого значения, а в случае каких-либо изменений в топологии и трафике Ло приобретает значение, обеспечивающее корректировку таблиц маршрутизации за заданное время.

Для реализации стратегии изменения интенсивности ПСИ в протоколе предусмотрена возможность управления службой сбора информации о сети.

В процессе функционирования сети протоколом маршрутизации могут устанавливаться следующие уровни интенсивности служебных пакетов-агентов:

- Ла = 0, в случае, если в сети осуществляется обмен информационными пакетами: нагрузка со стороны пакетов-агентов уменьшается до нуля;

- Ла = Лф, в случае, если в сети не осуществляется обмен информационными пакетами: устанавливается фоновая интенсивность СПИС, которая определяется протоколом Х.25 и СПИС отправляются в интервале через 30, 60 или 180 секунд;

- Ла = Ла1>, в случае, если в сети зафиксированы изменения топологии или трафика: для СПИС устанавливается интенсивность, позволяющая скорректировать таблицы маршрутизации за заданное время.

В третьем разделе на основе метода Фостера-Стыоарта разработана процедура идентификации ситуации на сети, по результатам которой подготовлена методика управления службой сбора информации о сети.

Задача идентификации ситуации на сети заключается в определении наличия тренда во временном ряду, содержащем значения длин очереди. Особенностью решения данной задачи является необходимость фиксации малых значений тренда трафика сети на ограниченном интервале времени при заданных уровнях ошибки по его случайным флуктуациям. В работе для выделения тренда обосновывается критерий, основанный на рекордных значениях (метод Фостера-Стьюарта) и заключающийся в наблюдении за верхними и нижними рекордными значениями ряда. В качестве рекордных значений принимаются уровни рада, которые являются большими (меньшими), чем все предыдущие наблюдения этого ряда.

Предложенная реализация метода для решения задачи идентификации состояния сети содержит следующие этапы:

1. На первом этапе производится сравнение каждого уровня исходного временного ряда значений очередей на УК, начиная со второго уровня, со всеми предыдущими, при этом определяются две числовые последовательности:

к, = 1, если уI больше всех предыдущих уровней и к, = 0 в противном случае, /, = 1, если у, меньше всех предыдущих уровней и /, = 0 в противном случае.

(5)

2. На втором этапе вычисляются величины б и с!\

* = £(*,+/,); (6)

!«2

</ = £(*,-/,). (7)

Величина 5, характеризующая изменение временного ряда, принимает значения от 0 (все уровни ряда равны между собой) до п-1 (ряд монотонный). Величина с! характеризует изменение дисперсии уровней временного ряда и изменяется от -(« -1) (ряд монотонно убывает) до (я-1) (ряд монотонно возрастает).

3. Третий этап заключается в проверке гипотез: можно ли считать случайными:

1)отклонение величины 5 от величины ¡и - математического ожидания величины 5 для ряда, в котором уровни расположены случайным образом;

2) отклонение величины с1 от нуля.

Чтобы проверить гипотезу Н10: л = р против альтернативы я*¡л и гипотезу Н6й\ <1 = 0 против ¡1*0 сначала выбирается уровень значимости а-РНо{Н1). При этом предполагается, что выборка объема п, на основании

которой проверяется гипотеза, извлечена из нормальной совокупности.

После того как задан уровень значимости, вычисляется величина критерия. В методе Фостера-Стьюарта проверка гипотезы проводится с использованием расчетных значений /-критерия Стьюдента для средней и для дисперсии:

р = = = 1), (8) Ъ

где ¡1 - математическое ожидание величины в, определенной для ряда, в котором уровни расположены случайным образом; сг, - среднеквадратическое отклонение для величины 5

ст^^Ип п-3,4253, (9)

У -01

<Р = 1-1 = <,(*=л-0. (Ю)

0-2

ег2 - среднеквадратическое отклонение для величины (1.

сг2 = ,/21п и -0,8456. (И)

Для удобства используются табулированные значения величин ц, сг, и

сг2.

Так как нулевая и альтернативная гипотезы для математического ожидания имеют вид //хо: 5 = // и для дисперсии /У,0: с/ == 0 и

Ял :с! Ф 0, а критерии соответственно имеют вид (8) и (10), то для среднего и дисперсии критические области будут двусторонними. При этом их образуют

интервалы и >+*>)> где критические точки определяются

из следующего условия

Р{<Р<Кв,п) = а12 и Р{<р>х»л1г) = а12. (12)

Учитывая формулу (8), условие (12) принимает следующий вид

Р{г,{к = п-\)<у^дП) = а12иР{ф = п-\)>^в11) = а12. (13)

Для нахождения критических точек используют таблицы с распределением Стьюдента, в соответствии с которым схема нахождения двухсторонних критических точек для заданного уровня значимости а следующая:

1 [^праИ 'г

4. На четвертом этапе путём сравнения расчетных значений I, и с табличным значением ¿-критерия Стьюдента проверяется правильность гипотезы наличия динамики локального трафика сети в УК.

Разработанная в диссертации методика управления службой сбора информации о сети включает в себя следующие этапы:

1. Уточнение и ввод исходных данных по работе маршрутизатора УК с учётом требуемых значений вероятностей ошибок первого и второго рода. Данному этапу предшествует набор статистических данных, определяемый как участок наблюдения. Данный участок необходим для формирования математической модели тренда, а операции по её построению выполняются маршрутизатором УК сети.

2. Расчёт сглаженных уровней динамического ряда длин очереди. Данная процедура осуществляется по методу скользящей средней с заданным интервалом сглаживания т.

3. Определение числовых Последовательностей с верхними и нижними рекордными значениями ряда длин очереди.

4. Расчёт числовых значений характеристик изменения математического ожидания и дисперсии уровней временного ряда длин очереди.

5. Нахождение расчётных значений I-критерия Стьюдента для средней и для дисперсии.

6. Проверка гипотез об отсутствии тенденции развития в средней и в дисперсии. Вывод полученных результатов о состоянии очередей информационных направлений в блок управления интенсивностью ПСИ.

Данная методика является составной частью специального программного обеспечения маршрутизатора УК телекоммуникационной сети.

Согласно с решаемыми задачами сетевого уровня протокол адаптивной децентрализованной маршрутизации должен не только определять моменты времени запуска функции обновления таблиц маршрутизации, но и знать, когда необходимо этот процесс остановить. В работе в рамках децентрализованного управления определение стационарности сети

предлагается по средствам наблюдения за таблицами маршрутизации. Если процедура идентификации состояния сети улавливает стационарность сети и при этом таблицы маршрутизации за заданное, достаточно длительное время не претерпевают изменения, то делается вывод о выполнении функции обновления маршрутных таблиц и нецелесообразности генерации ПСИ.

В качестве наблюдаемого параметра для останова процедуры корректировки маршрутных таблиц выбрана оценка математического ожидания времени доставки пакета, определяемая по информации от СКП в ходе коррекции вероятностных таблиц маршрутизации УК.

Таким образом, процедура идентификации ситуации на сети заключается в проверке гипотезы о равенстве математических ожиданий времени доставки пакета на /-ом интервале наблюдения и на (/-1):

Я0:Л/,[П = Л/,[Г], (15)

при альтернативной гипотезе:

Я,:Л/,м[7>М,_[Т]. (16)

В основе проверки гипотезы лежит сравнение средних Т и 1],. Однако для проверки гипотезы необходимо знание закона распределения разности (Т:-¥„,). Поскольку величины Т и Т1А независимы и имеют нормальное распределение, то разность (Т, также имеет нормальный закон, при этом его математическое ожидание равно

М{Т,-Т^) = МТ-МТ^ =щ-тт, (17)

а дисперсия

D{7l-Ti_i) = Dfi-Dfi_,=o2lnT -er2/«,;,. (18)

То есть

= N(m, -щ- ja2/пг -о2 /пТ/1 j. (19)

В результате получаем, что

,1) = U- (20)

J(T2 / пт—ст2/пГ^ где U- знак достоверного события.

Учитывая, что У" (к,) + X2 (к2) = (к) + к2), сумма

Х2{к =»v, + X7 = ,, имесг х1' распределение с числом степеней свободы к -щ +п1 -2, то есть

+ 2). (21)

а а ' ''

Таким образом, в качестве критерия при проверке данной гипотезы может использоваться величина:

Т.-Т..

которая при выполнении нулевой гипотезы имеет t-распределение с к = iij. + пт t - 2 степенями свободы.

Если рассчитанная по (22) величина <р попадает в критическую область со, то гипотезу Н0 отвергаем и, следовательно, служба сбора информации о состоянии сети находится во включенном режиме.

Экспериментальная апробация разработанного протокола маршрутизации и методики управления службой сбора информации в телекоммуникационной сети проводилась путем имитационного моделирования процессов функционирования сети с адаптивной децентрализованной маршрутизацией, основанной на использовании теории мультиагентных систем. Для исследования оперативности передачи информации в сети с адаптивной децентрализованной маршрутизацией в различных условиях функционирования, а также сравнения качества работы реализованных в настоящее время и разработанного протоколов маршрутизации, была построена имитационная модель.

Для оценки эффективности предлагаемых технологий управления было проведено сравнение существующих процедур управления и предлагаемых.

Анализ результатов сравнения показывает, что во время адаптации (до 15..20 ед. вр.?103 с момента деградации) предлагаемая технология маршрутизации значительно повышает среднее время доставки информационных пакетов (от 30 до 50 % прироста), а после адаптации, наоборот сокращает его более чем на 50% по сравнению протоколом RIP и на 10-15 % по сравнению с протоколом OSPF.

III. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенных в диссертации исследований решена актуальная, имеющая важное значение научная задача разработки протокола адаптивной вероятностной маршрутизации на основе пакета-агента и методики управления службой сбора информации о сети, направленная на повышение оперативности передачи информации в телекоммуникационной сети за счёт вероятностной адаптации плана распределения информации на сети.

Получены следующие основные научные результаты, представляемые к защите:

• протокол обмена маршрутной информацией на основе пакета-агента для построения и корректировки таблиц маршрутизации узлов коммутации телекоммуникационной сети в условиях динамики топологии и трафика сети, позволяющий путём своевременной адаптации таблиц маршрутизации к новому состоянию топологии и загруженности очередей на УК повысить оперативность передачи информации;

• методика управления службой сбора информации о сети и обновления маршрутных таблиц в протоколе маршрутизации на основе пакета-агента в условиях динамики топологии и трафика сети, которая позволяет за счёт

управления интенсивностью пакетов-агентов снизить объём служебной информации на сети.

Внедрение полученных результатов в программное и алгоритмическое обеспечение УК сети позволит повысить оперативность передачи информации в сети в условиях динамики топологии и трафика сети.

Дальнейшие исследования целесообразно продолжить в следующих направлениях:

•исследование устойчивости функционирования протокола маршрутизации на основе пакета агента в условиях значительной динамики трафика сети;

•исследование зависимости потенциально достижимой скорости адаптации маршрутных таблиц от сложности (числа узлов и их связности) топологии сети.

Список основных трудов, опубликованных по теме диссертации:

1 Цимбал В.А., Климов В.В., Устинов И.А. Оценивание связности информационной сети АСУ с рокадными связями на основе связности базового сегмента / Информация и космос №3, 2008. - С. 17-20.

2 Цимбал В.А., Климов В.В., Устинов И.А. Оценивание связности базового сегмента информационной сети АСУ с рокадными связями / Информация и космос №2, 2008. - С.22-25.

3 Устинов И.А., Кирдяшов Ф.Г. Перспективные технологии управления потоками информации на сети связи с коммутацией пакетов, основанные на теории мультиагентных систем. // Научно-технический журнал «Известия института инженерной физики». - Серпухов, 2008. - вып. №2. -с.14-16.

4 Цимбал В.А., Косарева Л.Н., Устинов И.А. Математическая модель базового сегмента информационной сети АСУ с рокадными связями //Тр. Российского научно-технического общества радиотехники, электроники и связи им. A.C. Попова: Научная сессия, посвященная Дню Радио. - М., 2008. - Вып.63- с. 421-424.

5 Цимбал В.А., Косарева Л.Н., Устинов И.А. Устойчивость иерархической информационной сети АСУ с рокадными связями // Тр. Российского научно-технического общества радиотехники, электроники и связи им. A.C. Попова: Научная сессия, посвященная Дню Радио. - М., 2008. -Вып.63.- с. 424-428.

6 Устинов И.А., Кирдяшов Ф.Г. Управление интенсивностью служебных пакетов на основе использования процедуры идентификации состояния сети. // Тр. Российского научно-технического общества радиотехники, электроники и связи им. A.C. Попова: Научная сессия, посвященная Дню Радио. - М„ 2008. - Вып.63 - с. 433-435.

7 Устинов И.А. Особенности решения задачи определения оптимальных маршрутов передачи информации в сетях связи с коммутацией пакетов на основе мультиагентных систем // Новые информационные технологии в системах связи и мтааления. Тоуды VII Российской НТК. - Калуга. 2008.

- С. 101-105.

8 Цимбал В.А., Косарева Л.Н., Устинов И.А. Оценивание связности сети передачи данных АСУ с рокадными связями специального назначения на основе оценок связности базового сегмента сети // Новые информационные технологии в системах связи и управления. Труды VII Российской НТК. - Калуга, 2008. - С.82-86.

9 Устинов И.А. Протокол управления службой сбора информации о сети передачи данных // Новые информационные технологии в системах связи и управления. Труды IX Российской НТК. - Калуга, 2009. - С.471-474.

10 Устинов И.А. Использование теории мультиагентных систем для построения маршрутных таблиц в информационной сети // Материалы I Международной научно - практической конференции «Информационные технологии в образовании, науке и производстве». - Серпухов, 2008. - С. 542-545.

11 Устинов И.А. Особенности использования децентрализованной маршрутизации в компьютерных сетях // Материалы II Международной научно - практической конференции «Информационные технологии в образовании, науке и производстве», ч.2. - Серпухов, 2009. -С. 228-230.

12 Устинов И.А. Имитационная модель сети связи с адаптивной маршрутизацией на основе мультиагентных систем // Новые информационные технологии в системах связи и управления. Труды VII Российской НТК. - Калуга, 2007. - С.87-90.

13 Цимбал В.А., Устинов И.А. Обоснование адаптивной маршрутизации в ЦСИС общего назначения для обеспечения требуемого качества информационного обмена абонентов // Новые информационные технологии в системах связи и управления. Труды VII Российской НТК. -Калуга, 2007. -С.315-319.

14 Устинов И.А. Протокол обмена служебной информацией и корректировки маршрутных таблиц // Тр. Российского научно-технического общества радиотехники, электроники и связи им. A.C. Попова: Научная сессия, посвященная Дню Радио. - М., 2009. - Вып.64-с. 7-9.

15 Устинов И.А. Методика нахождения параметров протокола обмена служебной информацией и корректировки маршрутных таблиц на базе мультиагентных систем // Перспективные технологии в средствах передачи информации: Материалы 8-й международной НТК / Владим. Гос. Ун-т. - Владимир 2009. - С.74-77.

16 Устинов И.А. Подход к управлению процессом сбора информации о состоянии сети с использованием протокола адаптивной маршрутизации. // XXVIII Межведомственная научно-техническая конференция «Проблемы эффективности и безопасности функционирования сложных технических и информационных систем. Труды конференции, ч.5. -Серпухов, 2009. -С.52-55.

17 Патент на полезную модель №63080 от 16.10.2006 г., МПК Н04В 7/00. Устройство для моделирования системы связи / Авторы: Цимбал В. А., Чайков С.С., Устинов И.А., ХвостунОв Ю.С.

Введение.

1 Анализ существующих методов маршрутизации в современных телекоммуникационных сетях.

1.1 Анализ принципов построения телекоммуникационных сетей.

1.2 Анализ существующих методов маршрутизации, используемых в современных телекоммуникационных сетях

1.3 Выбор показателя качества информационного обмена абонентов телекоммуникационной сети. Постановка задачи исследования.

Выводы по первому разделу.

2 Протокол коррекции вероятностных таблиц маршрутизации на основе пакета-агента.;.

2.1 Функции процедурных средств сетевого уровня телекоммуникационной сети.

2.2 Структура пакетов- сетевой информации " и базы данных маршрутизатора, используемых протоколом коррекции таблиц маршрутизации на основе пакета-агента.

2.2.1 Структура и кодирование пакетов сетевой информации, используемых для передачи маршрутной информации.

2.2.2 Структура таблиц, составляющих основу базы данных маршрутизатора.

2.3 Алгоритмы работы маршрутизатора по реализации функций, предусмотренных протоколом коррекции вероятностных таблиц маршрутизации на основе пакетаагента.

Выводы по второму разделу.

3 .

3 Разработка методики запуска и останова службы сбора информации о сети и обновления маршрутных таблиц в протоколе маршрутизации на основе пакета-агента в условиях динамики сети.

3.1 Обоснование использования метода Фостера-Стьюарта, для идентификации изменений состояний топологии и трафика сети.

3.1.1 Выбор метода определения наличия тренда в динамическом ряду, уровней длин очереди информационных направлений маршрутизатора.

3.1.2 Выбор метода сглаживания уровней динамического ряда, содержащего значения длин очереди информационных направлений маршрутизатора.

3.2 Методика запуска процедуры обновления маршрутных таблиц УК в условиях динамики сети.

3.3 Определение момента выключения службы сбора информации о состоянии сети в протоколе маршрутизации на основе пакета-агента.

3.4 Экспериментальная-апробация полученных результатов на основе имитационного моделирования процесса децентрализованной маршрутизации в телекоммуникационной сети.

Выводы по третьему разделу.

Отечественный и зарубежный опыт создания корпоративных цифровых сетей связи показывает, что достижение требуемого уровня пропускной способности и устойчивости связи, обеспечение адаптации к условиям функционирования и обеспечение полного перечня услуг системы связи только традиционным путем поэлементного совершенствования и наращивания практически нереализуемо.

Современная телекоммуникационная сеть должна отвечать двум основным требованиям: во-первых, она должна предоставлять услуги связи абонентам сети с требуемым качеством, и, во-вторых, она должна обладать высоким уровнем собственного совершенства. Уровень требований, предъявляемый к сетям связи, обуславливается следующими основными причинами:

- увеличение числа пользователей;

- расширение числа видов услуг, требуемых пользователями;

- повышение уровня требований к качеству обслуживания (достоверность получаемой информации, время ее доставки).

При этом имеет место широкое внедрение в практику услуг конферен-цсвязи, электронной почты, поиска информации и т.д. Появляются запросы на новые виды услуг, требующие для осуществления широкополосного цифрового канала. Это, прежде всего, черно-белый и цветной видеотелефон, ви-деоконференцсвязь, цветное факсимиле, видео-почта, поиск видеоинформации, передача в ограниченные сроки больших объемов информации и т.д. При этом большинство из требуемых услуг являются услугами с комплексным предоставлением информации, которые согласно рекомендациям определены как мультимедиа.

Технологической основой современных телекоммуникационныхсетей является совокупность единых по архитектуре построения цифровых телекоммуникационных центров на основе маршрутизаторов.

Маршрутизатор, как техническое средство, представляет собой узел обработки данных в 1Р-сетях и обеспечивает прием данных, отправляемых из одной ЛВС, передачу через 1Р-сеть на аналогичный маршрутизатор, который выполняет доставку потоков информации в другую ЛВС. Маршрутизатор собирает информацию о топологии сети и на её основании пересылает пакеты сетевого уровня в узел или сеть назначения.

Эффективность функционирования маршрутизатора определяет оперативность передачи информации в сети и очевидно определяется реализованным в нём протоколом маршрутизации. Общим правилом протокола маршрутизации является использование максимально возможного числа маршрутов. Это повышает надежность и способствует перераспределению нагрузки между каналами. Текущая топология может меняться из-за выхода некоторых узлов из строя в результате воздействия различных факторов, обусловливающих снижение-связности- сети. Вследствие этого актуальность приобретает задача выбора такого протокола управления маршрутизацией, который позволит рационально использовать сетевые ресурсы на основе построения плана распределения информации совокупностью маршрутизаторов.

На сегодняшний день разработано большое количество протоколов маршрутизации. Однако их использование в перспективных телекоммуникационных сетях должно учитывать специфику построения и их условия функционирования. Используемый протокол маршрутизации должен справляться с задачей эффективного использования сетевых ресурсов в условиях резкого изменения не только топологии сети, но и разнородного трафика циркулирующего внутри сети.

При создании перспективных телекоммуникационных сетей используют принципы и протоколы адаптивной маршрутизации. Решению данной задачи посвящено достаточно большое количество публикаций отечественных и зарубежных специалистов в области теории управления и связи [50, 56]. Среди них особого внимания заслуживают монографии и труды научных школ В.Г. Лазарева, Э.А. Якубайтиса, Г.П. Захарова, Б.А. Советова, и многих других ученых.

Как показано в вышеперечисленных работах, эффективность функционирования протоколов адаптивной маршрутизации во многом зависит от того, где принимаются маршрутные решения. Вследствие этого различают централизованные и децентрализованные протоколы маршрутизации. В случае использования централизованных протоколов адаптивной маршрутизации возникает необходимость наличия в сети центра (узла коммутации), выполняющего операции по расчёту маршрутов для всех узлов сети. В свою очередь наличие такого узла ставит под угрозу функционирование всей сети в случае выхода его из строя, при этом все узлы сети находятся в постоянной зависимости от решений-принимаемых центральным узлом. Кроме того, использование такого протокола приводит к необходимости передачи больших объёмов служебной информации в направление к центральному узлу, что в свою очередь не позволяет рационально использовать ресурсы сети.

Существенное повышение эффективности использования сетевых ресурсов достигнуто с использованием разработанных в последнее время зарубежными специалистами таких протоколов децентрализованной маршрутизации как RIP и OSPF.

Протокол маршрутизации RIP, основанный на алгоритме Беллмана-Форда, разработан в университете Калифорнии (Беркли), базируется на разработках фирмы Ксерокс и предназначен для сравнительно небольших и относительно однородных сетей [56]. В свою очередь протокол OSPF (Open Shortest Pass First, RFC-1245-48, RFC-1583-1587, алгоритмы предложены Дейкстрой) является альтернативой RIP в качестве внутреннего протокола маршрутизации. OSPF представляет собой протокол состояния маршрута (в качестве метрики используется - коэффициент качества обслуживания). Каждый маршрутизатор обладает полной информацией о состоянии всех интерфейсов всех маршрутизаторов (переключателей) автономной системы [57].

Отличительной особенностью перечисленных выше работ является то, что разработанные в них методы определения оптимальных решений относительно построения плана распределения информации на сети реагируют только на изменения, связанные с топологией сети и не учитывают динамику объёма и направления передачи трафика. Кроме того, рассмотренные протоколы требуют для своего функционирования постоянный обмен большими объемами служебной информации. Вследствие этого, несмотря на безусловную ценность и полезность известных методов маршрутизации, применение их в перспективных телекоммуникационных сетях не позволяет решить задачу повышения оперативности передачи информации в условиях локальных изменений трафика сети.

В связи с изложенным, возникает следующее противоречие: с одной стороны для эффективного функционирования перспективных телекоммуникационных сетей требуется протокол маршрутизации, обеспечивающий при минимальном объёме служебной информации своевременную реакцию на изменения как топологии, так и трафика, происходящие в сети; с другой стороны в настоящее время разработань1 протоколы, требующие для своего функционирования передачи больших объёмов служебной информации и реагирующие только на изменение топологии сети без учёта динамики трафика.

Одним из путей разрешения данного противоречия является разработка протокола адаптивной вероятностной маршрутизации на основе пакета-агента и методики управления службой сбора информации о сети и обновления маршрутных таблиц, обеспечивающего повышение оперативности доведения информации по сети не только в условиях изменения топологии сети, но и в условиях локального изменения трафика абонентов, при снижении объёма служебной информации в сети.

Исходя из изложенного, актуальной является тема диссертации «Адаптивная децентрализованная маршрутизация в цифровой сети с интеграцией служб общего назначения в условиях динамики топологии и трафика сети».

Целью диссертационных исследований является повышение оперативности передачи информации в телекоммуникационной сети за счёт вероятностной адаптации плана распределения информации на сети.

Объектом исследования является телекоммуникационная сеть.

Предметом исследований являются протоколы маршрутизации информации в сетях связи с коммутацией пакетов.

Научной задачей является разработка протокола адаптивной вероятностной маршрутизации на основе пакета-агента и методики управления службой сбора информации о сети и обновления маршрутных таблиц в условиях динамики топологии и трафика сети.

Для решения общей научной задачи в диссертации ставятся и решаются следующие подзадачи:

1. Анализ особенностей функционирования процедуры маршрутизации в существующих телекоммуникационных сетях.

2. Разработка протокола коррекции вероятностных таблиц маршрутизации на основе пакета-агента.

3. Разработка методики управления службой сбора информации о сети и обновления маршрутных таблиц в протоколе маршрутизации на основе пакета-агента.

4. Разработка имитационной модели процесса децентрализованной маршрутизации на основе пакета-агента в телекоммуникационной сети.

В ходе решения перечисленных подзадач были получены следующие научные результаты, представляемые к защите:

1. Протокол обмена маршрутной информацией на основе пакета-агента для построения и корректировки таблиц маршрутизации узлов коммутации телекоммуникационной сети в условиях динамики топологии и трафика сети.

2. Методика управления службой сбора информации о сети и обновления маршрутных таблиц в протоколе маршрутизации на основе пакета-агента в условиях динамики топологии и трафика сети.

Научная новизна полученных в диссертационной работе результатов заключается в том, что: разработан новый протокол обмена маршрутной информацией на основе использования теории мультиагентных систем (пакета-агента), который позволяет в отличие от существующих протоколов адаптировать план распределения информации на сети при снижении дополнительной нагрузки служебных пакетов на сеть в условиях динамики топологии и трафика сети; впервые разработана методика управления службой сбора информации о сети и обновления маршрутных таблиц в протоколе маршрутизации на основе пакета-агента в условиях динамики топологии и трафика сети, позволяющая снизить объём нагрузки служебной информации на сеть.

Достоверность результатов подтверждается корректностью и логической обоснованностью разработанных вопросов, принятых допущений и ограничений, использованием апробированного математического аппарата теории массового обслуживания, теории телетрафика, теории случайных процессов, математической статистики и моделирования систем и, кроме того, подтверждается получением-при определенных условиях и допущениях частного решения, являющегося результатом применения ранее известных методов.

Практическая значимость научных результатов обусловлена тем, что они доведены до уровня протокола, алгоритмов, методики и машинных продуктов и позволяют на стадии проектирования и эксплуатации закладывать в программное обеспечение маршрутизаторов УК процедуры построения и корректировки таблиц маршрутизации. Использование данных результатов позволяет получить выигрыш в оперативности доведения информации в условиях динамики топологии и локальных всплесков трафика сети на 10-20% по сравнению с протоколами, используемыми в сетях связи.

Кроме того, результаты работы могут быть использованы в вузах при изучении дисциплин связанных с изучением современных методов построения сетей связи с коммутацией пакетов.

Диссертация состоит из введения, трёх разделов, заключения, списка используемых источников и приложения.

Выводы по третьему разделу

Разработанная методика запуска и останова службы сбора информации о сети в протоколе маршрутизации на основе пакета-агента и моделирование процесса адаптивной децентрализованной маршрутизации позволили сделать следующие выводы.

1. Вследствие использования нестационарной стратегии управления интенсивностью служебных-пакетов возникает необходимость в разработке способа по идентификации изменения ситуации на сети, а именно в определении стационарности либо нестационарности топологии или трафика сети. Идентификация ситуации на сети осуществляется на основе использования статистических методов анализа временных рядов на наличие тренда. Анализ показывает, что из существующих методов наиболее мощным является метод Фостера-Стьюарта.

2. Перед тем как определять наличие тренда во временном ряду требуется провести сглаживания уровней временного ряда. Сглаживание временного ряда производится на основе интервала времени наблюдения за длинной очереди Т(п), в течение которого определяется длина очереди 1(п). При этом интервал времени Т{п) должен обеспечивать требуемое значение вероятности ошибки второго рода при проверке гипотезы о наличии тренда.

3. При определении тренда во временном ряду могут возникнуть ошибки первого и второго рода. Величины ошибок первого и второго рода зависят от выбранного интервала времени наблюдения за очередью пакетов и интервала времени сглаживания временного ряда.

4. Методика управления службой сбора информации о сети в протоколе маршрутизации на основе пакета агента пригодна как для стадии разработки телекоммуникационной сети, так и для стадии ее эксплуатации и позволяет определять корректные параметры протоколов сетевого уровня, о чём свидетельствует проведение имитационного моделирования.

111

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Необходимость обеспечения требований по пропускной способности и устойчивости связи приводит к необходимости совершенствования существующих телекоммуникационных сетей.

Технологической основой современных телекоммуникационных сетей является совокупность единых по архитектуре построения цифровых телекоммуникационных центров на основе типовых маршрутизаторов, реализующих канальный, сетевой и транспортный уровни ЭМВОС. Эффективность функционирования маршрутизатора определяет оперативность передачи информации в сети и зависит от реализованного в нём протокола сетевого уровня.

Одним из возможных вариантов решения задачи эффективного использования сетевых ресурсов является применения адаптивной вероятностной маршрутизации, основанной на использовании теории мультиагентных систем и позволяющей в условиях ограниченной пропускной способности сети формировать оптимальные в вероятностном смысле совокупности маршрутов передачи информации, что обеспечивает:

- повышение оперативности передачи различного рода информации в условиях возможных структурных изменений, а также динамики трафика сети;

- повышение надежности своевременного доведения сообщений в условиях ограниченности пропускной способности имеющегося канального ресурса.

В результате проведенных в диссертации исследований решена актуальная научная задача: разработка протокола адаптивной вероятностной маршрутизации на основе пакета-агента и методики управления службой сбора информации о сети, направленная на повышение оперативности передачи информации в телекоммуникационной сети за счёт вероятностной адаптации плана распределения информации на сети.

Получены следующие основные научные результаты, представляемые к защите:

1. Протокол обмена маршрутной информацией на основе пакета-агента для построения и корректировки таблиц маршрутизации узлов коммутации в телекоммуникационной сети в условиях динамики топологии и трафика сети.

2. Методика управления службой сбора информации о сети и обновления маршрутных таблиц в протоколе маршрутизации на основе пакета-агента в условиях динамики топологии и трафика сети.

В результате исследований, проведенных в работе, выявлено, показано, доказано и разработано следующее:

Решение задачи оперативного доведения информации в условиях динамики топологии и трафика сети требует использования адаптивного протокола маршрутизации, основанного на использований ¡в маршрутизации интеллектуальных мультиагентных систем.

Для построения и корректировки таблиц маршрутизации узлов коммутации в телекоммуникационной сети необходима разработка специального протокола и научно-методического аппарата адаптивной маршрутизации, основанной на работе специальных пакетов-агентов.

Протокол адаптивной маршрутизации на основе пакета-агента относится к протоколам обмена маршрутной информацией между промежуточными и оконечными системами. Данный протокол регламентирует правила взаимодействия оконечных и промежуточных систем при обмене служебной информацией, а также процедуры корректировки маршрутных таблиц для обеспечения функции маршрутизации информационных пакетов в пределах однородной сети.

Работа протокола основана на формировании и рассылке специальных служебных пакетов-агентов, называемых пакетами сетевой информации с целью получения информации о состоянии элементов сети, то есть состоянии всех узлов коммутации и каналов связи. Для реализации данного протокола разработаны структуры СПИС и СКП, определены поля служебной информации и алгоритмы их обработки на каждом УК. Также приведена структура маршрутизатора, позволяющего реализовывать алгоритмы обработки ПСИ и корректировки маршрутных таблиц.

С целью снижения нагрузки служебных пакетов на сеть в разработанном протоколе интенсивность ПСИ регулируется в зависимости от ситуации на сети. Для чего после построения таблицы маршрутизации УК интенсивность ПСИ уменьшают до нулевого значения, а в случае каких либо изменений в топологии и трафике приобретает значение, обеспечивающее их корректировку за заданное время.

Вследствие использования нестационарной стратегии управления интенсивностью служебных пакетов возникает необходимость в разработке способа по идентификации изменения состояния топологии или трафика сети, а также методики запуска и останова службы сбора информации о сети и обновления ТМ.

Идентификация ситуации на сети осуществляется на основе использования статистических методов анализа временных рядов на наличие тренда. Останов службы сбора информации о сети основывается на статистическом анализе факта изменений в накопленной статистики для расчёта оценок математического ожидания времени передачи пакета.

Проверка результативности разработанного протокола и методики осуществлялась путем имитационного моделирования процесса адаптивной децентрализованной маршрутизации в телекоммуникационной сети на основе интеллектуальных мультиагентных систем.

Полученные в ходе имитационного моделирования результаты показывают, что разработанный протокол и научно-методический аппарат адаптивной маршрутизации обеспечивают децентрализованную корректировку маршрутов доставки информационных потоков, а также позволяют снизить долю ресурса используемого для корректировки маршрутов при сохранении требуемых характеристик сети.

Анализ результатов работы имитационной модели показывает следующее:

- разработанный протокол маршрутизации достаточно эффективно справляется с поставленными задачами и удовлетворяет предъявляемым требованиям, обеспечивая псевдооптимальный (в рамках принятых правил управления) план распределения информации на сети в условиях реализации децентрализованного управления;

- адаптация маршрутных таблиц обеспечивается служебными пакетами с интенсивностью в десятки раз меньше интенсивности информационного трафика. Вследствие этого дополнительный трафик на сеть, вызванный служебными пакетами, не требует выделения дополнительных канальных ресурсов;

- оперативность передачи сообщений в телекоммуникационной сети с применением разработанного протокола по сравнению с известными на 1020%.

Представляемые к защите научные результаты доведены до алгоритмов и программных модулей, что позволяет их использовать в существующих и перспективных телекоммуникационных и компьютерных сетях.

В рамках сформулированной в диссертационной работе научной задачи дальнейшие исследования целесообразно продолжить в следующих направлениях:

• исследование устойчивости функционирования протокола маршрутизации на основе пакета-агента в условиях значительной динамики трафика сети;

• исследование зависимости потенциально достижимой скорости адаптации маршрутных таблиц от сложности (числа узлов и их связности) топологии сети.

1. Аверилл М. Лоу, В. Дэвид Кельтон Имитационное моделирование. — СПб.: Питер, 2004 846 с.

2. Андрейчинков A.B., Андрейчинкова О.Н. Интеллектуальные информационные системы. М.: Финансы и статистика, 2006. - 423 с.

3. Балашов Е.П., Пузанков Д.В. Проектирование информационно-управляющих систем. М.: Радио и связь, 1987. - 256 е.: ил.

4. Беркетов Г.А., Блаженков В.В. и др. Современные математические методы анализа и синтеза сложных систем. МО СССР, 1984. 399 с.

5. Берлин А.Н. Коммутация в системах и сетях связи. М.: Эко-Трендз, 2006.- 344 с.

6. Бертсекас Д., Галлагер Р. Сети передачи данных. — М.: Мир, 1989. — 544с.

7. Богусловский Л.Б. Управление потоками данных в сетях ЭВМ. М.: Энергоатомиздат, 1984. - 168 с.

8. Бокс Дж., Дженкинс Г., Анализ временных рядов. Выпуск 1: Прогноз и управление. М.: Мир, 1974. - 408 с.

9. Будко П.А., Федоренко В.В. Управление в сетях связи. Математические модели и методы оптимизации: Монография. М.: Издательство физико-математической литературы, 2003. — 228 е., ил.

10. Бутрименко А.Вт-Разработка и эксплуатация сетей ЭВМ. М.: Финансы и статистика, 1981. - 256 с.

11. Васильев Ф.П. Численные методы решения экстремальных задач. М.: Наука, 1988.-552 с.

12. Верма П. Сети связи ЭВМ: оценка эффективности функционирования, структурный анализ. М.: Радио и связь, 1992. - 113 с.

13. Вишневский В.М. Теоретические основы проектирования компьютерных сетей. М.: Техносфера, 2003. - 506 с.

14. Васильев В.И. и др. Системы связи: Учебное пособие для втузов.-М.: Высш.школа, 1987. 280 с.

15. Военный энциклопедический словарь РВСН/ Гл. редактор И.Д.Сергеев. Составители: С.И. Боридько, A.B. Боряк, Д.А. Ловцов и др. М.: Большая Российская энциклопедия, 1999. 632с.

16. Гилл Ф., Мюррэй У. Численные методы условной оптимизации. М.: Мир, 1977.-296 с.

17. Гольдштейн Б.С. Системы коммутации. СПб.: БХВ-Санкт-Петербург, 2003.-318 с.

18. Городецкий В.И. Многоагентные системы: основные свойства и модели координации поведения // Информационные технологии и вычислительные системы. — 1998. — №1.

19. ГОСТ 23609-86. Сети связи. Первичные сети связи. Вторичные сети связи.

20. ГОСТ 24.701-86. ЕСС АСУ Надежность автоматизированных систем управления. Основные положения.

21. Гребешков А.Ю. Стандарты и технологии управления сетями связи. — М.: Эко Трендз, 2003, 288 с.

22. Губин Н.М., Матлин Г.М. Качество связи: Теория и практика. М.: Радио и связь, 1986. 272 с.

23. Д. Филипс, А. Гарсиа-Диас Методы анализа сетей: Перевод с английского. М.:Мир, 1984. - 496' с. .

24. Де Гроот М. Оптимальные статистические решения. М.: Мир, 1974. -491с.

25. Димов Э.М., Маслов О.Н., Швайкин С.К. Имитационное моделирование, реинжиниринг и управление в компании сотовой связи. М.: Радио и связь, 2001.-256 с.

26. Доровских A.B., Сикарев A.A. Сети связи с подвижными объектами. -К.: Техника, 1989.- 158 с.

27. Дымарский Я.С. и др. Управление сетями связи: принципы, протоколы, прикладные задачи. М.: ИТЦ «Мобильные коммуникации», 2003. - 384 с.

28. Дымарский Я.С., Крутикова Н.П., Яновский Г.Г. Управление сетями связи: принципы, протоколы, прикладные задачи. М.: Связь и бизнес, 2003. 382 с.

29. Дэвис Д., Барбер Д., Прайс У. и др. Вычислительные сети и сетевые протоколы. М.: Мир, 1982. -562 с.

30. Дэвис М. X. А. Линейное оценивание и стохастическое управление. — М.: Наука, 1984.-208 с.

31. Захаров Г.П. Методы исследования сетей передачи данных. М.: Радио и связь, 1982.-208 с.

32. Зелигер А.Н. Критерии оценки качества систем связи. М.: Связь, 1974. 40 е.: ил.

33. Искаков Е.Е. Технологические проблемы построения транспортных сетей систем военной связи. Спб.: ВАС, 2004. - 528с.

34. Калинина В.Н., Панкин В.Ф. Математическая статистика. М.: Высшая школа, 1994.-336с.

35. Кассандрова О.Н., Лебедев В.В. Обработка результатов наблюдений. -М.: Наука, 1970.- 104 с.

36. Кендалл М., Стьюарт А. Многомерный статистический анализ и временные ряды. М.: Наука, 1976. - 736 с.

37. Клейнрок Л. Вычислительные системы с очередями. М.: Мир, 1979.600 с.

38. Клейнрок Л. Теория массового обслуживания. — М.: Машиностроение, 1979.-432с.

39. Кокс Д. Р., Смит У. Л. Теория очередей. М.: Мир, 1966. - 218с .

40. Кормен Т, Лейзерсон Ч., Ривест Р., Штайн К. Алгоритмы: построение и анализ. М.: Вильяме, 2005. - 1290 с.

41. Кох Р., Яновкий Г.Г. Эволюция и конвергенция в электросвязи. М.: Радио и связь, 2001. 352 с.

42. Красносельский Н.И. и др. Автоматизированные системы управления в связи: Учебник для вузов / Н.И. Красносельский, Ю.А. Воронцов, Ю.А. Аппак. М.: Радио и связь, 1988. - 272 с.

43. Крылов В.В., Самохвалова С.С. Теория телетрафика и ее приложения. -СПб.: БХВ-Санкт-Петербург, 2005. 288 с.

44. Кульгин М. Технология корпоративных сетей. Энциклопедия. СПб.: Питер, 1999. 457 с.

45. Кузнецов В.Е., Лихачев A.M., Паращук И.Б., Присяжнюк С.П. Телекоммуникации. Толковый словарь основных терминов и сокращений. Под редакцией A.M. Лихачева, С.П. Присяжнюка. СПб: АИН РФ Институт телекоммуникаций, 2001. - 799 с

46. Куо Ф.Ф Протоколы и методы управления в сетях передачи данных. — М.: Радио и связь, 1985. 480 с.

47. Кучерявый А.Е., Гильченок Л.З., Иванов А.Ю. Пакетная сеть связи общего пользования. СПб.: Наука и Техника, 2004. - 272 с.

48. Лазарев В.Г. Интеллектуальные цифровые сети: Справочник / Под.ред. академика H.A. Кузнецова. М.: Финансы и статистика, 1996. - 224 с.

49. Ланко A.A., Дее'в В.В.^Журавин А.И. Коммутация в сетях связи. МО СССР, 1988.-374 с.

50. Лившиц Б.С., Пшеничников А.П., Харкевич А.Д. Теория телетрафика. -М.: Связь, 1979. -224 с.

51. Лившиц Б.С., Фидлин Я.В. Системы массового обслуживания сконечным числом источников. М.: Связь, 1968. - 168 с.

52. Ловцов Д.А. Информационная теория эргасистем: Тезарус. М.: Наука, 2005.-245 с.

53. Маковеева М.М., Шинаков Ю.С. Системы связи с подвижными объектами: Учеб. пособие для вузов. М.: Радио и связь, 2002. - 440 с.

54. Олифер В.Г., Олифер H.A., Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы. СПб.: Питер, 2002-668с.

55. Поспелов Д.А. Многоагентные системы настоящее и будущее // Информационные технологии и вычислительные системы. - 1998. — №1.

56. Протоколы информационно-вычислительных сетей: Справочник / Аничкин С.А., Белов С.А. Бернштейн A.B. и др.; Под ред. Мизина И.А. Кулешова А.П. М.: Радио и связь, 1990. - 504с.

57. Самойленко С.И. Сети ЭВМ. М.: Наука, 1986. - 159 с.

58. Системы и сети передачи информации: Учебное пособие для вузов/ М.В. Гаранин, В.И. Журавлев, C.B. Кунегин. М.:Радио и связь, 2001. - 336 с.

59. Советов Б. А., Яковлев С.А. Построение сетей интегрального обслуживания. — Ленинград: Машиностроение, 1990. 332с.

60. Советов Б.А., Яковлев С.А. Моделирование-систем. М.: Высшая школа, 2005.-380 с.

61. Справочник по прикладной статистике, том 2. Под редакцией Э. Ллойда У. Ледермана. М.: Финансы и статистика, 1990. - 528 с.

62. Тарасов В.Б. От многоагентных систем к интеллектуальным организациям: философия, психология, информатика. М.: Эдиториал УРСС, 2002.-435с.

63. Теория телетрафика: Учебник для Вузов /Ю.Н. Корнышев, А.П. Пшеничников, А.Д. Харкевич. М.: Радио и связь, 1996. - 272 с.

64. Толковый словарь терминов по системам, средствам и услугам связи/ Докучаев В.А., Иванова О.Н., Красавина З.А., Мартынов Л.М., Сорокин A.C. Под ред. В.А. Докучаева. М.: Радио и связь, 2000. - 256 с.

65. Трахтенгерц Э.А. Взаимодействие агентов в многоагентных системах //

66. Автоматика и телемеханика. — 1998. №9.

67. Цетлин M.JI. Исследования по теории автоматов и моделированию биологических систем. М.: Наука, 1969.

68. Шнепс М.А. Системы распределения информации. Методы расчета. -М.:Связь, 1979.-344с

69. Янко Я. Математико-статистические таблицы. М.: Госстатиздат, 1961. — 243 с.

70. Dorigo M., Di Caro G. AntNet: Distributed Stigmergetic Control for Communications Networks // IRIDIA, Universite Libre de Bruxelles. Artificial Intelligence Research. 1998. - №9, c. 317-365.

71. Dorigo M., Di Caro G., Gambardella L. M. Ant algorithms for distributed discrete optimization // IRIDIA, Universite Libre de Bruxelles. Submitted to Artificial Life. 1998. - №10, c. 98-109.

72. Dorigo M., Gambardella L. M. Ant Colony System: A Cooperative Learning Approach to the Traveling Salesman Problem // IEEE Transactions on Evolutionary Computation. 1997. - №1, c. 53-66.