Збільшення корисного завантаження вузлового обладнання комп’ютерних мереж
Authors: Вишняков Володимир Михайлович , Альомар Мхамад Ібрагім Ахмад 
Published: March 2022

Однією з важливих умов під час експлуатації вузлового обладнання комп’ютерних мереж є забезпечення високого значення коефіцієнту корисного завантаження обладнання [1]. Цей коефіцієнт визначають як відношення середньої швидкості передачі даних крізь вузлове обладнання до пропускної здатності даного обладнання. Проблема збільшення коефіцієнту корисного завантаження вузлового обладнання полягає в тому, що магістральний трафік має пульсуючий характер, який відносять до самоподібних (фрактальних) випадкових процесів [2]. Таким процесам притаманні непередбачувані зміни та неможливість прогнозування. Через це існуючі технології обробки протокольних блоків даних в умовах пульсуючого трафіку не в змозі забезпечити високий рівень завантаження вузлового обладнання (ВО), зокрема магістральних мультиплексорів, комутаторів, маршрутизаторів, шлюзів, серверів тощо.Ступінь завантаження ВО поточним трафіком на проміжку часу τ визначається коефіцієнтом завантаження КВО – відношенням досягнутої на цьому проміжку швидкості (інтенсивності) обробки пакетів ІВО до пропускної спроможності цього обладнання СВО,тобтоКВО=ІВО/СВО. По мірі підвищення завантаження ВО на часових ділянках сплесків трафіку ймовірність перенавантаження зростає, що може призвести до лавиноподібного збільшення втрат пакетів і, отже, до перевищення нормативного значення коефіцієнту втрат пакетів, що неприпустимо [3]. Тому доводиться суттєво обмежувати середню швидкість обробки пакетів на портах ВО у порівнянні із його пропускною здатністю з тим, щоб уникнути втрат пакетів під час пульсацій трафіку. Робота пакетної мережі може вважатися лише тоді ефективною, коли кожен її ресурс є суттєво завантаженим, але не перенавантаженим. Оскільки обладнання сучасних пакетних мереж є високо вартісним, то міркування економічної доцільності змушують прагнути до найбільш повного використання ресурсів такого обладнання, щоб обробляти якомога більші обсяги даних у перерахунку на одиницю вартості задіяного обладнання, і при цьому в умовах пульсацій трафіка намагатися не втратити якість обробки інформації. Тобто, необхідно намагатися забезпечити оптимальний компроміс між рівнем завантаження ресурсів мережі і якістю надання послуг.З метою підвищення завантаженості вузлового обладнання (ВО) визначено можливі шляхи удосконалення технології адаптивного управління розподілом ресурсів пакетних мереж [4; 5]. У роботі [5]пропонується ефективний спосіб збільшення корисного завантаження ВО за рахунок використання механізму адаптивного перерозподілу пропускної спроможності пакетного комутатора між його портами у реальному часі. Проте цей спосіб не враховує статистичні характеристики реального пакетного трафіку, що суттєво зменшує ефективність застосування вищеназваного способу на практиці. Окрім того, не враховується негативний вплив системних помилок, пов’язаних із адаптивністю та дискретністю процесу перерозподілу. З метою підвищення ефективності адаптивного управління авторами проведено дослідження статистичних характеристик реального пакетного трафіку і запропоновано способи перетворення нестаціонарних потоків трафіку у квазістаціонарні відрізки, що надає можливість зменшення системних помилок адаптивного управління. При цьому потік пакетів розподіляється на декілька черг з різним пріоритетом [5]. Для визначення пріоритету аналізуються тільки заголовки пакетів, що забезпечує мінімальну затримку під час аналізу.