Моделирование процесса обслуживания самоподобного трафика коммутатором второго уровня

т

Моделирование процесса обслуживания самоподобного трафика коммутатором второго уровня

Ключевые слова: мультисервисные сети, самоподобный трафик, моделирование, программная среда GPSS World, коммутатор второго уровня.

Важной особенностью современных мультисервисных сетей является неравномерная интенсивность поступления сообщений в сеть связи, что делает сетевой трафик самоподобным Проектирование телекоммуникационных сетей без учета самоподобия трафика приводит к явлению перегрузки буферных устройств коммутаторов и потере пакетов. Оценивается эффективность применения изобретения "способа и системы управления потоками при передаче данных" на мультисервисных сетях, использующих 1Р-коммутаторы. На это изобретение выдан инновационный патент № 27529, который зарегистрирован в Государственном реестре изобретений Республики Казахстан от 29.03.13. Предложенный в патенте алгоритм предварительной обработки самоподобного трафика, поступающего на стандартный 1Р-коммутатор, обеспечивает усреднение поступающего трафика, предотвращая перегрузки за счет динамического распределения объема буфера памяти между портами коммутатора. Оценка эффективности использования предлагаемого способа осуществляется путем моделирования. Фрагмент первой имитационной модели, описывающей работу восьмипортового коммутатора с распределением интервалов поступления кадров на коммутатор по закону Парето с коэффициентом самоподобия Н = 0,7 и использованием предлагаемого алгоритма обработки самоподобного трафика. При этом формируется общая память размером 184 места, т.е. максимально одна из очередей может достигать значения 200. Вторая имитационная модель описывает работу восьмипортового коммутатора при поступлении самоподобного трафика с Н = 0,9 и использовании предлагаемого способа обработки трафика. Третья имитационная модель описывает работу восьмипортового коммутатора, при этом трафик с Н=0,7 поступает на коммутатор непосредственно. В четвертой имитационной модели значение показателя Херста увеличено до Н = 0,9. На основе результатов моделирования доказано, что использование предлагаемого способа позволяет повысить показатели качества обслуживания при поступлении самоподобного трафика, обеспечивая выигрыш тем больше, чем больше значение Н.

Шувалов В.П.,

профессор Сибирского государственного университета телекоммуникаций и информатики (СибГУТИ), кафедра ПДС и М (передача дискретных сообщений и метрологии), shvp04@mail.ru

Мирзакулова Ш.А.,

старший преподаватель кафедры Алмаатинского университета энергетики и связи (АУЭС), кафедра автоматической электросвязи (АЭС) г. Алматы, miKakulova@mail.iv

На современном этапе наблюдается бурное развитие телекоммуникаций в Казахстане. Это обусловлено в первую очередь реализацией крупнейшего проекта государственного значения - строительства основного кольца Национальной информационной супермагистрали (НИСМ) со скоростью передачи 2 Гбит/с, что позволило заложить основу для создания "цифрового государства", формирования инфраструктуры "электронного правительства", а также "информационного общества". НИСМ включает в себя волоконно-оптические линии связи общей протяженностью более 11500 км, соединяющие между собой города и областные центры республики. Построена мультисервисная междугородная сеть NGN, ядром которой является пакетная IP-сеть; проведены работы по модернизации ГТС; запущены услуги широкополосного

102

доступа в Интернет; услуги IP VPN, IPTV, IP-телефония и др. Важной особенностью современной мультисервисной сети является неравномерная интенсивность поступления сообщений в сети связи, при этом характер трафика является самоподобным.

Существующие телекоммуникационные сети спроектированы, как правило, без учета самоподобия трафика, что приводит к явлениям перегрузки (congestation) и превышению допустимых значений времени задержки, оговариваемых в соглашении о качестве обслуживания. Оценивается эффективность применения "способа и системы управления потоками при передаче данных" [1] на мультисервисных сетях, использующих IP-коммутаторы. Следует заметить, что IP-коммутаторы, обладающие высокой производительностью, все чаще стали использоваться на сетях связи, вытесняя IP-маршрутизаторы.

Предложенный в [1] алгоритм обработки самоподобного трафика, поступающего на стандартный IP-коммутатор, обеспечивает усреднение поступающего трафика, предотвращая перегрузки за счет динамического распределения объема буфера памяти между портами коммутатора.

На рис. 1 представлен временной ряд: по оси абсцисс -номер индекса (количество пакетов), а по оси ординат - интервалы между пакетами части измеренного сетевого трафика, поступающего на порт (с буфером) коммутатора второго уровня, на котором видно, что плотность потока имеет нестационарный характер [2].

T-Comm #8-2014

rk

У

Т-Сотт #8-2014

103

гк

У

104

Т-Сотт #8-2014

гк

т

Выводы

Использование предлагаемого устройства позволяет повысить показатели качества обслуживания при поступлении самоподобного трафика. Выигрыш будет тем больше, чем больше значение Н.

Литература

1. Мцрзакулова Ш.А.. Балгабекова И.О., Жолмырзаев А.К. Инновационный патент №27529 на изобретение "Способ и система управления потоками при передаче пакетов данных". Заявка № 2012/0993.! от 26.09.2012 г. Зарегистрировано в Государственном реестре изобретений Республики Казахстан от 29.03.13 г,

2. Мирзахулова HI.А., Балгабекова J1.0., Жолмырзаев А.К. Исследование сетевого трафика // Журнал научных публикаций аспирантов и докторантов. - Курск, 2012, -№5, — С. 106-109.

3. Туманбаева К.Х., Мирзакулова LL1.A. Влияние самоподобно-сти поступающего трафика на величину буфера Ethernet коммутатора// Вестник КазАТК. - Алматы, 201 l.-№ 1. - С. 19-23.

4. Бражник А.II. Имитационное моделирование: возможности GPSS WORLD. - СПб. Реноме, 2006. - 439 с,

5. Шелухин ОН. Мультифрактапы. Инфокоммуникационные приложения. - М.: Горячая линия - Телеком. 2011. - 576 с.

Modeling of self-similar traffic processing by L2 switch

Shuvalov V.P., Doctor of Technical Sciences, head of'Transmission of Discrete Data and Metrology" department, "SibSUTIS", Shvp04@mail.ru Mirzakulova S.A., Senior teacher, "Automatic Electrical Communication" department "AUPET", Almaty, mirzakulova@mail.ru

Abstract

The main fact about modern multiservice networks is the irregular packet coming that makes network traffic self-similar. Without taking self-similar traffic into consideration network design brings to switch buffer overload and packet loss. In the project the author evaluates the effectiveness of the following invention: systems and methods of data transmission manage on multiservice L2 packet networks. For this work the republic of Kazakhstan granted the patent. This algorithm provides incoming data smoothing. It prevents switch from the overload due to dynamic buffer memory allocation between switch ports. Modeling is used to evaluate the algorithm usage efficiency. The first model describes the work of switch with 8 ports. Density of intervals allocation between frames for self-similar traffic is set by Pareto principal with the value of Hurst parameter H=0,7. The proposed algorithm is used in this model. The mutual memory is 184 places, so one of the queues may have maximal value of200. The second model describes the work of switch with 8 ports. Density of intervals allocation between frames for self-similar traffic is set by Pareto principal with the value of Hurst parameter H = 0,9. The proposed algorithm is used in this model. The third model describes the work of switch with 8 ports. Traffic has Hurst parameter H = 0,7 and there are no using algorithm. The fourth model describes the work of switch with 8 ports. Traffic has Hurst parameter H = 0,9 and there are no using algorithm. The authors proved the advances of the offered algorithm moreover it gives the increase in quality of service parameters for self-similar traffic in direct proportion to H parameter.

Keywords: Multiservice networks, seif-simiiar traffic, modeling, GPSS World software environment, L2 switch.

References

1. Mirzakulova SA, Baigabecova L.O. Innofative Patent № 27529 for invention "Method and System of control flow in the transmission of data packets". Application No 2012/0993.1 from 26.09.2012. Registration in the State register of innovation of the Republic of Kazakhstan from 29.03.13. 12 p.

2. The Study of network traffic. Journal of scientifie publications graduate and doctoral. Kursk, 2012. No5. Pp. 106-109.

3. Tumanbajeva K.H. Influence of self-similarity of incoming traffic on the buffer capacity of Ethernet Switch. KazATK. Almaty, 2011, No1. Pp. 19-23.

4. Brajnik AN. Simulation modeling: opportunities of GPSS World. SPb. Renome, 2006. 439 p.

5. Sheiuchin OJ. Multifractals. Infocommunnication Aplications. Moscow, 2011. 576 p.

T-Comm #8-2014 105

Рис. 7. Зависимость среднего числа требований А' в очередях коммутатора от длительности обработки / в коммутационной матрице при Н = 0,9

Л