К вопросу выбора аналитической модели функционирования звена сети следующего поколения

7 декабря 2011 r. 17:01

ТЕХНОЛОГИИ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЩЕСТВА

К вопросу выбора аналитической модели функционирования звена сети следующего поколения

Рассматривается математическая модель звена сети следующего поколения с учетом мультисервисного характера трофика Приводится выражение для стационарного распределения вероятностей состояний исследуемой системы, которое позволяет получить ее основные вероятностно-временные характеристики.

Подольский Д.В.,

аспирант кафедры АЭС МТУ СИ

Особенностями мультусереисных сетей следующего поколения является налкмие не одного видо, как в традиционных сетях, а некоторого конечного множества видов трафика, создаваемого пользователями. Это множество видов трафика образует профиль трафика.

Учитывая эту особенность сетей следующего поколения, важнейшим вопросом при их проектировании, обслуживании и эксплуатации является решение задачи по обеспечению определенного заданного качества обслуживания для разл^ных видов трафика, обслуживаемых сетью. Принимается, что если трафик от различных по своему характеру источников неразличим сетью и обслуживаются единообразно, то в этом случае качество обслуживания, которое обеспечивает сеть для любого вида трафика, определяется как максимально доступное в момент обслуживания (Best Effort) [1 ]. В этом случае можно говорить о некоторой обобщенной величине показателя качества обслуживания, которая не учитывает разнородность источников нагрузки, а следовательно, и главное свойство мульти-сервисной сети. Мультисервисная сеть должна обеспечивать ресурсами каждый тип пользователей в соответствии с предъявляемыми запросами этого типа пользователя. В этом выражается понятие качества обслуживания пользователей для мультисервисной сети.

В общем случае любая мультисервисная сеть может быть охарактеризована собственным профилем трафика и соответствующими видами его обслуживания. Параметр, характеризующий качество обслуживания в сетях NGN, таким образом, может быть выражен в вцде функциональной зависимости от профиля трафика:

QoS = /(профиль трафика).

in

Для обеспечения заданных показателей качества обслуживания для различных видов трафика в мультисервисной сети должны присутствовать механизмы, которые определяют, к какому виду можно отнести поступающий от источника трафик и обеспечивают качество обслуживания в соответствии с видом трафика.

Таким образом, в мультисервисной сети для предоставления сервиса с гарантированным уровнем качеством обслуживания должны быть решены следующие две основные задачи, Это, в первую очередь, задача по сортировке поступающего трафика таким образом, чтобы было возможно обрабатывать одни виды трафика отлично от других. Вторая задача выражается в предоставлении сетевых ресурсов трафику в соответствии с его видом, который определяет требования к качеству обслуживания [2].

Мультисервисный трофик в сети следующего поколения можно условно разделить на три базовых класса: потоковый трафик, элос-тичный трафик, требующий гарантированной пропускной способности и эластичный трафик, не требующий гарантированной пропускной способности.

Для обслуживания разл^ных классов трафика с различными требованиями к сетевым ресурсам в сетях следующего поколения применяются механизмы управления уровнем качества обслуживания. Наибольшее распространение получил механизм дифференцированного обслуживания DiffServ, согласно которому виды обслуживания трафика делятся в соответствии с классами трофика:

• Expedited Forwarding (EF) — трафик, не допускающий задержки в обслуживании, т.е. требующий немедленной передачи пакетов.

• Assured Forwarcfcng (AF) — трафик, при обслуживании которого требуется гарантированное качество доставки пакетов.

• Best Effort (BE) — трафик, при обслуживании которого приемлемым является максимально доступное на данный момент на сети качество обслуживания.

Для оценки ресурсов, требуемых для поддержания заданного уровня качества обслуживания в сети следующего поколения, сначала рассмотрим звено сети. Функциональная структура звена приведена на рис 1 [2]. Под звеном мы будем понимать, с одной стороны, узел доступа к сети, а с другой стороны — направление передачи к другому (одному) узлу. Маркированный трофик поступает на узел, который анализирует заголовки пакетов и классифицирует их в соответствии с алгоритмом агрегированного резервирования ресурсов [3]. Согласно этому алгоритму пакеты одного класса обслуживаются по единой PH В (per Hop Behavior) политике в соответствующих очередях. Распределение ресурсов звена (пропускной спо-

Входящие пакеты 0 00

Классификатор

входящих

пакетов

Буферные

накопители

1ланировшик

Исходящий порт

fVc. 1. Функциональная структура звена сети следующего поколения

T-Comm, #7-2010

43

ТЕХНОЛОГИИ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЩЕСТВА

пэ-

Рис 2. Модель эвена сети следующего поколения

собности) в исходящем направлении между различными классами трафика осуществляется согласно механизму резервирования ресурсов планировщика.

Поскольку рассматриваемый объект является функционально комплексной системой, то для ее описания в качестве инструмента для построения аналитической модели функционирования воспользуемся теорией сетей массового обслуживания (СеМО) (4]. На рис. 2 приведена модель звена сети следующего поколения, представленная в терминах теории сетей массового обслуживания.

Как видно из рис 2, модель включает классификатор, который сортирует поступающие пакеты по очередям в соответствии с классом пакета, очередей, в которых хранятся заявки соответствующего класса (AF, EF, BF), и планировщика, распределяющего ресурсы исходящего канала между поступающими пакетами различных классов в соответствии с заданной дисциплиной обслуживания.

Для данного исследования примем допущение о том, что время поступления пакетов и время обслуживания пакетов подчиняются экспоненциальному распределению.

Поступающие на узел пакеты вначале попадают в классификатор с буферной памятью емкости где определяется класс трафика пакета. Классификатор распределяет пакеты по очередям в зависимости от класса трафика. Каждая очередь для класса трафика (EF, AF, BF) »**еет буфер, с емкостями , Кдр и Rgj соответственно. Из очереди пакеты попадают на вход планировщика. Планировщик анализирует доступные ресурсы в системе и принимает решение о порядке обслуживания пакетов. Планировщик также обладает собственной памятью емкостью R^.

Исследуемая система может быть представлена с помощью неоднородной открытой сети массовою обслуживания, состоящей из N=5 узлов с дисциплинами обслуживания НЮ (first In First Out) и PS (Processor Sharing), с заданным множеством классов сообщений и маршрутной матрицей. В рассматриваемой сети массового обслуживания узлами с дисциплиной обслуживания FIFO моделируются: работа классификатора, в том числе ожидание пакетов в очередях на обслуживание EF, AF и BF Узел, моделирующий планировщик, реализует дисциплину обслуживания PS.

Указанные параметры системы позволяют отнести ее к клоссу ВСМР-сетей (название класса сетей образовано от первых букв фамилий его авторов Basket F, Chandy К., Muntz R., Palacios F), стационарные вероятности состояний которых имеют мультипликативную форму [4]. Следовательно, для построения модели и расчета показателей качества обслуживания можно воспользоваться методами расчета ВСМР-сетей.

Маршрутная матрица или матрица переходов Р = [Р1Г ,л J

определяет марковскую цепь, в которой состояния отмечаются парами (/,г), где і и / определяют номер узла, а ги 5 — класс заявки. В рассматриваемой системе существует три класса заявок. Так как после поступления в систему заявка не меняет своего класса, то при г/5 Рі.г.)л =^» следовательно, можно записать Р,,іл

Для заявки класса г примем что Ь \ ^ ^ дг і является решением системы уравнений:

где ен — определяет относительную интенсивность потока сообщений клосса г, проходящего через *-ый узел сети, а Рр— вероятность того, что входящие из внешнего источника сообщение поступит в \-ый узел сети и станет сообщением класса г [5].

Если сеть открытая, то процесс поступления заявок не зависит от состояния системы и оно определяется исключительно числом заявок в каждом из узлов сети, т.е. каждое состояние описывается вектором 5 = (л,,л2....п„ ), где п — число заявок в /-ом узле, оЫ—

число узлов в сети. Тогда стационарное распределение вероятностей состояний сети определяется выражением [6]:

Pi S) = Cd( S )/i, (w, )h:(n: ).../iv( ns).

где С— нормировочный коэффициент, d(S) — функция полного числа заявок в системе, а Ь{п) — функции, определяющие тип обслуживания в ьом узле.

Для узлов с дисциплиной обслуживания FIFO:

*«#•)'П^7

Для узлов с дисциплиной обслуживания PS:

15}

Вычисление нормирующего коэффициента требует сумА^рова-ния выражения для стационарных вероятностей по всем возможным состояниям. Поскольку в нашем случае сеть открытая, то любое число заявок возможно в любом ее узле. Следовательно:

с X ГКл<",>

(6}

44

T-Comm, #7-2010