Автореферат (Методы динамического управления пропускной способностью в многоканальных мультисервисных сетях абонентского доступа), страница 4

Абонентская емкость k̄ определена как отношение количества обслуживаемых потоков, усредненное за время работы сети T , к пропускной способности B:k̄ =1T∫T0N (t)dt,Bгде функция N (t) равна количеству передаваемых потоков в момент t.В работе выполнен расчет абонентской емкости и доли отказов в обслуживании для предложенного метода динамического управления пропускной способностью, а также проведено сравнение с существующими методами - интегрированным и дифференцированным обслуживанием. Расчетпроведен для сети абонентского доступа с древовидной топологией, пропускная способность которой задана множеством кривых обслуживаниядля составляющих ее узлов коммутации. К листьям дерева сети подключены N абонентов, к вершине дерева - мультимедийный сервер и контроллер сетевых ресурсов. Поток запросов на установление мультимедийной18.началополучение запросана резервированиесоздание спискавлияющих потоковсоздание спискавлияющих потоковвыбор следующегопотокавыбор следующегопотокавычислениепараметров QoSвычислениепараметров QoSнарушениеQoS?давысокаяскорость?нетнетнетпоследнийпоток?данетпоследнийпоток?понижениеуровня скоростидадаотказ вобслуживанииизменение уровняскоростирезервированиевосстановлениеконецРис.

8. Алгоритм динамического резервирования сетевых ресурсовсессии от j-го абонента задан последовательностью времен подачи запросов {τij } и последовательностью длительностей запросов {lij }, где i - номерзапроса. Распределение времен между окончанием обслуживания запросаи передачей следующего запроса подчиняется экспоненциальному закону.Каждый абонентский запрос принимается только в том случае, если прирезервировании необходимой пропускной способности не нарушаются гарантии QoS других передаваемых потоков. С помощью предложенного ранее алгоритма резервирования контроллер сетевых ресурсов принимает решение о выполнении запроса, а также осуществляет регулирование скоростей потоков в зависимости от загруженности сети. Абонентская емкость190.20×10−42.52.0Интегр. обслуж-иеДиффер. обслуж-иеДинамическоедиффер.

обслуж-ие0.15Доля отказовАбонентская емкость, с/бит3.01.51.0Интегр. обслуж-иеДиффер. обслуж-иеДинамическоедиффер. обслуж-ие0.100.050.50.00.00.20.40.60.000.00.81.0Максимальное количество потоков×1040.20.40.60.81.0Максимальное количество потоков×104(а)(б)Рис. 9. Сравнение методов динамического управления пропускной способностью:а) абонентская емкость; б) доля отказов в обслуживаниирассчитана по следующей формуле:∫ ∑ ∑1 Tk̄ =T0ijBϕj (τij ) · lij,где функция ϕj (t) равна единице в те моменты времени, когда производится обслуживание запроса от j-го абонента и нулю - во все остальные моменты.

При расчете использованы регулируемые мультимедийные потоки,представляющие типичные для мультисервисных сетей доступа виды трафика, такие как фильмы, спортивные соревнования, новости и др. ЗначенияPSNR для различных уровней скорости каждого потока находятся в диапазоне 30-40 дБ. Каждый уровень скорости характеризуется динамическойкривой поступления. В результате расчетов установлено, что при скоростяхпередачи коммутаторов сети в диапазоне от 10 Мбит/с до 1 Гбит/с разработанный метод управления пропускной способностью обеспечивает повышение абонентской емкости на 30-70 процентов и понижение доли отказовна 25-65 процентов по сравнению с существующими методами.Показано, что при количестве предоставляемых потоков больше 6000метод динамического дифференцированного обслуживания превосходитпо абонентской емкости существующие методы интегрированного и дифференцированного обслуживания в 1.4 раза и 4.4 раза соответственно (рис.9а).

Сравнение по абонентской емкости проведено для нескольких видео20ДифференцированноеобслуживаниеДинамическоедифференцированноеобслуживаниеДоля кадров Абонентская Доля кадров Абонентскаяемкость,с нарушениемемкость,Видео-поток с нарушением−4QoSс/бит ×10QoSс/бит ×10−4Фильм 1Фильм 2Фильм 3СпортРекламаМузыкальныйклип0.000010.000010.000020.000020.000011.52.21.81.72.10.000010.000020.000020.000010.000022.22.52.32.02.50.000012.20.000012.6Таблица 1. Сравнение предложенного метода с методом дифференцированногообслуживания для различных видео-потоковпотоков (Таблица 1), представляющих типичные для мультисервисных сетей виды трафика.С помощью моделирования в среде ns-3 определено количество нарушений гарантий качества обслуживания.

Для этого собрана схема, аналогичная той, что использована во второй главе, и состоящая из модулейBridgeNetDevice, объединенных в древовидную топологию. На вход сетибыли поданы те же регулируемые мультимедийные потоки, что и при расчете абонентской емкости. При этом была оставлена только та часть потоков, которая была принята к обслуживанию контроллером сетевых ресурсов. Последовательность уровней скорости для каждого потока определенав соответствии с предложенным алгоритмом резервирования. С помощьювстроенных трассировщиков ns-3 произведено измерение задержек передачи и длин очереди для каждого мультимедийного потока. Установлено, чтопри использовании разработанного метода управления пропускной способностью доля пакетов с нарушениями гарантий QoS не превышает установленное допустимое значение.В четвертой главе разработана методика внедрения динамическогодифференцированного обслуживания в существующие мультисервисныхсети абонентского доступа.

Для этого предложен комплекс дополнений к21существующим проколам сетевого управления, а также разработана программная реализация контроллера сетевых ресурсов в среде NumPy. Областью применения методики являются сети доступа на основе Ethernetтехнологий, предоставляющие абонентам IP-телевидение и услугу «видеопо запросу». Управление сетью и передача данных осуществляется с помощью IP-протоколов, таких как RTP (Real-time Transport Protocol), IGMP(Internet Group Management Protocol) и RTSP (Real Time Streaming Protocol).В работе предложено расширение протокола автоматического определения топологии сети LLDP (Link Layer Discovery Protocol), позволяющееопределять пропускную способность каждого маршрута в условиях меняющейся структуры сети доступа. Для этого каждый коммутатор сети производит периодическую рассылку LLDP-пакетов, содержащих параметрыкривых обслуживания, которые характеризует пропускную способность,предоставляемую каждому классу передаваемого трафика.

При изменениитопологии контроллер сетевых ресурсов производит сбор этих параметров с помощью протокола сетевого управления SNMP (Simple NetworkManagement Protocol). Расчет кривой обслуживания всего маршрута доставки производится с помощью свойства конкатенации кривой обслуживания.Разработано расширение протокола резервирования сетевых ресурсовRSVP (Resource Reservation Protocol), необходимое для реализации динамического дифференцированного обслуживания. Запрос на резервирование отправляется мультимедийным сервером при установке соединения сабонентом. Для передачи характеристики регулируемого потока разработан новый формат RSVP-запроса, называемый динамическим дескриптором трафика TDSpec. Данный дескриптор содержит параметры динамической кривой поступления для каждого уровня качества передаваемого потока.

RSVP-запрос отправляется контроллеру сетевых ресурсов, которыйпринимает решение о допуске нового потока на основании рассчитанныхзначений параметров QoS. В случае отказа контроллер сетевых ресурсовотправляет сообщение об ошибке ResvErr мультимедийному серверу, который в свою очередь разрывает соединение с абонентом. Для подтверждения успешного резервирования разработан новый формат RSVP-запроса,называемый дескриптором динамического резервирования RDSpec. Данный дескриптор включает в себя идентификатор уровня качества, позволяющий мультимедийному серверу выбрать для передачи нужный поток.Если для установки нового соединения необходимо освобождение части за22Рис. 10. Пример оборудования сетей мультисервисного абонентского доступанятой пропускной способности, контроллер сетевых ресурсов может понижать качество представления других обслуживаемых потоков с помощьюотправки соответствующих дескрипторов RDSpec.Разработана программная реализация контроллера сетевых ресурсов наязыке Python с использованием библиотеки для матричных вычисленийNumPy.

Программа состоит из двух частей. Первая часть производит расчет параметров динамической кривой поступления для предоставляемыхабонентам видео-потоков. Исходными данными для расчета является последовательность времен передачи видео-кадров, последовательность размеров кадров, а также ожидаемая пропускная способность канала передачиданных.

Параметры кривой обслуживания выбираются таким образом, чтобы обеспечить как можно большее количество передаваемых потоков приполном заполнении канала. Для этого используется метод, разработанныйво второй главе. Первая часть программы может использоваться автономноот сети доступа для формирования дескрипторов TDSpec мультимедийныхпотоков.Вторая часть программы осуществляет контроль доступа и регулирование скорости передаваемых мультимедийных потоков.

Для этого программа поддерживает базу данных, содержащую информацию о коммутаторах сети доступа, а также об уже установленных мультимедийных сессиях. В качестве входных данных программа принимает дескриптор TDSpec имаршрут передачи некоторого потока. Далее по методу, описанному в главе3, принимается решение о допуске или недопуске в сеть этого потока и возвращается список соединений, для которых необходимо изменение уровняскорости.