1 глава (1219039), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Для иллюстрации того, как различные механизмы поддержки QoS могут быть использованы в стандартизованных методах обеспечения требуемых показателей качества обслуживания, мы рассмотрим два наиболее широко применяемых в настоящее время подхода при решении задачи обеспечения качества обслуживания: интегрированные (IntServ) и дифференцированные услуги (DiffServ).
Механизмы QoS в плоскости контроля
Управление допуском (Call Admission Control). Этот механизм контролирует новые заявки на пропуск трафика через сеть, определяя, может ли вновь поступающий трафик привести к перегрузке сети или к ухудшению уровня качества обслуживания для уже имеющегося в сети трафика. Обычно управление допуском построено на определенном наборе правил администрирования, контроля и управления сетевыми ресурсами.
Эти правила могут быть специфицированы в соответствии с потребностями сетевого провайдера или базироваться на соглашении между провайдером и пользователем и включать в свой состав различные параметры QoS. Для удовлетворения требований определенных служб (например, при чрезвычайных обстоятельствах), соответствующему трафику может быть присвоен высший приоритет при доступе в сеть.
Маршрутизация QoS (QoS routing) обеспечивает выбор пути, который удовлетворяет требованиям к качеству обслуживания для конкретного потока данных. Выбираемый путь может отличаться от кратчайшего пути. Процесс определения пути предполагает знание требований к качеству обслуживания со стороны потока данных и наличие информации о доступных сетевых ресурсах.
В настоящее время предложено большое число возможных методов определения наилучшего пути по критерию QoS. Как правило, в вычислениях наилучшего пути в маршрутизации QoS учитывается либо одна сетевая характеристика, либо две (производительность и задержка, стоимость и производительность, стоимость и задержка и т. д.), с тем, чтобы сделать процесс вычислений приемлемым для инженерных расчетов.
Резервирование ресурсов (Resource reservation). В целом, необходимым условием для обеспечения резервирования ресурсов является наличие ресурсов в сети. В IP-ориентированных сетях наиболее типичным механизмом резервирования является механизм, базирующийся на протоколе RSVP.
Механизмы QoS в плоскости данных
Управление буферами (Buffer management). Управление буферами (или очередями) состоит в управлении пакетами, стоящими в узлах в очереди на передачу. Основные задачи управления очередями – минимизация средней длины очереди при одновременном обеспечении высокого использования канала, а также справедливое распределение буферного пространства между различными потоками данных. Схемы управления очередями различаются, в основном, критерием, по которому отбрасываются пакеты, и местом в очереди, откуда производится сброс пакетов (начало или конец очереди). Наиболее простым критерием для сброса пакетов является достижение очередью определенного порога, называемого максимальной длиной очереди.
Более распространены сегодня так называемые механизмы активного управления очередями. Типичным примером является алгоритм RED (Random Early Detection – раннее случайное обнаружение перегрузки). При использовании алгоритма RED поступающие в буфер пакеты сбрасываются на основании оценки средней длины очереди. Вероятность сброса пакетов растет с ростом средней длины очереди.
Предотвращение перегрузок (Congestion avoidance). Механизмы предотвращения перегрузок поддерживают уровень нагрузки в сети ниже ее пропускной способности. Обычный способ предотвращения перегрузок состоит в уменьшении трафика, поступающего в сеть. Как правило, команда уменьшить трафик влияет, в первую очередь, на низкоприоритетные источники. Одним из примеров механизмов предотвращения перегрузок является механизм окна в протоколе TCP.
Маркировка пакетов (Packet marking). Пакеты могут быть промаркированы в соответствии с определенным классом обслуживания. Маркировка обычно производится во входном пограничном узле, где в специальное поле заголовка (Type of Service в заголовке IP или DS-байт в заголовке DiffServ, см. ниже) вводится определенное значение. Кроме того, маркировка применяется для тех пакетов, которые могут быть удалены в случае перегрузки сети.
Организация и планирование очередей (Queuing and scheduling). Цель механизмов этой группы – выбор пакетов для передачи из буфера в канал. Большинство дисциплин обслуживания (или планировщиков) основаны на схеме «первый пришел – первый обслуживается». Для обеспечения более гибких процедур вывода пакетов из очереди был предложен ряд схем, основанных на формировании нескольких очередей. Среди них, в первую очередь, необходимо назвать схемы приоритетного обслуживания. Другой пример гибкой организации очереди – механизм взвешенной справедливой буферизации (Weighted Fair Queuing, WFQ), когда ограниченная пропускная способность на выходе узла распределяется между несколькими потоками (очередями) в зависимости от требований к пропускной способности со стороны каждого потока. Ещё одна схема организации очереди основана на классификации потоков по классу обслуживания (Class-Based Queuing, CBQ). Потоки классифицируются в соответствии с классами обслуживания и затем размещаются в буфере в различных очередях. Каждой очереди выделяется определенный процент выходной пропускной способности в зависимости от класса, и очереди обслуживаются по циклической схеме.
Формирование трафика (Traffic shaping). Формирование или управление характеристиками трафика предполагает контроль скорости передачи пакетов и объема потоков, поступающих на вход сети. В результате прохождения через специальные формирующие буферы уменьшается пачечность исходного трафика, и его характеристики становятся более предсказуемыми.
Правила обработки трафика (Traffic policing). Этот блок принимает решение о том, соответствует ли поступающий от транзитного узла к транзитному узлу трафик заранее согласованным правилам обработки или контрактам. Обычно несоответствующие пакеты отбрасываются. Отправители могут быть уведомлены об отброшенных пакетах и обнаруженных причинах, а также о соблюдении соответствия в будущем, обусловленного соглашениями SLA.
Классификация трафика (Traffic classification). Классификация трафика может быть проведена на потоковом или пакетном уровне. На входе в сеть в узле доступа (пограничном маршрутизаторе) пакеты классифицируются для того, чтобы выделить пакеты одного потока, характеризуемого общими требованиями к качеству обслуживания. Затем трафик подвергается процедуре нормирования (механизм Traffic Conditioning). Нормирование трафика предполагает измерение его параметров и сравнение результатов с параметрами, оговоренным в контракте по трафику, известному как соглашение об уровне обслуживания (Service Level Agreement, SLA). Если условия SLA нарушаются, то часть пакетов может быть отброшена. Магистральные маршрутизаторы, составляющие ядро сети, обеспечивают пересылку пакетов в соответствии с требуемым уровнем QoS.
Механизмы QoS в плоскости административного управления
Измерения (Metering). Измерения обеспечивают контроль параметров трафика – например, скорость потока данных в сравнении с согласованной в SLA скоростью. По результатам измерений могут быть реализованы определенные процедуры – такие, как сброс пакетов и применение механизмов Leaky Bucket и Token Bucket.
Заданные правила доставки (Policy). Под правилами доставки здесь понимается набор правил, используемых для контроля и административного управления доступом к сетевым ресурсам. На основе таких правил поставщики услуг могут осуществлять реализацию механизмов в плоскости управления и плоскости данных. Возможными применениями правил доставки являются маршрутизация по заданным правилам, фильтрация пакетов на основе заданных правил (маркировка или отбрасывание пакетов), регистрация заданных потоков, правила обработки, связанные с безопасностью.
Восстановление трафика (Traffic restoration). Под восстановлением трафика в данной рекомендации понимается реакция сети, смягчающая последствия в условиях отказа. Восстановление трафика рассматривается на различных уровнях эталонной модели процессов. На физическом уровне при использовании SDH надежность обеспечивается автоматической защитной коммутацией. На канальном уровне транспортных сетей восстановление трафика обеспечивается специальными механизмами, развитыми для кольцевых и ячеистых структур.
Соглашение об уровне обслуживания (Service Level Agreement). Одним из основных понятий в концепции обеспечения требуемого уровня качества обслуживания в современных сетях является соглашение об уровне обслуживания [7].
1.3 Стек протоколов беспроводных мультимедиа сенсорных сетей
При передаче мультимедийных данных по БСС необходимо реализовать надёжные протоколы, поскольку потеря даже небольшой доли передаваемых данных может стать критичной при воспроизведении. При построении БСС основным стандартом канального и физического уровней является стандарт IEEE 802.15.4 MAC/PHY. На сетевом уровне в большинстве случаев используется стандарт ZigBee [8].
Спецификация ZigBee предусматривает передачу информации в радиусе от 5 до 75 метров с максимальной скоростью 250 кбит/с. За стандартом ZigBee закреплены 27 каналов в трех частотных диапазонах – 2.4 ГГц, 915 МГц и 868 МГц. Максимальная скорость передачи данных для этих эфирных диапазонов составляет соответственно 250 кбит/с, 40 кбит/с и 20 кбит/с. В сущности, ZigBee — это не один протокол: спецификация ZigBee [ZigBee Alliance Std., 2007] регламентирует стек протоколов, в котором протоколы верхних уровней используют сервисы, предоставляемые протоколами нижележащих уровней. В качестве двух нижних уровней (физического уровня PHY и уровня доступа к среде MAC) используется стандарт IEEE 802.15.4 [IEEE Std. 802.15.4, 2003]. MAC-уровень в сети ZigBee реализует механизм CSMA-CA (прослушивания несущей и устранения коллизий), сетевой уровень (NWK) ответственен за маршрутизацию сообщений, а уровень APS (поддержки приложений) обеспечивает интерфейс с уровнем приложения [9].
1.4 Методы оценки параметров качества обслуживания на беспроводных мультимедиа сенсорных сетях
При передаче данных по беспроводным мультимедиа сенсорным сетям важно верно оценить параметры качества обслуживания, используя алгоритмы, удовлетворяющие ограничениям ресурсов узлов и требованиям приложений, зависящим от сферы применения. Например, для телемедицины [10] точность доставки играет более существенную роль, чем суммарная средняя задержка или джиттер, тогда как для IP-телефонии джиттер и задержка являются ключевыми характеристиками и должны быть минимизированы [11].
При оценке параметров QoS исследователи рекомендуют использовать разнообразные методы распознавания образов, которые позволят эффективно расходовать ресурсы узлов и решить задачу, учитывая комплекс значений характеристик условий передачи данных. Очевидно, при использовании беспроводной телекоммуникации возможны потери пакетов данных, «зашумление» изображений, задержка получения информации вследствие низкой скорости передачи. Затем при получении данных пользователем необходимо их обработать: избавить от помех, определить движущиеся объекты, сделать изображения более контрастными, выделить контуры, и т.п. При этом при сильных помехах в радиоканале часть изображения вообще может отсутствовать. [11,12].
Методы распознавания образов можно разделить на две группы: во-первых, алгоритмы распознавания и классификации объектов на изображении в аудио и видео-потоках (алгоритмы кластеризации, методы компьютерного зрения), во-вторых, методы, используемые для классификации экспериментальных данных, которые включают статистические методы (метод опорных векторов, нейронные сети, статистические методы, такие как, правило 3σ, доверительные интервалы, средневзвешенные оценки параметров) [13, 14, 16].
1.4.1 Метод опорных векторов (SVM)
Одним из достаточно активно развивающихся методов классификации является SVM (Support Vector Machines) – «машины опорных векторов».
SVM – это семейство алгоритмов, применяемых в задачах классификации и регрессии, основанных на теории минимизации структурного риска В. Вапника.
Алгоритмы SVM - набор схожих алгоритмов обучения с учителем, использующихся для задач классификации и регрессионного анализа, принадлежит к семейству линейных классификаторов. Особым свойством метода опорных векторов является непрерывное уменьшение эмпирической ошибки классификации и увеличение зазора, поэтому метод также известен как метод классификатора с максимальным зазором [17, 18].
В основе методов этой группы лежит построение гиперплоскости в евклидовом пространстве RN, разделяющей обучающее множество Х векторов признаков на два класса. При использовании SVM выделяют две стадии: стадию обучения и стадию классификации. На первом этапе строится разделяющая гиперплоскость на основе обучающих данных. На стадии классификации алгоритм для любого входного объекта решает, к какому классу следует его отнести.
В общем виде пространство исходных признаков Х может быть разделено на два класса, как линейной гиперплоскостью, так и нелинейной. В свою очередь по степени разделимости данных линейной гиперплоскостью выделяют SVM с жёсткой и мягкой границей [18].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
