Исследование механизма туннелирования мультимедийного трафика в сети MPLS

• Автор: Гольдштейн, Александр Борисович
• Шифр специальности: 05.12.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 128 с.

Глава 1. Проблемы качества обслуживания в сетях следующего
поколения
1.1. Эволюция концепции QoS в телефонии
1.2. IP-телефония и качество обслуживания
1.3. Сквозная модель QoS и предпосылки технологии MPLS
1.4. Определение задач исследования
Выводы по главе 1
Глава 2. Вероятностно-временные характеристики туннелирования в 31 сети MPLS
2.1. Технология MPLS как объект исследования
2.2. Модель последовательных очередей
2.3. Анализ размеров пачек в модели MPLS
2.4. Аппроксимация длины пачки в MPLS
2.5. Время пребывания пакета в туннеле MPLS (
Выводы по главе 2
Глава 3. Эффективная организация туннелей в сети MPLS
3.1. Эффективные стратегии в сети MPLS
3.2. Критерий эффективности организации LSP-туннеля
3.3. Сравнение наличия и отсутствия LSP-туннеля
3.4. Алгоритм принятия решения о создании LSP-туннеля
3.5. Численные примеры
Выводы по главе 3
Глава 4. Инженерные аспекты туннелирования в MPLS
4.1. Два уровня обеспечения QoS в сети MPLS
4.2. Алгоритм назначения меток
4.3. Анализ области применения в NGN и Softswitch
4.4. Анализ области применения в NGN и доступ
Выводы по главе 4
Заключение
Библиографический список использованной литературы
Приложение 1. Статистическая модель
Приложение 2. Акты о внедрении результатов

Актуальность исследований. Состав трафика, передаваемого по сетям связи, серьезно изменился за последние годы. Сегодняшние сети связи используются для передачи речи, прослушивания музыки, просмотра видеоклипов, организации мультимедийной конференц-связи, обеспечения мобильности абонентов, управления в режиме on-line, сетевых игр и других приложений в реальном масштабе времени. Интернет-протокол (1Р), который первоначально создавался для передачи дейтаграмм, представлялся непригодным для обслуживания трафика в реальном времени из-за того, что каждый пакет в потоке данных маршрутизируется независимо и такие параметры функционирования, как пропускная способность, задержка и вариации задержки, меняются в весьма широких пределах. К тому же на трафик реального времени перегрузки оказывают отрицательное влияние в гораздо большей степени, чем на трафик данных.
По мере интенсификации попыток использовать пакетные сети для обслуживания трафика реального времени появилась необходимость каким-то образом гарантировать качество обслуживания QoS (Quality of Service), создавать средства для того, чтобы в периоды перегрузки 1Р-сети трафик реального времени не был затронут или, по крайней мере, получил бы более высокий приоритет, чем остальной трафик.
Для обеспечения гарантированного качества обслуживания трафика реального времени были созданы самые разнообразные механизмы и протоколы IntServ, DiffServ, RSVP, MPLS, среди которых наибольшее развитие получила технология многопротокольной коммутации по меткам - Multiprotocol Label Switching (MPLS). Происходящее сегодня активное внедрение MPLS доказывает актуальность темы данной диссертационнй работы и построение в ее рамках функциональной и аналитической моделей механизма туннелирования в технологии MPLS, изучения
процессов поведения IP-пакетов в туннелях MPLS, анализа характеристик обеспечения качества обслуживания VoIP с помощью туннелей и поиска правил эффективной организации туннелей.
Цель и задачи исследования. Цель диссертации состоит в анализе вероятностно-временных характеристик (ВВХ) механизма туннелирования в сети MPLS для обеспечения заданного качества обслуживания мультимедийного трафика и разработке алгоритма эффективной организации туннелей в сети MPLS на основании данного анализа.
Поставленная цель определила необходимость решения следующих основных задач:
• разработка аналитической модели механизма туннелирования в сети MPLS;
• исследование эффектов сцепления пакетов в пачки и фрагментации пачек пакетов в туннеле;
• анализ ВВХ для туннеля MPLS, определение математического ожидания размера пачки пакетов в туннеле MPLS,
• расчет ВВХ пребывания пакета в туннеле,
• сравнительный анализ ВВХ пакета в сети MPLS с организацией туннеля и без использования механизма туннелирования;
• разработку алгоритма эффективной организации туннеля в сети MPLS.
Методы исследования. Сложность даже упрощенного математического описания качества обслуживания (QoS) для трафика IP-телефонии не позволяет решать задачи исследования в рамках единственного метода анализа. Основным математическим аппаратом в работе является теория массового обслуживания, с помощью которой разрабатывается модель последовательных очередей для механизма туннелирования в MPLS. При ее исследовании наряду с теорией массового обслуживания применялись
которое означает, что в условиях утверждения 3 время обслуживания первого пакета пачки, прикрепляющейся к предыдущей пачке, должно быть меньше, чем время обслуживания первого пакета идущей впереди пачки.
Утверждение 3 является ключевым для рассмотрение модели туннелирования MPLS, на основании которого попробуем вычислить длину пачки (и, соответственно, период непрерывного обслуживания) в произвольном узла п сети MPLS. Для этого формулируются утверждения 4 и

2.3. Анализ размеров пачек в модели MPLS
Доказанные в предыдущем параграфе три утверждения позволяют
определить размер пачки в схеме туннелирования для произвольного узла
сети MPLS. Сделаем это также в виде утверждения.
Утверждение 4. Для представленной на рис.2.3 модели туннелирования MPLS средняя длина пачки к узла п (п>2), выраженная в числе пакетов Кп определяется через среднюю длину пачки в узле п-1 следующим образом
К„ = К„.1 + -^- (2.16)

Логика при формулировки этого утверждения базируется на известном результате для простейшей системы типа М/М/1, которая соответствует первому узлу представленной на рис.2.3 системы и для которой среднее число пакетов К], обрабатываемых без прерывания на первом узле, определяется согласно Клейнроку [23]:
Kl = 1 + -£- (2.17)

Собственно говоря, добавление этого известного результата для системы М/М/1 к рассуждениям, приведенным при доказательстве утверждения 3 и формулы (2.14), позволяет легко доказать утверждение 4, а описанная при доказательстве утверждения 3 ситуация полностью иллюстрирует и утверждение 4. Таким образом, на каждом узле, начиная с третьего, среднее