Методы управления трафиком в наземно-воздушных сетях связи

• Автор: Войткевич, Константин Леонидович
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 375 с.

Содержание
Введение

1. Наземновоздушные сети и методы управления трафиком.

1.1. Архитектура служб АТМ, параметры трафика и качества обслуживания.

1.2. Управление потоками и контроль перегрузок в АТМсетях.

1.2.1. Функции управления потоком и контроля перегрузок.

1.2.2. Общая характеристика схем и протоколов, реализующих функции управления потоком и контроля перегрузкой.

1.3. Методы маршрутизации виртуальных соединений.

1.4. Управление АВЯ трафиком.

1.4.1. Параметры АВЯ службы.

1.4.2. Обзор методов управления перегрузками АВ трафика.

1.4.2.1. Протокол быстрого резервирования.
1.4.2.2. Протокол управления скоростью на основе измерения задержки.
1.4.2.3. Обратное точное уведомление о перегрузке.
1.4.2.4. Ранний отброс пакетов.
1.4.2.5. Схемы, основанные на методе кредитов.
1.4.2.6. Схемы, основанные на управлении скоростью.
1.5. Методы управления трафиком в воздушной сети.
Выводы.
2. Оптимальная маршрутизация СВЯ соединений.
2.1. Цели алгоритмов маршрутизации. Последовательная, глобальная маршрутизация и их взаимосвязь.
2.2. Критерии оптимизации.
2.3. Алгоритм последовательной маршрутизации.
2.3.1. Алгоритмы поиска кратчайших путей.
2.3.1.1. Алгоритм Дийкстры.
2.3 Л .2. Алгоритм БеллманаФорда.
2.3.1.3. Алгоритм Флойда.
2.3.1.4. Алгоритм ВелманаШимбела.
2.3.1.5. Алгоритм Филлера.
2.3.1.6. Модификации алгоритма Дийкстры.
2.3.2. Максминные и минмаксные пути.
2.3.2.1. Модифицированный алгоритм Дийкстры. Минмаксный вариант.
2.3.2.2. Модифицированный алгоритм Дийкстры. Максминный вариант.
2.3.3. Алгоритм с минимальной вероятностью отказа для следующего требования.
2.3.3.1. Постановка задачи.
2.3.3.2. Описание алгоритма.
2.3.3.3. Численный пример.
2.3.4. Алгоритмы выбора пути минимальной стоимости.
2.3.5. Алгоритм минимального приращения стоимости.
2.4. Имитационная модель алгоритмов последовательной маршрутизации. Сравнительный анализ.
2.4.1. Описание алгоритма имитационной модели.
2.4.2. Оценка точности результатов моделирования.
2.4.3. Результаты моделирования последовательной маршрутизации.
2.5. Глобальная маршрутизация.
2.5.1. Краткий обзор современных методов и перспективных подходов в комбинаторной и целочисленной оптимизации.
2.5.2. Алгоритмы нахождения первоначального допустимого решения.
2.5.2.1. Жадный алгоритм.
2.5.2.2. Итерационный алгоритм Мину.
2.5.3. Алгоритмы глобальной оптимизации.
2.5.3.1. Метод релаксации Лагранжа.
2.5.3.1.1. Субградиентный метод.
2.5.3.1.2. Метод генерации столбцов.
2.5.3.2. Метод переброса потока МПП.
2.5.3.2.1. Математическая постановка задачи.
2.5.3.2.2. Алгоритм первоначального распределения АПРМПП.
2.5.3.2.3. Алгоритм варьирования путей АВПМПП.
2.5.3.3. Алгоритм с минимальным числом прыжков.
2.5.3.4. Метод вектора спада.
2.5.3.4.1. Формальное описание алгоритма.
2.5.3.4.2. МВС применительно к задаче глобальной маршрутизации.
2.5.3.5. Алгоритм локального поиска.
2.5.4. Нижние границы целевой функции.
2.5.4.1. Алгоритм вычисления нижней границы для минмаксного критерия методом субградиента.
2.5.4.2. Алгоритм вычисления нижней границы для стоимостного критерия.
2.5.5. Использование потоковых непрерывных моделей для решения
задач оптимальной маршрутизации СВЯсоединений.
2.5.5.1. Пошаговое описание алгоритма.
2.5.5.2. Численные результаты.
2.6. Экспериментальные результаты исследования глобальной маршрутизации.
2.6.1. Сравнительный анализ критериев глобальной оптимальной маршрутизации.
2.6.2. Экспериментальные результаты с использованием МПП.
2.6.2.1. Оценка сложности и быстродействия МПП.
2.6.3. Экспериментальные результаты с использованием МВС.
2.6.4. Исследование взаимосвязи критериев оптимальной глобальной маршрутизации с вероятностью отказа в соединении.
2.6.4.1. Критерий максимального порога.
2.6.4.2. Сравнительный анализ критериев максимального порогаи минимальной стоимости.
2.7. Моделирование комбинированного применения методов последовательной маршрутизации и глобальной оптимизации.
2.7.1. Экспериментальные результаты.
2.8. Схема реализации централизованной адаптивной маршрутизации. 9 Выводы.
3. Модели систем управления перегрузкой АВЯ трафика с использованием схем регулирования с обратной связью.
3.1. Модель сети.
3.2. Характеристики системы управления перегрузкой с контролем длины очереди при скачкообразном изменении скорости возмущающего трафика.
3.2.1. Релейный закон изменения скорости источника.
3.2.2. Предиктор Смита.
3.3. Характеристики системы управления перегрузкой при линейном изменении скорости возмущающего трафика.
3.4. Управление перегрузкой с использованием комбинированной
схемы регулирования скорости с прямой и обратной связями.
3.5. Характеристики системы управления перегрузкой с контролем скорости.
Выводы.
4. Управление трафиком в авиационных радиосетях.
4.1. Марковская модель многоканальной системы с синхронным множественным доступом.
4.1.1. Стационарные характеристики.
4.2. Методы случайного распределения потоков в радиосетях с параллельными каналами.
4.2.1. Постановка задачи оптимального случайного распределения потоков в многоканальной системе.
4.2.2. Распределение потоков в однородной системе.
4.2.3. Распределение потока по неоднородным каналам.
4.3. Методы случайного распределения информационных потоков в каналах землявоздух.
4.4. Методы детерминированного распределения информационных потоков.
Выводы.
Заключение
Литература


Существуют различные варианты категоризации трафика, основанные
на различных требованиях к полосе и качеству доставки ячеек табл. Классификация трафика может быть выполнена как с помощью разделения полосы, так и путем использования приоритетов. Функции управления потоком и контроля перегрузок. Основные функции, реализуемые методами УП и КП, рассмотренными ниже, представлены на рис. В настоящее время все функции УП реализуются двумя категориями методов превентивными и реактивными. С помощью реактивных мегодов происходит восстановление работоспособности сети после того, как произошла перегрузка. Рассмотрим эти две категории более подробно. Реактивные методы УП. Реактивные механизмы могут быть полезными для АТМсетей, характеризующихся длительными перегрузками. Например, для сетей, поддерживающих интерактивные службы 8. В 6,7 обсуждается механизм УП, основанный на обратной связи, который называется явное извещение о перегрузке xii i iii . Другой допустимой возможностью применения реактивных механизмов является выполнение их в интерфейсе между пользователем и сетью 9. Таблица 1. Класс с очень строгими требованиями по потерям и задержкам. Класс с менее строгими требованиями по потерям и задержкам. Класс без гарантий на характеристики доставки ячеек. II 5 2 1. Нестатистический трафик. Статистический трафик. III 6 У г 4 1. Службы с переменной скоростью, не резервирующие ПП. Службы с постоянной скоростью с резервированием ЮТ на время установления соединения. Службы с переменной скоростью и резервированием ПП для соединения. Службы с резервированием ПП на время передачи пачки ячеек. IV7 2 1. Класс с ЗоБтребованиями, заявленными для каждого соединения. Класс с Со8требованиями, усредненными по всем соединениями. Превентивные методы УП. Превентивные методы пытаются не допустить неприемлемый уровень перегрузки сети, обеспечивая справедливое распределение сетевых ресурсов между различными соединениями. К основным функциям, реализуемым методами превентивного УП, относятся рис. Проектирование сети viii ii . Управление доступом в сеть ii . Слежение за соблюдением использования полосы i , . Методы, использующие назначение приоритетов ii . Проектирование сети. Задача заключается в поиске оптимального соотношения между ресурсами сети и вероятностновременными характеристиками обслуживаемых потоков информации. Для решения этой задачи необходим длительный контроль загрузки в узлах и линиях, а также сбор информации о статистике потоковых характеристик абонентов. Управление доступом в сеть. Дисциплина
Рис. УП и КП в АТМсетях. Соединение может быть принято только в том случае при условии, что все остальные существующие соединения придерживаются заявленных ими параметров, если имеется достаточно сетевых ресурсов для этого соединения и будут удовлетворены требования для нового и уже существующих соединений. Если соединение принимается, то необходимые для него ресурсы резервируются вплоть до прихода заявки на их освобождение. Другим важным вопросом в АС является выбор критерия принятия решения о допуске в сеть нового соединения. В качестве такого критерия наиболее часто используются задержка доставки ячеек и вероятность потери ячеек . Вследствие пачечного характера и динамичности АТМтрафика имеет смысл рассматривать не усредненные на какомлибо временном интервале, а мгновенные значения этих показателей . В 4 предлагаются и анализируются два метода принятия решения о том, может ли новое соединение быть надежно мультиплексировано с данным набором уже существующих соединений. Вводятся две вероятностные характеристики, называемые соответственно вероятностью излишних требований x ii и вероятностью конфликта i ii. Эти вероятности анализируются с точки зрения их способности адекватно оценивать ситуацию в сети, а также исходя из сложности их вычисления. Слежение за соблюдением использования ПП. После принятия соединения сетью характеристики трафика отслеживаются механизмом , расположенным на границе сети, чтобы гарантировать соответствие характеристик действительного потока характеристикам, заявленным в момент установления соединения.