Оптимизация операционных характеристик сети передачи данных с коммутацией пакетов

• Автор: Сущенко, Сергей Петрович
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1997
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 306 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ
1 ПРОБЛЕМЫ ОРГАНИЗАЦИИ ЭФФЕКТИВНОГО ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СЕТИ ПАКЕТНОЙ КОММУТАЦИИ АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР И ВЫБОР НАПРАВЛЕНИЙ РАБОТ

1.1 Логическая организация вычислительной сети .

1.2 Операционные характеристики транспортной системы вычислительной сети

1.3 Система моделей функционирования сети передачи

данных.

1.4 Анализ моделей сетевых топологических структур .

1.5 Выводы о направлениях работ.

2 ЗАМКНУТЫЕ МОДЕЛИ ЗВЕНА ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ

2.1 Структура линейного протокола.

2.2 Анализ стартстопной управляющей процедуры .

2.3 Модели нормальных процедур .
2.4 Модели асинхронных процедур.
2.5 Оптимизация сетевых параметров
2.5.1 Оценивание оптимальной длины кадра
2.5.2 Оценивание оптимальной ширины окна
2.5.3 Совместный выбор сетевых параметров
2.5.4 Управление шириной окна в условиях нестационарного характера искажений
2.6 Выводы
3 ОТКРЫТЫЕ МОДЕЛИ ЗВЕНА ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ ВЛИЯНИЕ БЛОКИРОВОК БУФЕРНОЙ ПАМЯТИ НА
ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ЛИНЕЙНОГО ПРОТОКОЛА
3.1 Дискретная модель фрагмента сети.
3.2 Анализ операционных характеристик стартстопного протокола
3.3 Сравнение дискретной и непрерывной моделей стартстопного протокола.
3.4 Оптимизация длины кадра.
3.5 Модели синхронного конвейерного протокола
3.5.1 Анализ управляющей процедуры в режиме группового отказа .
3.5.2 Анализ управляющей процедуры в режиме селективного отказа
3.6 Выводы
4 ОТКРЫТЫЕ МОДЕЛИ МНОГОЗВЕННОГО ТРАКТА ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ ВЛИЯНИЕ БЛОКИРОВОК БУФЕРНОЙ ПАМЯТИ НА ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ СКВОЗНОГО СОЕДИНЕНИЯ
4.1 Модель тракта в виде открытой сети СМО
4.2 Анализ трехзвенного тракта
4.3 Анализ тракта длины П 4.
4.4 Декомпозиционный метод расчета пропускной способности тракта передачи данных.
4.5 Выводы
5 ДЕТЕРМИНИРОВАННЫЕ КОНВЕЙЕРНЫЕ МОДЕЛИ МНОГОЗВЕННОГО ТРАКТА ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ
5.1 Структурные особенности транспортного уровня управления сетью
5.2 Оптимизация задержки абонентских сообщений в сети с низкой нагрузкой.
5.2.1 Модель ненагруженного виртуального соединения .
5.2.2 Оптимальное разбиение сообщения на пакеты
5.2.3 Выбор рационального размера кадра.
5.2.4 Учет реальных свойств каналов связи.
5.3 Совместная оптимизация сетевых параметров по критерию системы и критерию пользователя
5.3.1 Проблемная ситуация
5.3.2 Метод выбора длины кадра и ширины окна .
5.3.3 Динамическое управление сетевыми параметрами
5.4 Анализ задержки в нагруженном виртуальном соединении
5.4.1 Модели виртуального соединения с однородным трафиком.
5.4.2 Модели виртуального соединения с неоднородным трафиком.
5.5 Выводы.
6 СТОХАСТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ КОНВЕЙЕРНЫХ МЕХАНИЗМОВ ПРОЦЕССА ПЕРЕНОСА ДАННЫХ В ВИРТУАЛЬНОМ СОЕДИНЕНИИ ВЛИЯНИЕ ДЛИТЕЛЬНОСТИ СКВОЗНОГО ТАЙМАУТА НА ВЕРОЯТНОСТНОВРЕМЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МНОГОЗВЕННО
ГО ТРАКТА
6.1 Вероятностноконвейерная интерпретация многозвенного виртуального соединения .
6.2 Аналитическая вычислимость сумм показательностепенных функций
6.3 Анализ переноса данных при сквозном квитировании информационными пакетами .
6.3.1 Функция вероятностей времени доставки пакета
6.3.2 Функция распределения времени доставки пакета
6.3.3 Среднее время доведения пакета до адресата .
6.3.4 Анализ сквозной задержки
6.4 Анализ переноса данных при сквозном квитировании служебными пакетами.
6.4.1 Характеристики передачи мультипакетного сообщения по однозвенному виртуальному каналу
6.4.2 Характеристики передачи одиночного пакета
по многозвенному виртуальному каналу
6.5 Анализ передачи мультипакетного сообщения по многозвенному виртуальному каналу.
6.5.1 Вероятностновременные характеристики процесса доставки сообщения адресату
6.5.2 Анализ сквозных операционных показателей передачи сообщения.
6.6 Выбор длительности таймаута ожидания сквозной квитанции
6.7 Выводы
7 МЕТОДИКА ИНЖЕНЕРНОГО РАСЧЕТА ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ СЕТЕВЫХ СТРУКТУР И ОПТИМИЗАЦИИ ПРОТОКОЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ
7.1 Введение
7.2 Условия предпочтения критериев оптимизации . . .
7.3 Выбор длины кадра и ширины окна по критерию пропускной способности.
7.4 Выбор длины кадра по критерию средней задержки сообщений
7.5 Композиционный метод расчета сетевых параметров
7.6 Расчет длительности сквозного таймаута.
7.7 Принципы построения трактов передачи данных и генерации сетевого трафика приложениями
7.8 Расчет операционных характеристик сетевых структур .
7.9 Резюме
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА


Исследование асинхронных процедур проводилось в работах 4, , , , , , , 4, 6, 7, 8, 9, 0, 3, 5, 8, 5, 6. При изучении процедур данного класса аналитическими методами трудно учесть время распространения сигнала в передающей среде. Авторам 8 удалось учесть этот параметр, но только для абсолютно надежного канала связи. Аналитические модели асинхронных процедур базируются в основном на аппарате непрерывных марковских цепей. В силу этого вводится предположение о том, что длина кадра экспоненциально распределенная величина. Использование данной гипотезы, являющейся ключевой, приводит к тому, что модели асинхронных процедур не обладают преемственностью по отношению к управляющей процедуре стартстопного протокола при ширине окна равной единице потенциальная пропускная способность межузлового соединения, управляемого стартстопным протоколом, при симметричном трафике пропорциональна величине 2 1 й, где Я вероятность искажения информационного кадра, в то время как марковская модель асинхронных прцедур 5 при единичной ширине окна и тех же условиях функционирования дает большее значение 1 Я Я. В работах 4, 5 хотя и используется более реальная функция распределения, учитывающая ограниченность сверху и снизу размеров кадров, но анализ ведется в предположении большого размера окна фактически неограниченного и явная зависимость операционных характеристик звена передачи данных от этого параметра не получена. Вопросы оптимизации параметров линейного протокола рассматриваются практически во всех указанных работах. Наиболее часто проводится поиск оптимальной длины кадра 1, 3, 4, ,4,3,5,2,9,8,6, 9, 0, 5, 8, 0, 4, 5. Задача выбора ширины окна решалась в 4, , , , 6, 8, 5, 8, 6. В качестве критерия оптимизации выступает как правило пропускная способность межузлового соединения. Кроме того, в рассмотренных работах отсутствуют схемы совместного выбора длины кадра и ширины окна, являющихся, вообще говоря, зависимыми параметрами. Проблема выбора длительности таймаута изучалась в работах 4, 4, 0, 6, 0. В 4 получена нижняя граница длительности таймаута. В 4, 0 для различных управляющих процедур показана унимодальность среднего времени передачи по межузловому соединению от данного параметра. При изучении управляющих процедур линейного протокола обычно считается, что число возможных повторных передач кадра не ограничено. Однако в реальных протоколах эта величина не может превышать некоторого заданного значения. Способы определения максимального числа повторных передач по заданной вероятности потери кадра и из условия минимума среднего времени его передачи предложены в , 4. Анализ сетевого фрагмента, состоящего из двух последовательных звеньев передачи данных, проводился в работах , , , 5, 1, 6, 2 как частный случай звездообразной конфигурации и виртуального канала. При изучении этой структуры вводилось важное предположение об ограниченности объема буферного накопителя транзитного узла коммутации, однако не ставилось целью получение функциональных зависимостей между операционными характеристиками фрагмента и внутренними параметрами звеньев и управляющих протоколов. Описание функционирования структуры проводилось в виде СМО с непрерывным временем и конечным накопителем на уровне потоковых характеристик без учета специфики процедур различных линейных протоколов. Насколько известно автору, анализ производительности линейных протоколов с учетом фактора блокировок буферной памяти узлаполучателя всесторонне не выполнялся. Основная задача исследования звездообразной конфигурации состоит в выборе наилучшей в смысле некоторого критерия обычно вероятности блокировки или пропускной способности данного структурного образования схемы распределения ограниченной буферной памяти центрального узла между очередями пакетов к выходным каналам связи , . Простейшей схемой является полное разделение буферной памяти между каналами связи. Согласно этой схеме каждому выходному направлению предоставляется отдельный буферный накопитель. Причем, сумма размеров индивидуальных накопителей равна общему обьему буферной памяти узла коммутации.