Современные информационные технологии/ 1. Компьютерная инженерия

К.т.н. Корниенко В.И., Мирошниченко А.В.

Национальный горный университет, Украина

Оптимальное управление с прогнозированием трафика в сети с пакетной передачей

Основным требованием к компьютерным и телекоммуникационным сетям является повышение их пропускной способности. Задача оптимального управления в сети при этом заключается в минимизации потерь пакетов (сетевого трафика).

При организации сети ввиду стохастичности сетевого трафика учитывают его пиковые значения, что приводит к значительным запасам сети по пропускной способности и нерациональному использования сетевых ресурсов.

Выбор путей доставки пакетов в сети осуществляют маршрутизаторы. При большой интенсивности пакетов возможно переполнение входных буферов маршрутизаторов и потеря пакетов, что вызывает необходимость их повторной передачи, а это снижает пропускную способность сети.

Известные системы оптимизации трафика построены на управлении загрузкой буфера обмена маршрутизаторов [1]. Такие системы управления (СУ) кроме устройства управления (УУ) включают (см. рис. 1) объект управления (ОУ), состоящий из источника трафика (ИТ) и устройства коммутации трафика (УКТ), нагрузкой которого является потребитель трафика (ПТ).

Рис. 1. Функциональная схема СУ потоком кадров

 На ИТ, формирующий поток кадров воздействуют помехи и вектор управляющих воздействий. Вектор формируется УУ, которое обрабатывает вектор состояния УКТ и на него воздействуют помехи. УКТ генерирует поток кадров.

Цель управления состоит в минимизации интервалов (максимизации скорости) следования кадров при отсутствии потерь из-за переполнения входного буфера:

 , при,                                                   (1)

где– объем входного буфера; – текущее значение очереди; – межкадровый интервал; – переменная управления.

При этом, если , то , иначе.

СУ с целью (1) исключает переполнения входного буфера, если  

где– граница эксплуатационной области входного буфера ();
– задержка управления (количество кадров в линии); – длина кадра [1].

Основным недостатком таких СУ является формирование управляющего воздействия по факту прихода пакета-кадра, что увеличивает время обработки.

Данного недостатка лишена предлагаемая СУ, в которой управляющее воздействие формируется по прогнозу поступления пакета (см. рис. 2), что уменьшает время обработки пакетов и, соответственно, повышает пропускную способность сети.

Эта СУ дополнительно включает прогнозирующий фильтр (ПФ) и устройство принятия решения (УР). ПФ прогнозирует величину межкадрового интервала , который в УР сравнивается с предыдущим интервалом: если и если больше допустимого времени обработки пакета, то пакет считается потерянным и на УКТ поступает об этом извещение. Здесь - порядковый номер кадра.

В противном случае:

если , тогда , иначе .

Здесь – значение временной задержки.

Рис. 2. Функциональная схема СУ с прогнозированием

Для эффективного управления должно выполняться условие

.

При этом, если значение не превышает значение , то на ИТ передается значение , иначе – значение .

Прогнозирование интервала может быть осуществлено, например, с помощью модели трафика в виде фрактального броуновского движения [2].

Таким образом предлагаемая СУ оптимизирует трафик сети путем минимизации времени обработки пакетов при снижении их потерь с использованием прогноза интервалов поступления пакетов на коммутатор.

Литература:

1. Макаренко А. В. Влияние задержки управляющего сигнала на оптимальность системы управления потоком кадров IEEE 802.3x.// Радиоэлектроника, 2001. – № 12. – http://jre.cplire.ru/jre/dec01/5/text.htm

2. Городецкий А.Я. Вероятностные модели и статистические решения. – СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2003. – 128 с.