ISSN 0236-235X (P)
ISSN 2311-2735 (E)

Публикационная активность

(сведения по итогам 2016 г.)
2-летний импакт-фактор РИНЦ: 0,493
2-летний импакт-фактор РИНЦ без самоцитирования: 0,389
Двухлетний импакт-фактор РИНЦ с учетом цитирования из всех
источников: 0,732
5-летний импакт-фактор РИНЦ: 0,364
5-летний импакт-фактор РИНЦ без самоцитирования: 0,303
Суммарное число цитирований журнала в РИНЦ: 5022
Пятилетний индекс Херфиндаля по цитирующим журналам: 355
Индекс Херфиндаля по организациям авторов: 499
Десятилетний индекс Хирша: 11
Место в общем рейтинге SCIENCE INDEX за 2016 год: 304
Место в рейтинге SCIENCE INDEX за 2016 год по тематике "Автоматика. Вычислительная техника": 11

Больше данных по публикационной активности нашего журнале за 2008-2016 гг. на сайте РИНЦ

Вход


Забыли пароль? / Регистрация

Добавить в закладки

Следующий номер на сайте

4
Ожидается:
16 Декабря 2017

Объектно-ориентированная имитационная модель мультисервисной IP-сети

Статья опубликована в выпуске журнала № 2 за 2007 год.[ 21.06.2007 ]
Аннотация:
Abstract:
Авторы: Мельников А.В. () - , , , Домбровский К.А. () - , ,
Ключевое слово:
Ключевое слово:
Количество просмотров: 9981
Версия для печати
Выпуск в формате PDF (1.17Мб)

Размер шрифта:       Шрифт:

Характерной тенденцией современного этапа развития компьютерных сетей является принципиальное изменение структуры передаваемого ими трафика. Трафик сетей доступа в Интернет, а также сетей крупных предприятий стал мультимедийным. При этом постоянно разрабатываются и внедряются новые алгоритмы, протоколы и технологии, улучшающие качество передачи трафика реального времени в IP-сетях. Как следствие –существенное усложнение архитектуры сетей TCP/IP, которые теперь характеризуются не просто как сети передачи данных, а как мультисервисные.

Все это делает применение аппарата аналитического моделирования для исследования вновь создаваемых алгоритмов и протоколов достаточно сложным, а зачастую и невозможным. Альтернативным подходом являются имитационные Подпись:  
Рис. 1. UML-диаграмма логической структуры имитационной 
модели  мультисервисной сети
модели компьютерных сетей, которые могут быть сколь угодно близки к моделируемой системе.

В большинстве существующих сетевых симуляторов создание и внедрение модуля вновь разрабатываемого протокола затрагивает если не всю, то большую часть архитектуры имитационной модели сети, так как возникает необходимость модификации других модулей. Таким образом, возникает зависимость между разработчиками. В этой связи актуальной является задача применения концепции объектно-ориентированного проектирования и анализа для построения имитационной модели мультисервисной сети.

Объектно-ориентированная имитационная модель мультисервисной IP-сети

В рамках подхода объектно-ориентированного анализа и проектирования имитационная модель мультисервисной сети представляет собой модель сложной системы, а именно:

·    логическая структура мультисервисной сети включает в себя модель сетевой топологии, узла и линии связи;

·    функциональная составляющая концептуальной модели представлена моделью сетевой нагрузки, генерирующей сетевой трафик;

·    физическая модель сети является реализацией разработанной имитационной модели в рамках выбранного программного пакета.

Подпись:  
Рис. 2. Модель сетевой топологии «многоканальность»
Логическая структура объектно-ориентиро­ванной имитационной модели сети представлена с использованием нотации унифицированного языка моделирования UML на рисунке 1. Сетевой узел (класс Node) представлен моделью стека сетевых протоколов (класс ProtocolStack). Семиуровневая иерархия эталонной модели ISO/OSI нашла отражение в абстрактных классах Physical, DataLink, Network, Transport и Application. Последние три уровня модели общепризнано считаются избыточными и представлены классом Appli­cation. Далее указываются классы основных протоколов стека TCP/IP, относящиеся к тому или иному уровню. Объединение протоколов в стек указывается через отношение агрегации к классу TCP/IP, который, в свою очередь, является дочерним по отношению к классу ProtocolStack. Каждый протокол имеет собственный формат сообщения. Все сообщения являются дочерними классами по отношению к абстрактному классу Message, который, в свою очередь, является составляющей класса CALL. Данный класс представляет собой вызов, который производит протокол для осуществления вертикального взаимодействия в рамках стека.

Взаимосвязь узла и линии связи указана через отношение ассоциации между классом сетевого интерфейса NIC и классом интерфейса линии связи Connector. Сама линия связи представлена классом Link.

Подпись:  
Рис. 3. Модель источника VoIP-трафика
Проведенный авторами анализ показывает, что типовые сетевые топологии не позволяют учесть существенных свойств Интернет-сетей. Поэтому для имитационной модели предложено расширение модели «узкое горло» – модель «многоканальность», которая показана на рисунке 2. Условно схема разделена на четыре области: сеть клиента, сеть Интернет-провайдера (ИП), сеть национального провайдера и магистральная сеть.

В имитационной модели для генерации потока пакетов используются три типа источников трафика – VoIP, HTTP и FTP, которые представляют функциональную компоненту концептуальной модели.

Модель источника VoIP-трафика можно разбить на три подмодели: модель голосового источника, модель выбора голосового кодека, модель потока звонков.

Поведение голосового источника традицион- но описывается моделью Брэди. Ключевыми элементами модели разговора человека являются активная речь (ON-период), паузы (OFF-период) и законы распределения  длительности этих периодов.

До настоящего момента было проведено и опубликовано множество работ, авторы которых пытались на основе большого количества статистических данных установить адекватные вероятностные законы распределения ON- и OFF-пери­одов. Результаты последних исследований (см.: Biernacki A. Statistical analysis of VoIP streams. 7th Conference „Internet – Wroclaw 2005”) показывают, что ON/OFF-периоды распределены согласно законам Парето и Вейбулла.

Авторами работы классическая модель Брэди была расширена путем введения третьего состояния – временной интервал между двумя звонками пользователя, состояние AIT (Average InterCall Time). В модели источника VoIP трафика используется кодек сжатия голоса G.729 Annex B. В модели потока звонков определяются законы распределения времени между двумя звонками с одного источника и длительности самого звонка. Модель источника трафика IP-телефонии представлена на рисунке 3.

Параметры модели приведены в таблице 1.

Таблица 1

Параметры имитационной модели трафика VoIP

Параметр модели

Функция параметра

Значения

Время ON-периода, Tsp

Распределение

Парето

a=2,114; b=0,211

Среднее значение, сек

0,4011

Отклонение, сек

0,3637

Время OFF-периода,

Tgap

Распределение

Вейбулла

x ≥ 0,  a > 0, b > 0

Среднее значение, сек

0,5775

Отклонение, сек

1,1774

Длительность

разговора, Th.

Распределение

Экспоненциальное

a = 0,0029

Среднее значение, сек

345,4

Интервал между звонками, Ta.

Распределение

Экспоненциальное a=0,275

Среднее значение, сек

3,64

Кодек

Тип

G.729 Annex B

Длина пакета, байт

20

Межпакетный интервал, Ti, мс.

10

Для определения и описания структурных параметров модели web-трафика используется абстракция web-сеанса, которая включает в себя понятия страницы и объекта. Данная абстракция была предложена в SURGE-модели (см.: Barford P., Crovella M. Generating representative web workloads for network and server performance evaluation). В рамках данной модели процесс генерации web-трафика рассматривается как бесконечный цикл запросов web-страниц пользователем через определенный интервал времени.

К особенности данной модели следует отнести два OFF-периода «негенерации» трафика в сеансе. Неактивный OFF-период представляет собой время, которое пользователь тратит на просмотр текущей web-страницы. В общем случае web-стра­ница представляет собой совокупность нескольких объектов: текст, графика и т.д. Активный OFF-период представляет собой время на разборку браузером web-страницы и подготовки нового TCP-соединения для запроса web-компонент. Детали передачи компонент web-страницы зависят от используемого браузера и версии протокола HTTP. В рамках разработанной имитационной модели используется эмуляция протокола HTTP 1.1. Значения статистических параметров модели web-трафика взяты из работы Markovski V. «Simulation and Analysis of Loss in IP Networks» (табл. 2).

Таблица 2

Параметры имитационной модели web-трафика

Параметр модели

Функция параметра

Значение

Время на просмотр пользователем web-страницы, неактивный OFF-период

Распределение

Парето второго типа

a=2; b=5

Среднее значение, сек.

10

Активный OFF-период

Распределение

Парето второго типа a=1,5; b=0,167

Среднее значение, сек.

0,5

Количество объектов web-страницы

Распределение

Парето второго типа a=1,5; b=1

Среднее значение

3

Размер объекта

Распределение

Парето второго типа a=1,2; b=2

Среднее значение, Кб

12

FTP-трафик не является основным в мультисервисной сети, но он обеспечивает большую нагрузку на канал, так как формирует постоянный неинтерактивный поток. Для определения и описания структурных параметров модели используется абстракция ftp-сеанса, которая включает в себя понятие файла. Количественные и временные характеристики сеанса, как и в случае с голосовым и web-трафиком, определяются с помощью статистических вероятностных распределений и взяты из спецификации, предложенной институтом IEEE в рамках стандарта IEEE 802.20 (табл. 3.).

Физическая модель сети является реализацией разработанной имитационной модели в рамках выбранного программного пакета AnyLogic. Структура классов и схема их взаимодействия в программно реализованной имитационной модели мультисервисной сети соответствует логической структуре модели на рисунке 1.

Таблица 3

Параметры имитационной модели ftp-трафика

Параметр модели

Функция параметра

Значение

Время между сеансами

Распределение

Экспоненциальное a=0,006

Среднее значение, сек.

180

Количество файлов в сеансе

Значение

1

Размер файла

Распределение

Логнормальное

,

= 0,35; =14,45

Среднее значение, Мб

2

Отклонение, Мб

0,722

Адекватность разработанной модели

Один из наиболее очевидных подходов к проверке точности модели состоит в сравнении выходов модели и реальной системы при одинаковых входах. Используя соответствующий критерий для двух выборок, можно проверить статистические гипотезы о том, что выборки выходов системы и модели являются выборками из различных совокупностей или что они практически принадлежат одной генеральной совокупности.

Таблица 4

Результаты обработки экспериментальных выборок согласно критерию Вилкоксона

Нижнее критическое значение

Статистика Вилкоксона для выборок

Верхнее критическое значение

31223,55

задержки пакетов VoIP

33755,45

32933

джиттера пакетов VoIP

33531

процента потерь пакетов VoIP

33275

Для получения выборок реальной системы был создан программно-аппаратный макет. Потоки HTTP, FTP и VoIP пакетов эмулируются генератором трафика «Distributed Internet Traffic Generator». С использованием критерий Вилкоксона был произведен сравнительный анализ выборок, полученных в ходе натурного и имитационного экспериментов. Результаты расчетов приведены в таблице 4 и свидетельствуют об адекватности разработанной имитационной модели.

Разработанная объектно-ориентированная имитационная модель мультисервисной IP-сети предоставляет возможность исследователю добавлять собственные и заменять существующие классы сетевых объектов, не меняя при этом концептуальную структуру модели. Таким образом, достигается независимость между разработчиками. Доказана адекватность разработанной объектно-ориентированной имитационной модели мультисервисной сети на основе характеристик трафика, полученных с использованием натурного стенда измерений характеристик качества обслуживания мультимедийного трафика.


Постоянный адрес статьи:
http://swsys.ru/index.php?page=article&id=394
Версия для печати
Выпуск в формате PDF (1.17Мб)
Статья опубликована в выпуске журнала № 2 за 2007 год.

Возможно, Вас заинтересуют следующие статьи схожих тематик: