CC BY
22
Моделирование -Теоретическое значение
Для проверки численные результаты из (6) сравниваются с результатами и показаны на рисунке 4 для а = 0,0361 и а = 0,1575.
Численные результаты находятся в согласии с моделированием как для низких, так и для высоких коэффициентов активности канала.
Заключение
Рассмотрена общая функция распределения времени столкновения для интерференционной линии связи, основанная на теоретическом моделировании сосуществующего трафика. Для экспоненциально распределенных длин пакетов с помехами функция распределения времени столкновения является случайной суммой распределений своевременного и количества обновлений сосуществующего трафика. Распределение числа продлений, зависящее от статистики простоя, получено теоретически. Распределение требует только преобразования Лапласа статистики простоя, поэтому может быть оценено для очередей гиперэкспоненциального или гиперэ-рланговского распределения. Теоретическое распределение времени столкновения отлично согласуется с результатами моделирования.
Время столкновения - (x) х 10
Рисунок 4 — Распределение времени столкновения при экспоненциальном времени простоя канала
60 байтов при 256 кбит / с, тогда как время занятости WLAN является постоянным с tw = 37 4 мкс, что эквивалентно номинальному размеру пакета 500 байтов при 12 Мбит/с. С тем условием, что время простоя распределено экспоненциально.
ЛИТЕРАТУРА
1. A. Ericsson, "Ericsson mobility report: On the pulse of the networked society," Ericsson, Sweden, Tech. Rep. EAB-14, vol. 61078, 2015. [Электронный ресурс] / Режим доступа: https://www.ericsson.eom/assets/local/news/2 015/6/ericsson-mobility-report-june-2 015.pdf
2. Муравьев К.А., Цивинская Т.А., Манушян Д.Г. «Анализ протоколов передачи данных самоорганизующихся сенсорных сетей»// Труды международного симпозиума надежность и качество: Изд-во Пензенский государственный университет, 2019. Т 2. С. 142-145.
3. Л. Стабеллини, «Количественная оценка и моделирование возможностей спектра в реальной беспроводной среде»// 2010 IEEE, Конференция по беспроводной связи и сетевым технологиям , Сидней, Новый Южный Уэльс, 2010, стр. 1-6.
4. С. Гейрхофер, Л. Тонг и Б. М. Сэдлер, "Модель на основе измерений для доступа к динамическому спектру в каналах WLAN"// MILCOM 2006 - 2006 Конференция IEEE по военной связи , Вашингтон, округ Колумбия, 2006, с. 1-7.
5. А. Махмуд, Х. Йигитлер и Р. Янтти, «Стохастическое моделирование коллизий пакетов в сосуществующих беспроводных сетях для оценки качества линии»// Международная конференция IEEE по коммуникациям (ICC) 2013, Будапешт, 2013, с. 1915-1920.
6. Д. Кокс, Теория обновления. Метуэн, 1970. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://en.bookfi.net/book/72 6252
УДК 621.391+004.71
Будылдина Н.В., Хурматов Р.И., Соловаров И.В.
Уральский технический институт связи и информатики (филиал) ФГБОУ ВО «Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики», Екатеринбург, Россия
ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ОБРАБОТКИ ПАКЕТОВ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПЕРЕДАЧИ ТРАФИКА В СЕТИ MPLS-TP
Транспортный профиль многопротокольной коммутации по меткам (Multiprotocol Label Switching — Transport Profile MPLS-TP) — это сетевая технология транспортного уровня с коммутацией пакетов, которая использует псевдопроводы (Pseudo-wire PW) и пути коммутации по меткам (Label Switch Path LSP). MPLS-TP — это профиль MPLS, который поддерживает развертывание в транспортных сетях и позволяет работать в соответствии с другими транспортными технологиями [1].
В этой работе изучаются и оптимизируются характеристики передачи интернет-трафика в сети MPLS-TP. Работа включает в себя изучение влияния полезной нагрузки на трафик эмуляции канала с временным разделением каналов (Time Division Multiplexing TDM) в сети и предложение новой схемы корректировки длины пакета. В результате работы повышается производительность транспортной сети за счет оптимизации: размера полезной нагрузки TDM.
Ключевые слова:
ИНТЕРНЕТ-ТРАФИК; ТРАНСПОРТНЫЙ ПРОФИЛЬ MPLS (MPLS-TP); КАЧЕСТВО ВОСПРИЯТИЯ (QOE)
Введение
Поскольку в настоящее время большая часть трафика клиента основана на коммутации пакетов, инфраструктура, обеспечивающая передачу на транспортном уровне, называется пакетной транспортной сетью (Packet Transport Network PTN). Она обеспечивает сквозное тестирование с помощью средств Эксплуатации, Администрирования и Обслуживания (Opération, Administration, and Maintenance OAM) и позволяет задавать необходимые уровни качества обслуживания (Quality of Services QoS) для городских или опорных сетей. В настоящее время MPLS-TP хорошо документирован. Для изучения характеристик передачи PTN в работе выбрана технология MPLS-TP. В этой статье описаны результаты анализа и улучшения производительности передачи трафика сетей MPLS-TP, с помощью оптимизации размера полезной нагрузки трафика мультиплексирования с временным разделением (Time Division Multiplexing TDM). Работа осно-
вывается на наблюдении, что многоуровневый трафик сосуществует в сети PTN, и состоит из самоподобного трафика на основе коммутации пакетов и потока битов TDM с постоянной скоростью коммутации каналов. Многоуровневый трафик также имеет различные требования QoE. Таким образом, самоподобие трафика и особенности QoE учитываются при оптимизации.
Имитационная модель и уровни трафика
Для изучения и улучшения характеристик передачи интернет-трафика в сети MPLS-TP была создана имитационная модель сети MPLS-TP. На рисунке 1 показан испытательный стенд для моделирования MPLS-TP, построенный с использованием пакета программ для имитационного моделирования OPNET MODELER [5]. Базовая сеть поддерживает 10 гигабитных сервисов Ethernet. В работе смоделированы функции плоскости управления, плоскости данных и плоскости контроля.
Для оценки производительности различных сервисов на этой платформе было создано и сосуществовало шесть классов трафика, как показано в таблице 1. В этой таблице также показаны различные требования ОоЕ для каждого класса трафика.
Трафик ОАМ генерировался в пограничных маршрутизаторах с наивысшим приоритетом пересылки. Четыре других типа источников с более низким приоритетом трафика были использованы для генерации пяти классов трафика.
Рисунок 1 - Имитационная модель сети MPLS-TP Требования QoE к траффику
Таблица 1
Кл. Обо-знач Тип траф. Требования ОоЕ Приложения Распределение длины пакета Коэф. проп. способ.
I - OAM Фиксированная пропускная способность Чувствительность к потере данных Мониторинг сети Постоянное значение Менее 1%
II Л TDM Фиксированная пропускная способность Чувствительность к задержке/дрожанию Непрерывный трафик Постоянное значение 3%
III • EF Высокая пропускная способность Чувствительность к потере данных HD VOD, HDTV Парето, лого- нормальное, Вейбула 15%
IV • EF Низкая пропускная способность Чувствительность к задержке/дрожанию VoIP, Видеоконференция Экспоненциальный рост, постоянное значение 10%
V ■ AF Низкая пропускная способность Чувствительность к потере данных SDTV, VoD, мультимедийное обучение Парето, лого- нормальное, Вейбула 30%
VI ♦ BE Условная пропускная способность Чувствительность к потере данных мультимедийное сообщение, удаленное хранилище, HTTP Парето, постоянное значение 40-45%
Влияние размера полезной нагрузки TDM
В этой работе тестировались поведение задержки трафика EF и трафика TDM с различными размерами полезной нагрузки TDM. В данной работе сначала строилась модель задержки TDM-трафика, а затем предлагалась идея корректировки размера полезной нагрузки TDM. В итоге, приводится результат, полученный при моделировании сети MPLS-TP.
Поскольку битовые потоки TDM сегментированы и инкапсулированы в пакеты с постоянной скоростью, возможно использование характеристики задержки трафика с коммутацией пакетов для моделирования задержки TDM. Задержка трафика TDM определяется задержкой инкапсуляции/декапсуляции, задержкой передачи и задержкой в очереди [6]. Первая задержка в основном определяется рабочими возможностями граничных маршрутизаторов. Вторая задержка определяется расстоянием передачи и не
зависит от режимов передачи. Что касается задержки в очереди, то она связана с политиками планирования очереди и скоростью обслуживания выходного маршрутизатора.
В соответствии с QoS передачи в сети трафик TDM планируется в маршрутизаторах до любого другого трафика из-за его наивысшего уровня передачи. Предполагалось, что скорость обслуживания, переменная сквозной задержки в определенном маршруте определяется как накопленной задержкой ожидания очереди, так и накопленной рабочей задержкой.
Дрожание трафика TDM определяется накопленной задержкой ожидания в очереди, вдоль всего маршрута, джиттер трафика TDM можно уменьшить, сделав каждый пакет короче.
По сравнению с трафиком Ethernet структура инкапсуляции пакета TDM относительно проста, и заголовок имеет фиксированную длину 96 бит [2]. Кроме того, поскольку пограничные маршрутизаторы
обладают широкими возможностями, по управлению выходными буферами, то можно реализовать большее количество политик работы. Таким образом, регулировка длины пакета TDM осуществима. Большой размер полезной нагрузки TDM пакетов может блокировать трафик с коммутацией пакетов, вызывая большую задержку и джиттер, тогда как небольшой размер полезной нагрузки будет снижать транспортную эффективность трафика TDM, поскольку размер блока данных (Protocol Data Unit PDU) постоянен в каждом пакете TDM. В результате в данной работе предлагается новая схема сегментирования, сборки и настройки (ССН) для улучшения производительности передачи путем динамической регулировки длины полезной нагрузки TDM, которая основана на анализе выше. Механизм работы предложенной схемы ССН показан на рисунке 2.
Как показано на рисунке 2, в источнике канала LSP битовый поток TDM сегментируется на пакеты фиксированной длины с помощью эмуляции TDM [7]. Сегментированные пакеты используются в качестве полезной нагрузки для следующих двух инкапсуля-ций путем добавления служебных данных PW и служебных данных MPLS-TP. Во время процесса передачи тип пакета OAM, называемый пакетом измерения задержки (delay measurement DM) [3], отправляется через определенный интервал (например, 510 с) с периодом 1 с. Пакет DM сопровождает пакеты TDM и записывает время их отправки и приема в виде двух меток времени в полях пакета DM.
Сетевые приемники предназначены для отправки обратно пакетов DM к источнику, который определен в МСЭ-T Y.1711 [3], и блок управления пакетами начнет работать, как только он начнет принимать пакеты DM.
Сначала устройство должно рассчитать каждое значение задержки трафика TDM, а затем рассчитать дисперсию и джиттер трафика TDM в течение этого одного-секундного периода. Существует таймер битового сегмента, который контролируется устройством. Если дисперсия и джиттер трафика TDM велики, таймер сократит период сегментации, чтобы уменьшить длину пакета, и наоборот. После нескольких попыток блок управления, наконец, найдет подходящую длину пакета TDM, и таймер сохранит относительный период сегментации, если только состояние сети не изменилось. С другой стороны, чтобы сгладить задержку и уменьшить дрожание трафика TDM, в выходном маршрутизаторе помещается небольшой буфер. Он может управлять задержкой очереди пакетов TDM в выходном узле и позволяет более крупным пакетам ждать более короткое время, а меньшие пакеты - более длительное время. Усилием восстановления тактового сигнала битовый поток TDM будет восстановлен в месте назначения. Синхронизация часов между источниками и получателями осуществляется с использованием протоколов IEEE 1588 [8]. Механизм работы схемы ССН обеспечивает лучший баланс между эффективностью и качеством передачи и, таким образом, улучшает характеристики трафика. Эмуляция псевдо-провода точка-точка-\
-Домен MPLS-TP-
.. поток битов TDM..
Обработка потока битов
4 3 2 1
t V
PW
^ инкапсуляция ,
PW заголовок Полезная нагрузка TDM
PW заголовок Полезная нагрузка TDM
Блок контроля пакетов
1. Время создания => непрерывное время ожидания 2. Непрерывное время ожидания => Джиттер 3. Джиттер => согласование длины полезной нагрузки
..поток битов TDM..
Восстановление тактового сигнала
Обратная связь
Задержка сообщений OAM(DM) через блок контроля пакетов
PW Полезная
заголовок нагрузка TDM
Заголовок Tx Временная Rx Временная
OAM отметка отметка
Инкапсуляция MPLS-TP
LSP
Деинкапсуляция MPLS-TP
| Буффер""|
PW ;еинкапсуляц
4 3 2 1
PW Полезная
заголовок нагрузка TDM
PW Полезная
заголовок нагрузка TDM
ID 1
PW Полезная
заголовок нагрузка TDM
Рисунок 2 - Схема ССН для длины полезной нагрузки
В работе проводились два имитационных эксперимента, чтобы проверить производительность задержки трафика. Одним из них является моделирование статической длины TDM, а другим - моделирование динамической длины TDM. Первый продемонстрировал влияние длины пакета TDM на задержку и дисперсию задержки EF класса III и IV. Второй продемонстрировал улучшение производительности QoE трафика TDM и EF с использованием предложенной схемы ССН.
В моделировании статической длины TDM изменялась длина пакета TDM от 5256 бит до 30256 бит и сохранялась неизменной во время моделирования. Это означает, что это моделирование производилось без использования предложенной схемы ССН.
Общая нагрузка на связи между узлами равна увеличению размера пакета. Следовательно, чем больше пакет TDM, тем меньше пакетов TDM отправляется за период. Конфигурация каждого источника трафика соответствовала параметрам, перечисленным в таблице 1. Для статистического анализа выбирались 10 соединений между различными источниками, пакет в среднем проходил в сети через четыре узла. В моделировании использовался алгоритм взвешенной справедливой очереди (Weighted Fair Queuing WFQ). В работе фиксировались сквозная задержка и дисперсия и вычислялись средние значения. Как показано на рисунке 3, кривые распределений Парето, логнормального распределения и Вейбулла обозначают три вида медиапотоков, ко-
4 3 21
ID
1
m
m
n
n
торые различаются размером пакета. Экспоненциальные кривые демонстрируют производительность потоков VoIP.
На рисунках 3 (а) и 3 (б) показано, что, поскольку размер полезной нагрузки каждого пакета TDM увеличивается от 5256 битов до 30256 битов, вся задержка трафика EF увеличивается линейно, а дисперсия увеличивается экспоненциально. Однако задержки и отклонения потокового трафика больше, чем у трафика VoIP, из-за их значительно более высоких нагрузок трафика и более крупного размера потоков. С учетом двух уровней QoE, которые упомянуты в [4], и наличия высокоскоростного трафика в сети, качество потокового мультимедиа и услуг VoIP является неприемлемым, когда размер полезной нагрузки TDM превышает 20256 бит. Следовательно, предполагается, что без использования предложенной схемы соответствующий размер полезной нагрузки составляет порядка 15256 бит.
В работе производилось моделирование задержки TDM как функции времени моделирования (времени
работы сети) без и с использованием предложенной схемы. Используя схему ССН, предполагалось, что длина полезной нагрузки TDM может составлять не более 20%, исходя из стандартной длины от 5256 бит до 25256 бит. Настройка длины TDM начиналась каждые 5 с и фиксировались показатели соединения с маршрутом. Кроме того, скорость передачи и соотношение трафика TDM оставались такими же, как при первом моделировании без использования данной схемы.
Из рисунков 4 (а) и 4 (б), можно обнаружить, что в течение периода моделирования 90 с характеристики задержки и дисперсии трафика TDM постоянно ухудшались с увеличением длины TDM.
Задержка трафика немного увеличивалась после активации схемы ССН. Поскольку для нее требовалось больше пакетов OAM, чтобы обнаруживать и сообщать о состоянии сети в реальном времени, эти пакеты OAM передавались быстрее, чем пакеты TDM.
S
&
(D
ч
сз
м
5x256 10x256 15x256 20x256 25x256 30x256 Размер полезной нагрузки TDM /бит
5x256 10x256 15x256 20x256 25x256 30x256 Размер полезной нагрузки TDM /бит
(а)
(б)
Рисунок 3 - Производительность передачи различного трафика в зависимости от размера полезной нагрузки TDM: (а) средняя задержка, (б) средняя задержка дисперсия
Однако, сравнивая рисунки 4 (а) и 4 (б), дисперсия и джиттер трафика с использованием схемы ССН намного лучше, чем без ее использования. Кроме того, ее использование позволяет обеспечить соответствие трафика TDM уровню QoE, при длине полезной нагрузки TDM, установленной больше, чем 20256 бит.
Чтобы изучить влияние всплеска трафика на QoE, в работе использовался коэффициент пульсации трафика N, чтобы описать отношение максимальной скорости к средней скорости трафика EF класса III.
Как показано на рисунках 5(а) и 5(б), пакет самоподобного трафика влияет в основном на характеристики дрожания трафика TDM, а также размер полезной нагрузки TDM.
Это связано с тем, что джиттер трафика TDM всегда становится больше, когда N продолжает
60-1 Рекомендуемый порог уровня QoE
Z
Л /
Щ 30
увеличиваться. Между тем, характеристика дрожания быстро ухудшается и не может удовлетворить запрос QoE после того, как длина TDM превышает пороговое значение. Блокировка, вызванная трафиком с коммутацией пакетов, становится больше, когда пакеты TDM становятся больше. Однако с помощью ССН не только уменьшается дрожание трафика TDM, но и порог дрожания улучшается в среднем на 5256 бит.
В заключение, хотя задержка трафика TDM, будет увеличена, расчеты (рисунки 4 и 5) показывают, что это увеличение довольно мало. Кроме того, схема ССН повышает эффективность передачи трафика TDM. Это также уменьшает дисперсию трафика и джиттер, что более важно для запросов QoE сервисов.
Рекомендуемый порог уровня QoE
30 40 50 60 Время симуляции /с
(а)
30 40 50 60 Время симуляции /с
(б)
Рисунок 4 - Задержка TDM от времени моделирования: (а) без ССН, (б) с ССН
60-
50
50
40
40
30
20
20
0
0
10
20
70
80
90
0
10
20
70
80
90
. N= =4
—•— N= =6
—N= =8
----- N= 10
. N= 4
—•— N= 6
—»— N= 8
N= 10
Рекомендуемый порог для уровня QoE
£
Рекомендуемый порог для уровня QoE
5x256 10x256 15x256 20x256 25x256
Размер полезной нагрузки /бит
(а)
5x256 10x256 15x256 20x256
Размер полезной нагрузки /бит (б)
Рисунок 5 - Джиттер TDM от размера полезной нагрузки: (а) без ССН, (б) с ССН
Заключение
В этой работе моделировалась сеть MPLS-TP, а производительность сети была изучена путем внедрения TDM, VoIP и передачи трафика потокового мультимедиа. В работе была предложена новая схема ССН для улучшения интернет-трафика в сетях MPLS-TP. Численные результаты показывают, что
полезная нагрузка TDM большая чем 20^256 бит, может ухудшить характеристики задержки и джит-тера трафика. Предлагаемая схема может улучшить характеристики передачи в значительной степени за счет динамического регулирования полезной нагрузки TDM. Эти характеристики имеют решающее значение для трафика, такого как TDM или VoIP.
ЛИТЕРАТУРА
1. G.8110.1/Y.1370.1 "Architecture of the Multi-Protocol Label Switching transport profile layer network," 2011, pp. 2.
2. ITU-T Recommendation G.8110.1, "Architecture of transport MPLS (T-MPLS) layer network," 2006, pp. 8-15.
3. ITU-T Recommendation Y.1711.1 "Operation & maintenance mechanism for T-MPLS layer networks," 2006.
4. H. Schulzrinne, G. Camarillo, A. Johnston, J. Peterson, R. Sparks, M. Handley, and E. Schooler. SIP: session initiation protocol. IETF RFC 3261, June 2002.
5. OPNET Inc. Support Center [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://opnetprojects.com/opnet-modeler/.
6. S. R. Gulliver and G. Ghinea, "The perceptual and attentive impact of delay and jitter in multimedia delivery," IEEE Trans. Broadcast., vol. 53, no. 2, pp. 449-458, 2007.
7. O. E. Kure, I. Sorteberg, and K. Oevsthus, "Architecture for TDM circuit emulation over IP in tactical networks," in IEEE Military Communications Conf., 2003, Boston, vol. 2, pp. 921- 926.
8. R. Subrahmanyan, "Timing recovery for IEEE 1588 applications in telecommunications," IEEE Trans. Instrum. Meas., vol. 58, pp. 1858-868, 2009.
9. Петрянин Д.Л., Юрков Н.К., «Повышение точности моделей аппроксимации», статья в научном журнале «Надежность и качество сложных систем», 2016 стр. 59.
10. Затучный Д.А., «Повышение точности оценки достоверности информации, передаваемой при автоматическом зависимом наблюдении, на основе анализа качества дополнительных данных», статья в научном журнале «Надежность и качество сложных систем», 2017, стр. 11.
УДК 378.147: 37.036.5 Юрков1 Н.К., Якимов2 А.Н.
гФГБОУ ВО «Пензенский государственный университет», Пенза, Россия
2ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения», Санкт-Петербург, Россия
ВОЗМОЖНОСТИ И ПРОБЛЕМЫ ДИСТАНЦИОННОГО ОБРАЗОВАНИЯ В ВУЗАХ ПО ТЕХНИЧЕСКИМ СПЕЦИАЛЬНОСТЯМ
Рассмотрены принципы организации дистанционного образования в вузах России. Отмечены его особенности при подготовке специалистов технического профиля. Показаны возможности, проблемы и перспективы использования дистанционного высшего образования по техническим специальностям.
Ключевые слова:
ДИСТАНЦИОННОЕ ОБРАЗОВАНИЕ, ТЕХНИЧЕСКИЕ СПЕЦИАЛЬНОСТИ, СТУДЕНТЫ, ПРЕПОДАВАТЕЛИ
Введение
В настоящее время с развитием новых информационных технологий расширяется спектр информационных услуг и создаются условия для формирования единого глобального информационного и образовательного пространства. В связи с этим становится иной система образования. Современным обществом востребована личность, владеющая фундаментальными знаниями и практическими навыками; обладающая высоким уровнем креативного и аналитического мышления, навыками конструктивного поиска при решении личностных задач; способная к творческой самоорганизации [1, 2].
В высшем образовании одним из главных преимуществ информационных технологий является возможность обмениваться информацией различных форм, форматов и объемов. Всё более широкое применение на различных уровнях образования находит дистанционное обучение. Это связано с тем, что дистан-
ционное обучение как инновационный образовательный процесс с использованием информационно-компьютерных технологий помогает обучающимся реа-лизовывать собственные образовательные цели, направленные на развитие личности. При использовании дистанционной формы обучения значимыми становятся не только знания, но главное - умение их применять для решения конкретных жизненных проблем, способы приобретения знаний и их успешное использование в различных жизненных ситуациях, а также умение принимать ответственные аргументированные решения [1, 3].
Дистанционные технологии в образовании значительно расширили его возможности. В современном мире получать образование можно, находясь в любой точке планеты. И хотя традиционные формы получения образования не сдают своих позиций, технология дистанционного обучения в последнее время набирает все большую популярность. Происходит становление новой системы образования,
30-
25-
20-
15-
10-
5-
0
0
