авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Разработка и исследование метода повышения скорости передачи данных в мультисервисных сетях на основе стека протоколов tcp/ip

На правах рукописи

Тимошина Мария Михайловна РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДА ПОВЫШЕНИЯ СКОРОСТИ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ В МУЛЬТИСЕРВИСНЫХ СЕТЯХ НА ОСНОВЕ СТЕКА ПРОТОКОЛОВ TCP/IP Специальность 05.12.13 – Системы, сети и устройства телекоммуникаций

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Самара – 2013 2

Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном бюджетном учреждении высшего профессионального образования «Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики» (ФГОБУ ВПО ПГУТИ).

кандидат технических наук, доцент

Научный консультант:

Лиманский Николай Сергеевич Официальные Кучерявый Андрей Евгеньевич, доктор технических наук, профессор, оппоненты:

ФГОБУ ВПО Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М. А. Бонч Бруевича, заведующий кафедрой сетей связи Росляков Александр Владимирович доктор технических наук, профессор, ФГОБУ ВПО ПГУТИ, заведующий кафедрой автоматической электросвязи ФГБОУ ВПО «Самарский государственный

Ведущая организация:

университет», г. Самара

Защита состоится «19» сентября 2013 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 219.003.02 при Поволжском государственном университете телекоммуникаций и информатики по адресу:443010, г. Самара, ул. Льва Толстого, д. 23.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОБУ ВПО ПГУТИ

Автореферат разослан « 19 » августа 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 219.003. доктор технических наук, профессор Мишин Д. В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Тенденцией современного этапа развития телекоммуникаций является объединение сетей связи в единую мультисервисную сеть для предоставления унифицированной услуги, включающей в себя все виды телекоммуникационных услуг. Внедрение и успешное функционирование мультисервисных сетей и предоставление унифицированных услуг связи требует высокой скорости передачи данных, обеспечивающей трансляцию возрастающего объема данных.

Самыми распространенными протоколами в мультисервисных сетях передачи данных (до 70% от всего передаваемого трафика) являются протоколы TCP/IP. Процесс фрагментации, присущий трафику стека протоколов TCP/IP, приводит ко многим негативным последствиям.

Разработанные на данный момент методы борьбы с фрагментацией в силу различных причин зачастую не достигают своих целей, и очевидной становится необходимость создания новых.

Проблемам построения и увеличения скорости передачи данных мультисервисных сетей посвящено множество работ отечественных и зарубежных авторов (В. М. Вишневский, Б. С. Гольдштейн, А. Е.

Кучерявый, А. В. Росляков, Н. А. Соколов, В. И. Цыбаков, И. М.

Успенский, А. Ю. Щека, Н. В. Яркина, Chen-Nee Chuah, Randy H. Katz, Wenyu Jiang, Henning Schulzrinne и др.) Однако в опубликованных научных исследованиях не реализована задача создания математических моделей оценки скорости передачи данных в мультисервисных сетях на базе использования стека протоколов учитывающих такие характерные особенности как TCP/IP, гарантированную доставку данных, обеспечиваемую методами повторной передачи данных и прямой коррекцией ошибок, а также фрагментацию пакетов. Вследствие этого разработка таких математических моделей и основывающегося на них метода повышения скорости передачи данных в мультисервисных сетях является актуальной задачей, решение которой предложено в диссертационной работе.

Целью диссертации является разработка метода повышения скорости передачи данных в мультисервисных сетях, предусматривающего возможность регулирования величины сегмента протокола ТСР при передаче потока данных конечных пользователей для минимизации негативного влияния фрагментации.

Основные задачи исследования:

1) разработка алгоритма работы стека протоколов TCP/IP с учетом гарантированной доставки данных и фрагментации пакетов;

2) создание математической модели оценки скорости передачи данных на основе использования стека протоколов TCP/IP с учетом гарантированной доставки данных и фрагментации пакетов;

3) создание математической модели оценки пропускной способности мультисервисных сетей с учетом фрагментации и вероятности потерь пакетов данных;

4) анализ и расчет статистических характеристик трафика протоколов TCP/IP в существующей мультисервисной сети оператора связи;

5) моделирование и анализ поведения трафика стека протоколов TCP/IP в модели гарантированной доставки данных с учетом его самоподобных свойств при помощи имитационного моделирования на базе программы NS-3;

6) оценка эффективности разработанного метода повышения скорости передачи данных в мультисервисных сетях на основе аналитической модели, имитационного моделирования на базе программы NS-3 и экспериментальных данных на сети оператора связи.

Методы исследования. Проведенные в диссертационной работе исследования основываются на теории вероятностей, теории самоподобных процессов, математической статистике и имитационном моделировании.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1) созданы математические модели оценки скорости передачи данных и пропускной способности мультисервисных сетей на основе использования стека протоколов TCP/IP с учетом гарантированной доставки, фрагментации и вероятности потерь пакетов данных;



2) выявлено самоподобие трафика передачи потока данных в мультисервисной сети связи с использованием протоколов ТСР/IP, позволяющее учесть влияние распределения величин пакетов данных на скорость и пропускную способность сети;

3) разработан алгоритм оценки скорости передачи данных в сети с коммутацией пакетов, учитывающий особенности по распределению длин пакетов и влияние фрагментации;

4) разработан метод повышения скорости передачи данных в мультисервисных сетях, предусматривающий возможность регулирования величины сегмента протокола ТСР при передаче потока данных конечных пользователей для уменьшения негативного влияния фрагментации.

На защиту выносятся:

1) метод повышения скорости передачи данных в мультисервисных сетях, показывающий выигрыш по скорости до 14 раз (при 10 узлах) за счет уменьшения времени на фрагментацию пакетов;

2) математические модели оценки скорости передачи данных и пропускной способности мультисервисных сетей;

3) алгоритм совместной работы стека протоколов TCP/IP с учетом гарантированной доставки, прямой коррекцией ошибок и фрагментации пакетов данных;

4) самоподобие трафика передачи потока данных в мультисервисной сети связи с использованием протоколов ТСР/IP, позволяющее учесть влияние распределения величин пакетов данных на скорость и пропускную способность сети;

5) результаты имитационного моделирования и экспериментальные исследования, проведенные на мультисервисной сети оператора связи, показывающие эффективность разработанного метода.

Личный вклад. Теоретические и практические исследования, расчеты и моделирование, выводы и рекомендации на их основе получены автором лично.

Практическая ценность. Применение разработанного метода на сетях операторов связи привело к повышению скорости передачи данных за счет уменьшения времени на фрагментацию пакетов и пропускной способности мультисервисных сетей за счет увеличения доли полезной составляющей в общем объеме передаваемых данных.

Реализация результатов работы. Результаты диссертационных исследований внедрены у двух операторов связи в г. о. Самара:

ЗАО «Самарасвязьинформ», ООО «ИНКОС» и в учебный процесс кафедры инфокоммуникационных технологий ФГОБУ ВПО ПГУТИ, о чем свидетельствуют соответствующие акты внедрения.

Апробация работы. Основное содержание и результаты работы докладывались и обсуждались на: 13-й международной конференции «Состояние и перспективы развития IP-коммуникаций и IP-сервисов в России» (Москва, 2012);





ХIII Международной научно-технической конференции «Проблемы техники и технологии телекоммуникаций» (Уфа, 2012);

Международной научно-практической конференции «Наука, образование, общество: проблемы и перспективы развития» (Тамбов, 2013);

ХVIII, ХIХ и ХХ Российской научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов ПГУТИ (Самара, 2011, 2012 и 2013).

Публикации. По результатам проведенных исследований опубликовано 13 работ, в том числе 4 статьи в журналах из перечня, рекомендованного ВАК РФ для публикации результатов диссертационных работ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа содержит 133 страницы и состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений.

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, показана научная новизна и практическая значимость результатов исследований, а также перечислены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе проведен анализ основных аспектов работы стека протоколов TCP/IP и фрагментации пакетов, дан анализ методов борьбы с негативным влиянием фрагментации пакетов и показано, что данные методы борьбы не эффективны в современных мультисервисных сетях передачи данных. Основной метод борьбы с фрагментацией пакетов данных на промежуточных узлах базируется на алгоритме, поиска маршрута, по которому пакеты с заданным максимальным размером блока данных (Maximum Transmission Unit — MTU) могут пройти без фрагментации (Path MTU Discovery – PMTUD). Данный метод реализован в большинстве операционных систем и опирается на использование ICMP сообщений для определения маршрута. В последнее время многие операторы блокируют отправку ICMP-сообщений на промежуточных узлах для обеспечения информационной безопасности. Кроме того, в подавляющем большинстве случаев использование алгоритма PMTUD приводит к снижению производительности оборудования.

Рассмотрим схему прохождения пакета по сети передачи данных от отправителя (S) к получателю (R) с учетом фрагментации (рис. 1).

L2 Ln L1 L3 Li R S m1 m3 mi m2 mn Рис. 1 Схема прохождения пакета по сети передачи данных с учетом фрагментации При прохождении пакета через множество узлов i, с максимально допустимыми размерами обрабатываемых данных Li, пакет с размером L может быть обработан и передан дальше при LLi. При LLi пакет будет разбиваться на фрагменты до тех пор, пока размер последнего фрагмента не будет укладываться в допустимые границы (mi – количество фрагментов на i-ом узле).

При разбиении пакета на множество фрагментов затрачивается дополнительное время на фрагментацию. Для каждого фрагмента генерируется новый заголовок IP сообщения, содержащий информацию об IP адресе отправителя и получателя, а также служебную информацию, необходимую для сборки пакета на стороне получателя, что приводит к увеличению доли служебной информации в передаваемом потоке данных.

Увеличение времени передачи и доли служебной информации в передаваемом потоке данных ведет к уменьшению скорости передачи данных в мультисервисных сетях.

Рассмотренный ряд негативных последствий, приводящих к необходимости создания методов борьбы с фрагментацией, показывает актуальность разработки метода повышения скорости передачи данных в мультисервисных сетях.

Во второй главе рассмотрен механизм совместной работы стека протоколов TCP/IP с учетом методов повторной передачи данных (называемый также способом передачи с обратной связью, ARQ – Automatic Repeat reQuest) и прямой коррекции ошибок (помехоустойчивое кодирование, FEC – Forward Error Correction). Механизм совместной работы стека протоколов TCP/IP с учетом этих методов представлен в виде алгоритма на рисунке 2.

Начало Да Нет LLi Нет Да Фрагментация ipназнач=ipi Сборка Отправка пакета фрагментов в по назначению на единый пакет следующий узел Да Нет Контрольная сумма сходится Нет Да WC Прямая коррекция ошибок (FEC) Да Нет Корректность востановлена Передача пакета на следующий Запрос повторной уровень передачи пакета Отправка подтверждения Да Нет Превышено допустимое количество повторных передач Да Нет Подтверждение доставлено Повторная передача данных Конец Рис. 2 Алгоритм совместной работы стека протоколов TCP/IP На основе данного алгоритма создана математическая модель оценки скорости передачи данных при использовании протоколов TCP/IP с учетом гарантированной доставки данных и фрагментации пакетов.

Рассмотрен случай, когда информация помещается в одном блоке данных. Введены обозначения M – размер блока данных, n – конечное число узлов.

Скорость передачи данных определялась как отношение объема переданной информации к общему времени передачи данных от отправителя к получателю. Рассматривалась только полезная составляющая переданных данных, поскольку для конечного пользователя не имеет значения, сколько заголовков и служебных пакетов затрачено для передачи его сообщения. Полезная составляющая переданных данных определялась как максимальный размер исходного (переданного) пакета MTU за вычетом длины заголовка M – Lзаг.

Скорость передачи полезной составляющей обозначалась как эффективная скорость передачи данных vэфф, которая равна отношению полезной составляющей переданных данных M – Lзаг к общему времени t передачи, затраченному на передачу пакета:

M Lзаг (1) v эфф.

t передачи Общее время передачи данных по сети с коммутацией пакетов t п ереда чи определялось как суммарное время, затраченное на обработку пакета на узле t о б р, суммарное время передачи пакета в линии t ли н и суммарное время, затраченное на фрагментацию пакета t фрагм :

t передачи t обр t лин t фрагм. (2) Считалось, что время обработки пакета на каждом i-ом узле и время передачи сигнала по линии одинаково, тогда:

t о бр t о бр n и t лин ( n 1) t лин. (3) Условие фрагментации было сформулировано при помощи индикаторной функции I (), которая определяется соотношением:

1, если выполнено условие сформулиро ванное в скобках,, I () 0, если условие не выполнено Применив индикаторную функцию, получили:

1) фрагментация требуется, при этом L Li, время, затраченное на фрагментацию, выражается как tфрагм n tфрагм.n1 tфрагм mn ;

2) фрагментация не требуется, при этом L Li, время, затраченное на фрагментацию, можно представить в виде t фрагм 0.

Таким образом, используя выражения (2) и (3), а также индикаторную функцию для выражения времени, затраченного на фрагментацию, получено:

(4) n t передачи t обр n ( n 1) t лин I ( L Li )(t фрагм.n1 t фрагм mi ).

i Подставив выражение (4) в (1) была получена математическая модель оценки скорости передачи данных:

M Lзаг (5) vэфф.

n tобр n (n 1) t лин I ( L Li )(tфрагм.n1 t фрагм mi ) i С учетом гарантированной доставки данных, обеспечиваемой протоколом TCP, посредством использования метода ARQ (способ передачи с обратной связью), требуется время не только на передачу данных, но и, при необходимости, на ожидание перед повторной передачей tожид, под которым подразумевается время на ожидание подтверждения t ack получения/потери данных, или время истечения тайм аута t таймаута, ведущего к повторной передаче (что наступит быстрее).

Согласно RFC 791, протокол ТСР имеет конечное число попыток r повторно передать потерянные или искаженные данные. Обозначая за k количество повторных попыток передать данные, после которых данные получены, k r. С учетом гарантированной доставки данных эффективная скорость выражается в виде:

M Lзаг vэфф. (6) n (tобр n (n 1) t лин I ( L Li )(tфрагм.n1 tфрагм mi ) tожид) k i Если пользователь зачастую не может определить какая у него скорость, то у оператора пропускная способность в канале связи всегда регламентирована используемой технологией (стандартом): 100 Base-T (100 Мбит/с), 1000 Base-T (1 Гбит/с), 10 GBase (10 Гбит/с) и т. д. При определении пропускной способности учитывается не только полезная часть передаваемых данных, но и служебная информация, необходимая для их передачи. Таким образом, добиться увеличения пропускной способности, не изменяя технологию доступа, можно за счет уменьшения передаваемой служебной информации.

Занимаемую пропускную способность в мультисервисных сетях определим как отношение общего количества переданной информации, включая служебную часть трафика D Dполез Dслужеб, к единице D времени.

D Dслужеб (7) C полез.

t Выразим общее количество переданной информации с D помощью индикаторной функции:

L n D i1 I ( L Li )(Di1 Lзаг (mi 1)) I (i, i 1, n) L Li ). (8) Используя ранее полученные равенства (7) и (8), занимаемую пропускную способность в мультисервисных сетях с коммутацией пакетов можно определить выражением:

n I ( L Li )(Di 1 Lзаг (mi 1)) I (i, i 1, n) L Li ) L C i. (9) t С учетом фрагментации пакетов, вероятности потерь и повторной ретрансляции данных пропускную способность сети можно представить в следующем виде:

n i1 I (L Li ) H S m Es,ack i1 Lзаг (mi 1) I (i, i 1, n)L Li ) L n i1 i C, (10) t где H S – математическое ожидание числа успешно переданных бит на i i-ом узле после числа попыток, не превышающих r;

E s,ack – математическое ожидание числа подтвержденных бит.

Из полученных выражений (6), (9), (10) понятно, что для повышения скорости передачи данных и пропускной способности мультисервисных сетей необходимо уменьшить количество фрагментированных пакетов, т. е. уменьшить негативное влияние фрагментации.

В главе разработан метод повышения скорости передачи данных и пропускной способности мультисервисных сетей, предусматривающий возможность регулирования величины сегмента протокола ТСР при передаче потока данных конечных пользователей для минимизации негативного влияния фрагментации.

Смысл предлагаемого метода состоит в использовании поля «дополнительные опции» в структуре сообщения протокола TCP, с помощью которого получатель извещает отправителя о максимальном размере полученного от него фрагмента, устанавливая тем самым максимальный MTU обмена.

Для описания данного метода определим, что фрагментацией и сборкой пакетов занимается протокол IP. Получаемый пакет проверяется на корректность. Заголовок IP сообщения отбрасывается от пакета, а в поле «дополнительные опции» заголовка TCP добавляется информация о размере максимального фрагмента, принятого в одном окне передачи протоколом IP. Собрав фрагменты в единый пакет, протокол IP передает его далее протоколу TCP с информацией о максимальном размере принятого фрагмента. Протокол TCP формирует подтверждение (ACK) о принятых данных и посылает отправителю его вместе с информацией о размере максимального фрагмента, тем самым устанавливая максимальный размер блока передаваемых данных.

При приеме данной информации отправитель начинает генерировать трафик с учетом принятого ограничения размера блока данных. Таким образом, можно избежать фрагментации пакетов вне зависимости от среды передачи данных и политик безопасности, настроенных на промежуточных узлах. Также использование данного метода не дает ограничений на количество промежуточных узлов и повышает скорость передачи данных за счет уменьшения времени на обработку пакета на промежуточных узлах, исключая время на фрагментацию пакета, а также увеличивает пропускную способность за счет повышения доли полезной составляющей трафика.

Для первоначального анализа эффективности разработанного метода была проведена аналитическая оценка. Аналитическая оценка базировалась на основе разработанных математических моделях и выражена посредством написанной на языке java программы. Данная программа выбирает в качестве значений MTU промежуточных узлов псевдослучайные целочисленные положительные значения из диапазона от минимального до максимально допустимого MTU согласно стандарту RFC 894. Программа производит загрузку данных в двух режимах (при обычных условиях и при использовании разработанного метода) и определяет максимальное (ряд 1), среднее (ряд 2) и минимальное (ряд 3) значения скорости передачи данных. Данные представлены на рисунке 4.

В третьей главе проведено исследование структуры трафика протоколов ТСР/IP для учета распределения длин пакетов и других статистических характеристик при оценке эффективности разработанного метода повышения скорости передачи данных и пропускной способности мультисервисных сетей.

Исходные данные для анализа были получены в процессе мониторинга магистрального канала на сети крупного оператора мультисервисных услуг масштаба города. В исследуемой сети протокол ТСР использует для маршрутизации и фрагментации пакетов данных заголовки сообщений протокола IP. Из множества пакетов разных протоколов, собранных программой Wireshark, для дальнейшего анализа были выделены пакеты протокола TCP. Доля сообщений протокола TCP составила 69,8% от всего трафика мультисервисной сети.

Из полученной в ходе мониторинга реализации трафика (ТСР) были сформированы агрегированные (ТСР-5 и ТСР-10) и логарифмированные (ТСР-5- LOG и ТСР-10- LOG) ряды.

Максимальный и минимальный размер пакетов составляет 1600 байт и 64 байта соответственно. Распределение размеров пакетов протокола ТСР в мультисервисной сети представлено на рисунке 3.

0. Доля пакетов 0. 0. 0. 0. 0 160 320 480 640 800 960 1120 1280 1440 Размер пакета, байт Рис. 3. Распределение размеров пакетов протокола ТСР В таблице 1 приведены основные характеристики исследуемых рядов.

Табл. 1. Основные характеристики исследуемых рядов Название Среднее, Среднеквад Макс. Коэфф.

M X ратическое корреляц. Хэрста, Н / отклонение, размерность точность измерения, % Dmax TCP 732,91 633.084 16.60205999 0,8197/82, TCP -5 2460808 1684672 8.400168127 0,9053/81, TCP -10 2460653 1546788 7.798108136 0,9056/84, TCP -5-LOG 6886,47 4415 8.400168127 0,9463/83, TCP-10-LOG 6886,04 4052 7.798108136 0,9489/85, Также были построены автокорреляционные функции, плотности распределения и энергетические спектры исследуемых реализаций.

В результате проведенного статистического анализа было показано, что трафик протокола TCP обладает большинством свойств самоподобных процессов. Получена оценка параметра Хрста, характеризующего степень самоподобия трафика, которая находится в пределах 0.8197 H 0.9489, что свидетельствует о достаточно сильной степени самоподобия трафика TCP. Заключение о том, что исследуемый трафик протокола ТСР обладает свойством самоподобия, позволяет использовать разработанный метод повышения скорости передачи данных и пропускной способности мультисервисных сетей во всех сетях с коммутацией пакетов данных при использовании стека протоколов TCP/IP.

В четвертой главе проведена оценка эффективности разработанного метода повышения скорости передачи данных в мультисервисных сетях с помощью имитационного моделирования в программе NS-3 и сравнением с экспериментальными данными, полученными в ходе внедрения разработанного метода на сети оператора мультисервисных услуг масштаба города.

В отличие от аналитической оценки, рассмотренной во второй главе, при имитационном моделировании в программе NS-3 учитывалась потеря пакетов данных и их повторная ретрансляция. В программе NS- был проведен анализ эффективности разработанного метода при использовании в качестве передаваемого трафика пакетов одинаковой длины (1500 байт), на рисунке 4 представлен как ряд 4 и в случае, когда размер пакетов данных определялся размером длин пакетов реального трафика, полученного в главе 3 при анализе мультисервисной сети (ряд 5).

Из графика, представленного на рисунке 4 видно, что при распределении длин пакетов реального трафика скорость и выигрыш в ней, не значительно, но все же меньше чем при равномерном распределении длин пакетов. Это обусловлено тем, что в условиях реального трафика присутствовали пакеты небольшого размера, которые и без использования метода передавались в модельной сети без фрагментации.

В процессе внедрения разработанного метода на сети оператора мультисервисных услуг масштаба города была проанализирована эффективность разработанного метода повышения скорости передачи данных в мультисервисных сетях при количестве промежуточных узлов от 1 до 3. В ходе оценки скорости передачи данных даже при большой загрузке маршрутизаторов (в ЧНН) не удалось добиться потерь пакетов и повторной ретрансляции данных. Полученные экспериментальные данные находятся в диапазоне аналитической оценки эффективности разработанного метода, которая также не учитывала вероятность потерь и повторной ретрансляции пакетов данных, что подтверждает точность разработанных математических моделей.

Выигрыш по скорости, раз ряд Скорость, Мбит/с ряд ряд 6 8 ряд ряд ряд 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Количество узлов, n Количество узлов, n Рис. 4. Скорость при использовании разработанного метода (слева), выигрыш по скорости (справа) Кроме того, в данной главе была проведена оценка скорости передачи данных согласно ГОСТ Р 53632-2009 «Показатели качества услуг доступа в интернет», далее ГОСТ. Показано, что метод, предлагаемый ГОСТ, дает существенный разброс (до 36 %) в оценке скорости в силу того, что в нем не учитывается влияние фрагментации пакетов и кеширование данных, реализованное в большинстве современных менеджеров загрузки обозревателей. Данные факты не позволяют получить с помощью метода, описанного в ГОСТ, точных оценок скорости передачи данных.

Для более точной оценки скорости передачи данных, при которой не происходит использование кэша, искажающее результаты, согласно требованиям ГОСТ и алгоритма, учитывающего влияние фрагментации, была разработана программа NSpeed на платформе Java Standard Edition, определяющая скорость посредством тестовых вызовов (загрузки) несжимаемых данных с любого удаленного сервера. Разработанная программа NSpeed способна производить оценку скорости согласно ГОСТа и на основе предлагаемого метода.

Кроме того, были рассмотрены основные способы повышения производительности компьютеров пользователей, многие из которых влияют на скорость передачи данных. Произведенный эксперимент показывает возможность увеличения скорости (до 30%) за счет повышения быстродействия оборудования пользователя.

В заключение сформулированы основные результаты работы.

Основным результатом проведенных в диссертационной работе теоретических и экспериментальных исследований является разработанный метод повышения скорости передачи данных в мультисервисных сетях с учетом самоподобия трафика на основе созданных математических моделей, эффективность которого подтверждена с помощью нескольких методов оценки. Метод основан на взаимодействии протоколов и использовании поля TCP/IP «дополнительные опции» заголовка сообщения TCP. Показано, что разработанный метод повышает скорость передачи данных (до 14 раз при 10 узлах) за счет уменьшения времени на фрагментацию пакетов и пропускную способность мультисервисных сетей (до 15% при 10 узлах) за счет увеличения доли полезной составляющей в общем объеме передаваемых данных. Кроме того в работе:

1) разработан алгоритм работы протоколов TCP/IP, учитывающий такие характерные особенности как гарантированную доставку данных, обеспечиваемую методами повторной передачи данных и прямой коррекции ошибок, а также фрагментацию пакетов;

2) создана математическая модель оценки скорости передачи данных на основе использования стека протоколов TCP/IP с учетом гарантированной доставки данных и фрагментации пакетов;

3) создана математическая модель оценки пропускной способности мультисервисных сетей с учетом фрагментации и вероятности потерь пакетов данных;

4) проанализирован трафик протоколов TCP/IP в существующей мультисервисной сети оператора связи и выявлены его характерные признаки, которые влияют на скорость передачи данных;

5) произведено моделирование и анализ поведения трафика протоколов TCP/IP в модели гарантированной доставки данных с учетом его самоподобных свойств при помощи имитационного моделирования на базе программы NS-3;

6) проведена оценка эффективности разработанного метода повышения скорости передачи данных в мультисервисных сетях на основе аналитической модели, имитационного моделирования на базе программы NS-3 и экспериментальных данных на сети оператора связи, показывающая выигрыш по скорости до 14 раз при 10 промежуточных узлах с разным распределением MTU.

ОПУБЛИКОВАННЫЕ РАБОТЫ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ 1. Тимошина, М. М. О проблемах межоператорского взаимодействия / М. М. Тимошина, Н. С. Лиманский // Вестник связи. – Москва, 2012. – №11. – С. 29-30.

2. Тимошина, М. М. Разработка метода повышения скорости передачи данных за счет оптимизации размеров пакетов / М. М. Тимошина // Глобальный научный потенциал. – Тамбов, 2013. – №4. – С. 40-42.

3. Тимошина, М. М. Исследование и оптимизация настройки протокола TCP/IP в сетях передачи данных / М. М. Тимошина // Инфокоммуникационные технологии. – Самара, 2013. – № 2. – С. 39-42.

4. Тимошина, М. М. Increasing the Speed of Inter-Operator Interaction in Networks / М. М. Тимошина // Наука и бизнес: пути развития. – Тамбов, 2013. – №4. –С. 27-30.

5. Тимошина, М. М. Развитие IP-коммуникаций в России. Мнение абонентов / М. М. Тимошина // 13-я международная конференция «Состояние и перспективы развития IP-коммуникаций и IP-сервисов в России». Материалы конференции. – Москва, 2012. – 7 с.

6. Тимошина, М. М. Исследование и оптимизация настройки протокола TCP/IP в сетях передачи данных / М. М. Тимошина // Международная заочная научно-практическая конференция «Наука, образование, общество: проблемы и перспективы развития». – Тамбов, 2013. – Часть 2 – С. 138-141.

7. Тимошина, М. М. Исследование влияния параметров настройки стека TCP/IP на скорость передачи данных / М. М. Тимошина // Международная заочная научно-практическая конференция «Наука, образование, общество: проблемы и перспективы развития». – Тамбов, 2013. – Часть 3 – С. 138-142.

8. Тимошина, М. М. Исследование особенностей трафика мультисервисной сети на основе статистических данных / М. М. Тимошина, А. С. Чижов // Международная заочная научно практическая конференция «Наука, образование, общество: проблемы и перспективы развития». – Тамбов, 2013. – Часть 3. – С. 142-146.

9. Тимошина, М. М. Исследование влияния параметров настройки стека TCP/IP на скорость передачи данных / М. М. Тимошина // XX Российская научно-техническая конференция профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов. Материалы НТК ПГУТИ. – Самара, 2013. – С. 71.

10. Тимошина, М. М. Анализ реализаций сетевого трафика настоящего времени и прошлых лет / М. М. Тимошина, А. С. Чижов // XX Российская научно-техническая конференция профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов. Материалы НТК ПГУТИ. – Самара, 2013. – С. 72.

11. Тимошина, М. М. Статистический анализ реализаций мультисервисного трафика / М. М. Тимошина, А. С. Чижов // ХIII Международная научно-техническая конференция «Проблемы техники и технологии телекоммуникаций». Материалы конференции ПТиТТ. – Уфа, 2012. – С. 69-70.

12. Тимошина, М.М. Анализ сетевого трафика на основе статистических данных / М. М. Тимошина // ХIХ Российская научно-техническая конференция профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов. Материалы НТК ПГУТИ.–Самара, 2012.–С. 72.

13. Тимошина, М. М. Определение пропускной способности пакетной сети на основе статистических данных / М. М. Тимошина // ХVIII Российская научно-техническая конференция профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов. Материалы НТК ПГУТИ. – Самара, 2011. – С. 89-90.

Отпечатано фотоспособом в соответствии с материалами, представленными заказчиком Подписано в печать 11.07.13 г. Формат 60841/16 Бумага офсетная. № 1. Гарнитура Таймс.

Заказ № 1519. Печать оперативная. Усл. печ. л. 0,91 Тираж 100 экз.

Отпечатано в издательстве учебной и научной литературы Поволжского государственного университета телекоммуникаций и информатики 443090, г. Самара, Московское шоссе, 77.

т. (846) 228-00-

 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.