Способ скорейшего обнаружения момента возникновения перегрузки пуассоновского IP телетрафика Российский патент 2020 года по МПК H04L12/801 

Описание патента на изобретение RU2728948C1

Изобретение относится к области управления потоком или управления перегрузкой каналов связи и может быть использовано для обеспечения требований качества обслуживания (QoS) при передаче пуассоновского телекоммуникационного IP трафика.

Способность данного технического решения работать со всеми типами пакетного трафика с интенсивностью поступления распределенной по закону Пуассона, независимо от используемой среды передачи, позволяет использовать его в любых пакетных IP системах передачи данных подчиняющихся закону Пуассона.

21 век является веком широкой информатизации всех сфер жизнедеятельности человека. Информация является достоянием всего человечества и новой производительной силой.

Основными устройствами, организующими маршрут, порядок отправки, приоритет IP пакетов и, следовательно, обеспечивающими выполнение требований к качеству обслуживания (QoS), являются коммутаторы и маршрутизаторы.

Используемые в настоящее время в телекоммуникационном оборудовании, методы обеспечения качества обслуживания, достаточно эффективно борются с перегрузками в рамках имеющихся ресурсов, но обладают одним серьезным недостатком, заключающимся в отсутствии эффективных способов скорейшего обнаружения момента возникновения перегрузки узлового оборудования.

О перегрузке зачастую становится известно лишь по косвенным признакам.

Способы, описанные в RU 2510143, RU 2543996, RU 2660598, для обнаружения факта перегрузки используют информацию о превышении установленного порога величины задержки, количестве потерянных из-за отказа в обслуживании или превышении времени жизни пакетов, уровня заполненности буферов, числа активных пользователей или совокупности этих признаков.

Эти признаки имеют место быть, когда перегрузка уже оказала негативное воздействие или произошел всплеск нагрузки, который может быть сглажен. О скорейшем обнаружении здесь говорить не приходится, даже если используются высокоскоростные линии обратной связи.

Так как от задержки реакции на перегрузку напрямую зависит эффективность работы методов QoS (Quality of Service), то проявляется объективная необходимость использования при обеспечении качества обслуживания технических решений способных скорейшим образом обнаруживать момент возникновения перегрузки.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному способу и выбранным в качестве прототипа является способ описанный в Столингс В. Современные компьютерные сети. 2-е изд. - СПб.: Питер, 2003.

Сущность данного способа заключается в том, что в пакетной телекоммуникационной сети проводят отбрасывание пакетов даже при наличии свободного места в очереди, при этом в качестве уровня перегрузки используют взвешенное значения длины очереди полученное методом произвольного раннего обнаружения RED (Random Early Detection).

Для этого:

1. Вычисляют средний размер очереди по формуле:

где: n - экспоненциальный весовой коэффициент очереди; Lnped - средний размер очереди на предыдущем шаге; Lmek - текущий размер очереди.

2. Представляют вероятность отбрасывания пакетов функцией вида

или

где: Pomk - вероятность отказа в обслуживании согласно требованиям к QoS, Lmax - максимальный порог среднего размера очереди, Lmin - минимальный порог среднего размера очереди, count - счетчик пакетов.

3. Отбрасывают пакеты на участках: [Lmin; Lmax] - происходит постепенное нарастание вероятности отбрасывания пакетов (прямолинейно или экспоненциально); (Lmax; ∞) - отбрасывание всех пришедших пакетов. При [0; Lmin) отбрасывание пакетов не проводят.

Способ прототип имеет следующие недостатки.

1. Реагирует только на длительную перегрузку без учета моментальных всплесков телекоммуникационного трафика изменяющих вид закона распределения входного потока.

2. Не учитывает параметры закона распределения вероятностей входного потока пакетов.

3. Не обнаруживает скорейшим образом момент изменения параметра закона распределения Пуассона.

Задача, которую решает предлагаемый способ, заключается в повышении качества обслуживания телекоммуникационного трафика посредством скорейшего обнаружения перегрузки с использованием математического аппарата теории скорейшего обнаружения.

Технический результат заключается в скорейшем обнаружении момента возникновения перегрузки пуассоновского IP телетрафика для повышения качества обслуживания телекоммуникационного трафика.

Для решения этой задачи предлагается способ скорейшего обнаружения момента возникновения перегрузки пуассоновского IP телетрафика, заключающийся в том, что:

1. С интерфейса оператора 8 вводят в блок принятия решения о перегрузке 7 вероятность ложной тревоги.

2. К одному из выходов маршрутизатора 3 подключают сниффер 4.

3. Сниффер 4, являющийся компьютером с установленным на нем специальным программным обеспечением, собирает данные о входном трафике 1 маршрутизатора 3 (время прихода пакета, размер пакета), для каждой очереди. При этом в соответствии с классической моделью описания поступления трафика, при каждом измерении в течение Т секунд, анализатор нагрузки (сниффер) выдает случайные числа Ni, i=1, 2, … объема трафика (количества пакетов), распределенные по закону Пуассона

где λi есть нагрузка (интенсивность) трафика в i-ом измерении. Безопасный уровень нагрузки имеет место, если λi0. После появления в неизвестный момент времени θ нежелательных событий, величины λi изменяются от λ0 до λ1, λ10.

Отсчеты пуассоновского процесса Ni, i=1, 2, … на непересекающихся интервалах статистически независимы.

4. Данные о входном трафике со сниффера 4 передают на блок скорейшего обнаружения момента перегрузки 5. Функционал данного блока обеспечивают специализированным программным обеспечением, реализующим когнитивный метод скорейшего обнаружения момента внезапного возникновения перегрузки.

Скорейшее обнаружение изменения параметра интенсивности входного потока пакетов λ, распределения закона Пуассона, производят следующим образом.

Для вычисления эффективности статистической процедуры в задаче последовательного обнаружения момента изменения вводят два критерия (показателя): ложная тревога в контролируемом состоянии и задержка обнаружения в неконтролируемом состоянии. Критерий ложной тревоги определяют как который также называют среднее время до подачи ложной тревоги при подконтрольном состоянии. Здесь момент изменения θ=∞ означает, что изменения нет.

Скорейшее обнаружение производят последовательным различением простой нулевой гипотезы

H : Ni ∝ P (⋅) для всех i≥1 (т.е. нет изменения),

относительно сложной альтернативной гипотезы

для некоторого неизвестного θ=1, 2, 3, ….

В задаче различения двух гипотез (H0 и Н) применяют отношение правдоподобия

Так как отношение правдоподобия (5) не может быть вычислено, поскольку числовой неслучайный параметр θ здесь не известен, применяют статистику

Вычисление точной верхней грани обобщенного отношения правдоподобия (6) сводят к нахождению максимального члена в конечном множестве значений отношений правдоподобия

5. Производят зацикливание функционирования блоков 3, 4 и 5 до момента обнаружения изменений параметра закона распределения Пуассона.

6. Полученные с блока 5 значения θ и Lm передают в блок принятия решения о перегрузке 7. Если Lm≥h, то принимается решение в пользу гипотезы H0 (в противном случае Н), где h - пороговое значение, устанавливаемое потребителем.

7. Передают информацию о возникновении перегрузки в блок обеспечения качества обслуживания 6. Данный блок содержит набор механизмов доступных маршрутизатору для борьбы с перегрузками.

8. Блок обеспечения качества обслуживания 6 формирует управляющие воздействия в соответствии с алгоритмами обеспечения QoS и передает их на узел коммутации 3 для корректировки его работы и отправки сообщений другим узлам через линии обратной связи совместно с выходным трафиком 2.

«Промышленная применимость» способа обусловлена наличием возможности реализовать его на штатных ЭВМ, путем установки дополнительного программного обеспечения и соединения их по технологии Ethernet с маршрутизатором узла.

Сопоставление заявленного способа скорейшего обнаружения момента возникновения перегрузки пуассоновского IP телетрафика с прототипом показывает, что заявленный способ существенно отличается от прототипа.

Общие признаки заявляемого способа и прототипа:

1. Информацию о перегрузке используют стандартные механизмы борьбы с перегрузками (профилирование и формирование потока).

2. Получают текущие характеристики входного телекоммуникационного трафика и параметры узла коммутации.

Отличительные признаки предлагаемого решения.

1. Используют метод обнаружения перегрузки основанный на скорейшем обнаружении момента изменения параметра пуассоновского закона распределения вероятностей.

Графические материалы, используемые для иллюстрации предлагаемого решения:

Фиг. 1 - функциональная схема способа скорейшего обнаружения момента возникновения перегрузки пуассоновского IP телетрафика.

Для экспериментальной проверки работоспособности был взят маршрутизатор Dionis-TS/FW. В нем были сконфигурированы 3 приоритетные очереди типа FIFO с ограниченным объемом буфера.

С использованием специального программного обеспечения был сгенерирован телекоммуникационный трафик с параметрами закона распределения объема данных из таблицы 1.

Перегрузка имитировалась случайными всплесками нагрузки.

В таблице 2 представлены результаты экспериментального исследования разработанного способа в сравнении со способом прототипом.

Похожие патенты RU2728948C1

название год авторы номер документа
Способ повышения качества передачи фрактального телекоммуникационного трафика 2017
  • Мартьянов Анатолий Николаевич
  • Белов Павел Юрьевич
  • Филатов Владимир Иванович
RU2677373C1
Способ динамического квазиоптимального распределения производительности при обработке фрактального трафика реального времени в системах с отказами 2020
  • Мартьянов Анатолий Николаевич
  • Белов Павел Юрьевич
  • Воронин Олег Игоревич
RU2742038C1
Способ динамического распределения производительности при обработке фрактального трафика реального времени в системах с гарантированным обслуживанием 2021
  • Мартьянов Анатолий Николаевич
  • Белов Павел Юрьевич
  • Окороков Максим Владимирович
RU2759003C1
Способ динамического распределения производительности при обработке фрактального трафика реального времени с использованием попарного агрегирования слабокоррелируемых потоков 2022
  • Мартьянов Анатолий Николаевич
  • Белов Павел Юрьевич
  • Козлов Евгений Владимирович
RU2790552C1
Способ резервирования пропускной способности для агрегированного фрактального трафика с адаптацией к текущей нагрузке 2023
  • Сыцевич Николай Федорович
  • Белов Павел Юрьевич
  • Мирошник Константин Сергеевич
RU2804500C1
СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ МЕХАНИЗМАМИ ОБЕСПЕЧЕНИЯ КАЧЕСТВА ОБСЛУЖИВАНИЯ В МУЛЬТИСЕРВИСНОЙ СЕТИ СВЯЗИ 2016
  • Крюков Олег Витальевич
  • Остриков Алексей Юрьевич
  • Царев Михаил Сергеевич
RU2622632C1
Методика оценки параметров качества обслуживания с использованием аналитической и имитационной модели инфокоммуникационной сети с обработкой трафика реального времени 2021
  • Резяпкина Магдалина Игоревна
  • Буранова Марина Анатольевна
RU2776023C1
СПОСОБ И СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ПОЛОСОЙ ПРОПУСКАНИЯ 2011
  • Джезмундо Винченцо
  • Маркезе Марио
  • Монджелли Маурицио
RU2597227C2
Способ управления очередями в маршрутизаторах транспортной сети связи 2018
  • Трегубов Роман Борисович
  • Андреев Сергей Юрьевич
  • Стремоухов Михаил Владимирович
  • Козлов Сергей Викторович
  • Васинев Дмитрий Александрович
  • Чан Хюи Дык
RU2696218C1
СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ В МУЛЬТИСЕРВИСНЫХ СЕТЯХ СВЯЗИ 2020
  • Крюков Олег Витальевич
  • Остриков Алексей Юрьевич
  • Ульянов Илья Владимирович
RU2744775C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 728 948 C1

Реферат патента 2020 года Способ скорейшего обнаружения момента возникновения перегрузки пуассоновского IP телетрафика

Изобретение относится к области управления потоком или управления перегрузкой каналов связи и может быть использовано для обеспечения требований качества обслуживания (QoS) при передаче пуассоновского телекоммуникационного IP трафика через узел коммутации, испытывающий перегрузку. Технический результат заключается в скорейшем обнаружении момента возникновения перегрузки пуассоновского IP телетрафика для повышения качества обслуживания телекоммуникационного трафика. Способ скорейшего обнаружения момента возникновения перегрузки пуассоновского IP телетрафика заключается в том, что в режиме реального времени при помощи программы сниффера производят определение интенсивности входного потока пакетов, обнаруживают изменение параметра интенсивности закона распределения Пуассона, передают информацию о перегрузке устройству организующему обеспечение качества обслуживания, отличающийся тем, что посредством вычисления точной верхней грани обобщенного отношения правдоподобия и сравнения полученного значения с порогом, установленным потребителем, производят скорейшее обнаружение момента изменения параметра интенсивности пуассоновского закона распределения вероятностей, свидетельствующего о начале перегрузки. 1 ил., 2 табл.

Формула изобретения RU 2 728 948 C1

Способ скорейшего обнаружения момента возникновения перегрузки пуассоновского IP телетрафика, заключающийся в том, что в режиме реального времени при помощи программы сниффера производят определение интенсивности входного потока пакетов, обнаруживают изменение параметра интенсивности закона распределения Пуассона, передают информацию о перегрузке устройству, организующему обеспечение качества обслуживания, отличающийся тем, что посредством вычисления точной верхней грани обобщенного отношения правдоподобия и сравнения полученного значения с порогом, установленным потребителем, производят скорейшее обнаружение момента изменения параметра интенсивности пуассоновского закона распределения вероятностей, свидетельствующего о начале перегрузки.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2020 года RU2728948C1

КОНТРОЛЬ ПЕРЕГРУЗОК У МОБИЛЬНЫХ ОБЪЕКТОВ 2014
  • Миклош Дьердь
  • Шлива-Бертлинг, Пауль
  • Панкорбо Маркос Мария
RU2660598C1
Способ повышения качества передачи фрактального телекоммуникационного трафика 2017
  • Мартьянов Анатолий Николаевич
  • Белов Павел Юрьевич
  • Филатов Владимир Иванович
RU2677373C1
RU 2003119877 A, 10.01.2005
УПРАВЛЕНИЕ БИТОВОЙ СКОРОСТЬЮ АДАПТИВНОГО МУЛЬТИСКОРОСТНОГО КОДЕКА В СИСТЕМЕ БЕСПРОВОДНОЙ СВЯЗИ 2009
  • Аланара Сеппо М.
RU2450485C2
Аппарат для очищения воды при помощи химических реактивов 1917
  • Гордон И.Д.
SU2A1

RU 2 728 948 C1

Авторы

Мартьянов Анатолий Николаевич

Белов Павел Юрьевич

Качанов Алексей Юрьевич

Даты

2020-08-03Публикация

2019-04-15Подача