Geum.ru

Національний університет «львівська політехніка» демидов іван васильович

Вид материалаАвтореферат

Содержание


Основні результати та висновки
Основні роботи, опубліковані за темою дисертації
Ключові слова
Ключевые слова
Перелік умовних скорочень
Подобный материал:
1   2

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ТА ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі вирішено наукову задачу підвищення ефективності управління потоками в MPLS-мережах шляхом розроблення методів розподілу трафіку та способу оптичного передавання, що забезпечують більш повне використання мережних ресурсів фізичного та канального рівнів і збільшення загального рівня продуктивності, незалежно від рівня завантаження мережної системи.

Основні результати роботи полягають у наступному:
  1. У роботі проведено аналіз і дослідження особливостей формування трафіку в мережах з мультипротокольною комутацією за мітками. Існуючі методи управління потоками не вирішують проблеми гіперагрегації, що виникає внаслідок перевантаження частини маршрутів, утворених за критерієм вектор-відстань, не враховуючи стан завантаження всіх потенційно доступних для встановлення маршруту каналів, що приводить до необхідності розроблення нових методів управління потоками для підвищення ефективності використання всіх потенційних ресурсів пропускної здатності мережі, зменшення за рахунок цього ймовірності блокування інформаційних потоків та забезпечення можливості їх динамічного переконфігурування.
  2. У роботі дістали подальший розвиток методи моделювання систем управління потоками в MPLS, оптимізації їх топологічної та алгоритмічної структури на основі прогнозування потокового завантаження за допомогою аналізу топології мережної системи. При цьому досягається утворення структурних кластерів мережної системи, що конфігурують та балансують інформаційні потоки у відповідності із прогнозованими потребами мережі, чим забезпечується підвищення ступеню використання потокових мережних ресурсів на мережному рівні.
  3. У роботі розроблено нові методи управління потоками та алгоритм маршрутизації на основі врахування прогнозованої завантаженості каналів мережної системи, отриманої за допомогою аналізу її топології методами теорії графів із застосуванням матричного числення, проведено моделювання транспортної мережі у режимах низького, середнього та високого завантаження та відповідну експериментальну верифікацію.
  4. На основі зниження коефіцієнта блокування інформаційних потоків у режимі високого завантаження (85-95%) підвищено на 20-30% показники мережної продуктивності – для транспортних мереж рівнів STM-4 і STM-16 – на величини до 16 і 75 Мбіт/с відповідно. Забезпечено стійкість функціонування системи управління потоками в умовах загального перевантаження мережної структури, наприклад протягом годин найбільшого навантаження (ГНН), за рахунок більш ефективного розподілу ресурсів пропускної спроможності мережі. Алгоритмічна складність розроблених алгоритмів є поліноміальною та співмірною із складністю алгоритмів маршрутизації, які використовуються на сучасних транспортних мережах, що дає можливість гнучкої динамічної реконфігурації інформаційних потоків.
  5. Запропоновано метод передавання інформації на основі оптичного кодового мультиплексування каналів з використанням багатофазового керованого циклічного зміщення K інформаційних кодових послідовностей. На відміну від існуючих способів передавання даних, запропонований спосіб дозволяє досягнути більшої гнучкості та продуктивності оптичної системи завдяки незначним апаратним модифікаціям – уведенню лінійки керованих, синхронізованих із еталонною кодовою послідовністю оптичних ключів. Запропонований спосіб оптичного передавання забезпечує підвищення кількості інформаційних потоків, що незалежно мультиплексуються в одному оптичному спектральному каналі, тобто підвищення гнучкості керування його пропускною здатністю як мінімум у 7,5 разів (у випадку, якщо К=16) та підвищення пропускної здатності у одиниці разів (у залежності від обраного методу кодування інформації, виду інформаційних кодових послідовностей, дисперсійних властивостей оптичних волокон) за рахунок того, що застосовують керовані багатопозиційні (1…16) циклічні фазові зміщення 15 ортогональних кодових слів, відносно призначеного опорного кодового слова. При цьому зменшуються технологічні втрати невикористаної пропускної спроможності високошвидкісних оптичних каналів мережної системи та зростає її продуктивність.
  6. На основі результатів досліджень особливостей побудови мережно-залежних рівнів оптичних мереж запропоновано адаптивну гібридну низькорівневу архітектурну платформу для кластера інтегральної оптичної мережі на основі способу оптичного передавання інформації з використанням багатофазного кодового мультиплексування каналів, яка дозволила значно підвищити ефективність розподілу пропускної здатності високошвидкісних оптичних каналів інфраструктури доступу за рахунок використання великої кількості незалежно мультиплексованих кодових каналів, утворених на одній оптичній несучій.
  7. Апробовано створені методи конфігурування управляючих систем та управління інформаційними потоками шляхом проведення моделювання і розрахунків завантаження та потокової продуктивності існуючих транспортних мережних систем, зокрема міської мережі передавання даних м.Львова ВАТ «Укртелеком», використовуючи порівняння із реальними результатами, отриманими при конфігуруванні інформаційних потоків під час реорганізації мережі.


ОСНОВНІ РОБОТИ, ОПУБЛІКОВАНІ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ
  1. Деклараційний патент на корисну модель, МПК (2009) H04J 13/02. Cпосіб оптичного передавання з кодовим розділенням каналів / Климаш М.М., Демидов І.В., Андрухів Т.В., Романчук В.І. (Україна).   U200907598; Заявл. 20.07.2009; Опубл. 10.11.2009. Бюл. № 21, 2009. – 3 с.
  2. Климаш М.М. Особливості розвитку архітектури низькорівневих платформ передавання даних для мультисервісних мереж нового покоління / Климаш М.М., Демидов І.В., Андрухів Т.В., Самер Аввад // Збірник наукових праць ІПМЕ НАН України.   К., 2008. – Вип.49. –– С.188-195.
  3. Климаш М.М. Системний підхід до оптимізації мережно-залежних рівнів транспортних мереж наступного покоління / Климаш М.М., Демидов І.В. // Радиотехника. – 2008. – Вып. 155. – С.87 – 90.
  4. Климаш М.М. Дослідження розвитку технологій радіодоступу та інтегрованої 4G-WiMAX-Wi-Fi архітектури / Климаш М.М., Демидов І.В., Самер Аввад // Моделювання та інформаційні технології. Збірник наукових праць ІПМЕ НАН України. – К., 2008. – Вип.49. – С. 58-63.
  5. Климаш М.М. Дослідження особливостей розвитку архітектури та технологій WiMAX-орієнтованих інтегрованих радіомереж доступу 4G / Климаш М.М., Демидов І.В., Самер Аввад // Наукові записки УНДІЗ. – К., 2008, – №4 (6). – С.37-47.
  6. Климаш М.М. Дослідження ефективності апріорних підходів до маршрутизації потоків в транспортних оптичних мережах / Климаш М.М., Демидов І.В., Андрухів Т.В. // Наукові записки УНДІЗ. – К., 2008, – №1 (3). – С.19-22.
  7. Деклараційний патент на корисну модель, МПК (2006) H04J 13/02. Cпосіб оптичного передавання з кодовим розділенням каналів / Климаш М.М., Демидов І.В., Андрухів Т.В. (Україна).   U200800011; Заявл. 02.01.2008; Опубл. 10.06.2008. Бюл. № 11, 2008. – 3 с.
  8. Климаш М.М. Аналіз та дослідження механізмів маршрутизації в транспортних інфокомунікаційних мережах / Климаш М.М., Демидов І.В. // Радиотехника. – 2007. – Вып. 151. – С.49 – 56.
  9. Климаш М.М. Метод оптимізації конфігурації розподілених підсистем управління інформаційними транспортними мережами з використанням підходів матричного топологічного аналізу / Климаш М.М., Демидов І.В. // Технічні науки. Вісник Хмельницького національного університету. – Хмельницький, 2007. – Т.2(90), №2. – С.185-188.
  10. Климаш М.Н. Анализ и исследование эффективности совмещения потоковых и пакетных технологий в транспортных сетях / Климаш М.Н., Демидов И.В. // Радиотехника. – 2007. – Вып. 148.– С.107 – 111.
  11. Климаш М.М. Керування структурою потоків оптичної транспортної мережі за топологічними критеріями / Климаш М.М., Демидов І.В., Андрухів Т.В. // Зв’язок. – 2007. – №1. – С.10 – 12.
  12. Климаш М.М. Аналіз якості функціонування транспортних оптичних DWDM систем / Климаш М.М., Демидов І.В., Олексін М.І. // Зв’язок. – 2006. – №7. – С.9-13.
  13. Климаш М.М. Аналіз конфігурації та параметрів DWDM систем оптичних магістральних трактів / Климаш М.М., Демидов І.В., Чайковський І.Б. // Радіоелектроніка та телекомунікації. Вісник Національного університету “Львівська політехніка”. – Львів, 2006. – №557. – С.85-94.
  14. Климаш М.М. Матричний метод оптимізації топологій мережевих структур / Климаш М.М., Демидов І.В. // Комп’ютерні технології друкарства: Зб. наук. пр. – Львів: Українська Академія Друкарства, 2006. – №16. – С. 211-220.
  15. Тимченко О.В. Метод оптимізації динамічної маршрутизації оптичної мережі / Тимченко О.В., Демидов І.В. // Моделювання та інформаційні технології. Зб. наук. пр. ІПМЕ НАН України. – К., 2006. – Вип.32.– С.207-215.
  16. Тимченко О.В. Оптимізація маршрутизації інформаційних потоків у мережевих структурах за критерієм мінімальної затримки пакету / Тимченко О.В., Демидов І.В. // Моделювання та інформаційні технології. Зб. наук. пр. ІПМЕ НАН України. – К., 2006. – Вип.37.– С.203-210.
  17. Тимченко О.В. Аналіз структури цифрової первинної мережі передавання даних ВАТ «Укртелеком» / Тимченко О.В., Демидов І.В. // Моделювання та інформаційні технології. Зб. наук. пр. ІПМЕ НАН України. – К., 2006. – Вип.36. – С.190-196.
  18. Тимченко О.В. Особливості комплексного аналізу мереж із застосуванням комутаційних матриць / Тимченко О.В., Демидов І.В. // Моделювання та інформаційні технології. Зб. наук. пр. ІПМЕ НАН України. – К., 2005. – Вип.29. – С.161-168.
  19. Тимченко О.В. Мережна маршрутизація за екстремальним критерієм завантаженості комутаційної матриці / Тимченко О.В., Демидов І.В. // Збірник наукових праць ІПМЕ НАН України.   К., 2004. – Вип.26. –– С.48-54.
  20. Тимченко О.В. Дослідження структурної завантаженості мережі шляхом аналізу топології комутаційної матриці / Тимченко О.В., Демидов І.В. // Моделювання та інформаційні технології. Збірник наукових праць ІПМЕ НАН України. – К., 2004. – Вип.28. – С.171-177.
  21. Ефективність управління інформаційними потоками в MPLS-мережах / [Демидов І.В., Климаш М.М.] // Матеріали ІІІ Міжнародного науково-технічного симпозіуму «Нові технології в телекомунікаціях», 2-5 лютого 2010 р.: Збірник тез. К.: ДУІКТ, 2010. – С. 19-20.
  22. Demydov I.V. An Approach to the Flexible Information/Service Workflow Managing in Distributed Networked Architectures / Demydov I.V., Kryvinska N., Klymash M.M. // The International Workshop on Design, Optimization and Management of Heterogeneous Networked Systems (DOM-HetNetS’09), in conjunction with the 38th International Conference on Parallel Processing (ICPP-2009), September 22nd -25th, 2009. - Vienna, Austria, 2009. - P. 236-242.
  23. The Tasks of Physically-Channel Architectural Synthesis in the Process of the 4G Computer-Integrated Mobile Network Systems Development / [Ivan Demydov, Mykhailo Klymash, Samer Awwad] // Матеріали 10-ї Міжнародної науково-технічної конференції «Досвід розробки та застосування приладо-технологічних САПР в мікроелектроніці». – Львів – Поляна, Україна, 2009. – P. 223 – 224.
  24. Дослідження особливостей розвитку інтегрованої 4G-WiMAX-Wi-Fi архітектури / [Демидов І.В., Самер Аввад] // Матеріали Науково-практичної конференції „Сучасні проблеми телекомунікацій – 2008”, 29-30 жовтня 2008 р. – Львів, 2008. – С.13-15.
  25. Багатофазне кодове розділення каналів в оптичних мережах доступу / [Климаш М.М., Демидов І.В., Бенбіхі Імад] // Матеріали Міжнародної науково-технічної конференції «Проблеми телекомунікацій-2008» (ПТ-08): Збірник тез. – К.: НТУУ «КПІ», 2008, – С.205-206.
  26. An A priory Routing Mechanisms Application in Transport Informational Networks / [Mykhailo Klymash, Ivan Demydov] // Матеріали Міжнародної науково-технічної конференції «Сучасні проблеми радіоелектроніки, телекомунікацій та комп’ютерної інженерії». – Львів-Славсько, Україна, 2008. – Р. 432 – 434.
  27. Метод конфігурування розподілених підсистем управління інформаційними транспортними мережами / [Демидов І.В., Климаш М.М.] // Матеріали Першої науково-технічної конференції «Проблеми телекомунікацій-2007» (ПТ-07): Збірник тез. – К.: НТУУ «КПІ», 2007. – С. 151-152.
  28. Метод оптимізації конфігурації розподілених підсистем управління інформаційними транспортними мережами з використанням підходів матричного топологічного аналізу / [Климаш М.М., Демидов І.В.] // Реферативний збірник наукових праць за результатами Міжнародної Науково-практичної Конференції «Комп’ютерні системи в автоматизації виробничих процесів – 2007» (КСАВП – 2007). – Хмельницький, Україна, 2007. – С. 48.
  29. The Matrix Method of Network Structures’ Topologies Optimization / [Mykhailo Klymash, Ivan Demydov] // Матеріали 9-ї Міжнародної науково-технічної конференції «Досвід розробки та застосування приладо-технологічних САПР в мікроелектроніці». – Львів - Поляна, Україна, 2007. – P. 298 – 301.
  30. Оптимізація динамічної маршрутизації оптичних мереж шляхом аналізу матриць суміжності / [Тимченко О.В., Демидов І.В.] // Матеріали ХХV Науково-технічної конференції “Моделювання“ ІПМЕ НАН України, 13 січня 2006 року. – К., 2006. – 38 с. – С.31-32.
  31. DWDM – Technology; a Noise Immunity and Qualitative Analisys of Operation / [Mykhailo Klymash, Ivan Demydov] // Матеріали 9-ї Міжнародної науково-технічної конференції «Сучасні проблеми радіоелектроніки, телекомунікацій та комп’ютерної інженерії». – Львів-Славсько, Україна, 2006. – Р. 535 – 538.
  32. Алгоритми глобальної динамічної маршрутизації на основі аналізу матриць суміжності / [Тимченко О.В., Демидов І.В.] // Матеріали Науково-практичної конференції „Сучасні проблеми телекомунікацій – 2005”, 20-23 жовтня 2005 р. – Львів, 2005. – С.17-20.
  33. Оптимізація динамічної маршрутизації оптичних мереж шляхом аналізу матриць суміжності / [Тимченко О.В., Демидов І.В.] // Матеріали ХХIV Науково-технічної конференції “Моделювання“ ІПМЕ НАН України, 11-12 січня 2005 року. – К., 2005. – 46 с. – С.34-35.

Анотація

Демидов І.В. Підвищення ефективності управління потоками в транспортних мережах з мультипротокольною комутацією за мітками. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.12.02 – телекомунікаційні системи та мережі. – Національний університет «Львівська політехніка», Львів, 2010.

Дисертаційну роботу присвячено дослідженню ефективності управління потоками в мережах з мультипротокольною комутацією за мітками, розробленню методів, апаратних та програмно-алгоритмічних засобів, які забезпечують її підвищення.

У роботі дістали подальший розвиток методи моделювання та управління потоками в MPLS-мережах на основі прогнозування потокового завантаження за допомогою аналізу топології мережної системи. Розроблено алгоритми маршрутизації, що враховують прогнозовану завантаженість каналів мережної системи, отриману за допомогою аналізу її топології методами теорії графів із застосуванням матричного числення, проведено їх моделювання та експериментальну верифікацію, що підтверджує підвищення на 20-30% показників мережної продуктивності та стійкості функціонування системи управління потоками в умовах загального перевантаження мережної структури, за рахунок більш ефективного розподілу ресурсів пропускної спроможності мережі. Алгоритмічна складність розроблених алгоритмів є поліноміальною та співмірною із складністю алгоритмів маршрутизації, які використовуються на сучасних транспортних мережах, що дає можливість гнучкої динамічної реконфігурації інформаційних потоків.

У роботі запропоновано адаптивну гібридну низькорівневу архітектуру для кластера доступу інтегральної оптичної MPLS мережі на основі способу оптичного передавання інформації з використанням багатофазного кодового мультиплексування каналів, яка дозволила значно підвищити ефективність розподілу пропускної здатності високошвидкісних оптичних каналів інфраструктури доступу за рахунок використання великої кількості незалежно мультиплексованих кодових каналів, утворених на одній оптичній несучій.

Ключові слова: MPLS, FO-CDMA, оптичні транспортні мережі, мережі наступного покоління, маршрутизація та управління потоками, топологія мережі, комутація блоків даних, відмовостійка маршрутизація.

Аннотация

Демидов И.В. Повышение эффективности управления потоками в транспортных сетях с мультипротокольной коммутацией по меткам.– Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.12.02 – телекоммуникационные системы и сети. – Национальный университет «Львивська политехника», Львов, 2010.

Диссертационная работа посвящена исследованию эффективности управления потоками в сетях с мультипротокольной коммутацией по меткам, разработке методов, аппаратных и программно-алгоритмических средств, обеспечивающих ее повышение.

В работе получили дальнейшее развитие методы моделирования и управления потоками в MPLS-сетях на основании прогнозирования потоковой загруженности с помощью анализа топологии сетевой системы. Разработаны алгоритмы маршрутизации, учитывающие прогнозируемую загруженность каналов сетевой системы, полученную с помощью анализа ее топологии методами теории графов с применением матричного исчисления, проведены их моделирование и экспериментальная верификация, подтверждающие повышение на 20-30% показателей сетевой производительности и устойчивости функционирования системы управления потоками в условиях общей перегрузки сетевой структуры, за счет более эффективного распределения ресурсов пропускной способности сети. Алгоритмическая сложность разработанных алгоритмов является полиномиальной и соизмерима со сложностью алгоритмов маршрутизации, которые используются на современных транспортных сетях, что предоставляет возможность гибкой динамичной реконфигурации информационных потоков.

В работе предложена адаптивная гибридная низкоуровневая архитектура для кластера доступа интегральной оптической MPLS-сети на основании способа оптической передачи информации с использованием многофазного кодового мультиплексирования каналов, которая позволила значительно повысить эффективность распределения пропускной способности высокоскоростных оптических каналов инфраструктуры доступа за счет использования большого количества независимо мультиплексируемых кодовых каналов, образованных на одной оптической несущей.

Ключевые слова: MPLS, FO-CDMA, оптические транспортные сети, сети следующего поколения, маршрутизация и управление потоками, топология сети, коммутация блоков данных, отказоустойчивая маршрутизация.

Annotation

Demydov I.V. The data flow control efficiency increasing in backbone networks with MultiProtocol Label Switching. – Manuscript.

A thesis submitted in fulfilment of the Ph.D. degree in technical sciences on specialty 05.12.02 – telecommunication networks and systems. – Lviv Polytechnic National University, Lviv, 2010.

The thesis is devoted to research the effectiveness of flow management in networks with Multiprotocol Label Switching, (MPLS), elaboration of methods, hardware, software and algorithmic tools to ensure its improvement. The effectiveness of flows’ managing in such networks is determined simultaneously by several interrelated variables: the performance of network system, the utilization index of existing network resources, set in line to the used configuration methods of information flows and network systems’ equipment that enable its sustainable operation in conditions close to full load. The paper presents methods for flow control and configuration of MPLS networking systems on the basis of the information flow distribution forecasting results by network topology analyzing with methods of graph theory and matrix calculus.

Existing methods for the flow managing not offers a solution of hyper-aggregation problems arising from overload of the tracks formed by the vector-distance criterion, excluding the loading status of all potentially available channels to establish a route that leads to the necessity of solving the problem of flow management to improve the efficiency of all potential resources network bandwidth utilization, reducing the expense of the probability of information flow blocking and allow their dynamic re-configuration.

The work results with further development of modeling techniques and configuration management systems’ flows in MPLS-based streaming load forecasting by analyzing the topology of the network system. This is achieved by the formation of clusters of network structural system that configures and balances information flows in accordance with the projected needs of the network, which ensures efficiency streaming network resources utilization. A routing algorithms that take into account projected workload of the network system channels are obtained by analyzing its topology and graph theory methods using matrix calculus, conducted their modeling and experimental verification that shows the flow management system performance stability increasing and network performance indexes on amount of 20-30% in a general overload of the network structure, due to more efficient resource allocation of network bandwidth. Algorithmic complexity of the developed algorithms are polynomial and corresponding to the complexity of the routing algorithms used in modern transportation networks, which enables flexible dynamic reconfiguration of information flow.

Described in this thesis algorithms and mechanisms constitute a synthesized adaptive foundation for the routing processes optimization. They are built and implemented using known classical algorithmic solutions. These mechanisms allow reducing the set of solutions to the desired. With them the best workflow management option can be selected, for instance: with minimum possible delay; or maximal possible probability/reliability of the workflow establishment; with the network resistance to the overloads and, consequently, network traffic alignment.

The thesis proposed a hybrid adaptive low-level architecture at ISO/OSI physical and channel levels for cluster of integrated optical MPLS access network based on optical transmission of information using multi-phase channel code division multiplexing method, which has greatly enhanced the efficiency of the capacity distribution of optical channels at high-speed access infrastructure by using a large number of independently multiplexing code channels formed at the same optical carrier wavelength.

Key words: MPLS, FO-CDMA, optical transport networks, next generation networks, routing and flow control, network topology, switching blocks of data, fault-tolerant routing.

ПЕРЕЛІК УМОВНИХ СКОРОЧЕНЬ


ГНН – години найбільшого навантаження.

ЕВЛ – елемент віртуальної ланки – елемент матриці суміжності, який відповідає ланці мережі, що побудована на початковому і кінцевому вузлах маршруту (фізично ланка може не існувати).

ЕМВВС – Еталонна модель взаємодії відкритих систем.

ІСУП – інформаційна система управління потоками.

DWDM – щільне оптичне спектральне мультиплексування.

FO-CDMA – технологія оптичного передавання з кодовим мультиплексуванням каналів.

ІР – Інтернет протокол.

LSP – шлях, комутований за мітками.

MPLS – мультипротокольна комутація за мітками.

PON – пасивна оптична мережа.

SDH – синхронна цифрова ієрархія транспортних потоків.

STM – рівень потоків синхронної цифрової ієрархії (STM-4 – 622 Мбіт/с, STM-16 – 2,4 Гбіт/с).

VCD – покроковий алгоритм маршрутизації від вузла до вузла з «віртуальним відхиленням» (перебором) можливих шляхів (Virtual Circuit Deflection).


Здано в набір 08.08.2010. Підписано до друку 31.08.2010.

Формат 60х90 1/16. Зам. № 1542.

Тираж 150 прим. Обсяг 0,9 друк. арк.

Віддруковано на видавничому устаткуванні фірми RISO

у друкарні ПП «Арк-сервіс»

79005, м. Львів, вул. Драгоманова, 16.