Анотація до роботи:

Єременко О.С. Модернізація управління повторними передачами на транспортному рівні базової TCP/IP мережі наступного покоління. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.12.02 – телекомунікаційні системи та мережі. – Харківський національний університет радіоелектроніки, Харків, 2008.

У дисертації отримано нові науково обґрунтовані результати в області телекомунікаційних систем та мереж, що в сукупності вирішують важливу науково-прикладну задачу – підвищення продуктивності з'єднань ТСР шляхом модернізації методу управління тайм-аутом повторної передачі (Retransmission Timeout, RTO) протоколу ТСР на основі впровадження процедури оптимальної лінійної фільтрації Калмана-Б’юсі (ФКБ). Використання запропонованого методу дозволяє підвищити продуктивність з'єднань ТСР за рахунок зменшення часу простою. Експериментальні дослідження реалізацій з'єднань ТСР показали, що процес зміни часу кругового обігу (Round-Trip Time, RTT) не суперечить марківському. Запропоновано модернізувати метод визначення RTO шляхом впровадження на ланці оцінювання RTT процедуру ФКБ. Вказана модернізація призводить до збільшення швидкості передачі від модуля ТСР відправника та продуктивності TCP/IP мережі в цілому. Розроблено аналітичні моделі раунду з'єднання ТСР з повторними передачами по тайм-ауту як системи масового обслуговування та одержано його показники якості, які можуть бути використані для практичного аналізу ефекту повторних передач у з'єднаннях ТСР.

У дисертації отримано нові науково обґрунтовані результати в області телекомунікаційних систем та мереж, що в сукупності вирішують важливу науково-прикладну задачу – підвищення продуктивності з'єднань ТСР шляхом модернізації методу управління тайм-аутом ПП протоколу ТСР на основі впровадження процедури оптимальної лінійної фільтрації Калмана-Б’юсі. Використання запропонованого методу дозволяє підвищити продуктивність з'єднань ТСР на 3 – 5 % за рахунок зменшення часу простою.

В процесі виконання роботи отримано наукові та практичні результати, які полягають у наступному.

1. Проведено аналіз транспортних протоколів МНП, який показав, що протокол ТСР серед існуючих є найбільш поширеним. Проте до недоліків цього протоколу та його модифікацій відноситься низька ефективність функціонування в умовах передачі різнорідного трафіку. Показано, що одним із напрямків підвищення ефективності ТСР є модернізація методів управління тайм-аутом ПП протоколу ТСР.

2. Проведено аналіз методів управління тайм-аутом ПП протоколу ТСР, який показав необхідність впровадження процедури оптимальної лінійної фільтрації Калмана-Б’юсі.

3. Формалізовано процес ПП сегментів по тайм-ауту у з'єднанні ТСР як СМО з урахуванням параметрів з'єднання і .

4. Проведено експериментальне дослідження статистичних характеристик часових параметрів з'єднання ТСР, яке дозволило перевірити гіпотезу про розподілення значень за Гаусовим законом та експоненціальний характер автокореляційної функції. Виходячи з цього, процес зміни не суперечить марківському і може бути описаним за допомогою рівнянь стану та спостереження.

5. Розроблено стохастичну модель у вигляді рівнянь стану та спостереження, що дозволило зробити висновок про можливість здійснення оцінювання за допомогою процедури оптимальної лінійної фільтрації Калмана-Б’юсі.

6. Розроблено метод оцінювання за допомогою процедури ФКБ, який має такі основні переваги: по-перше, точність оцінювання поточного значення значно вище в порівнянні з точністю відповідних оцінок, передбачених у сучасних стандартах TCP; по-друге, процедура оптимальної лінійної фільтрації дозволяє точніше відповісти на запитання: чи є втрата сегмента дійсним індикатором того, що канал перевантажений. Коефіцієнт посилення фільтра Калмана-Б’юсі залежить від параметрів шуму спостереження, який вибирається як часовий шум, природа якого в похибках вимірювання, дискретизації часових інтервалів, а також у дії реального енергетичного шуму, що заважає вимірюванням. Згідно з експериментальними дослідженнями, шум спостереження може характеризуватися узагальненою дисперсією, вклад в яку вносять всі перераховані компоненти.

5. Запропоновано модернізувати стандартний метод визначення шляхом використання для оцінювання процедури ФКБ. Моделювання модернізованого методу визначення адаптивного тайм-ауту ПП показало, що під час використання оцінювання ФКБ тривалість досягнення сталого стану складає 5 – 6 кроків, що значно оперативніше за час збіжності за методом Ван Джейкобсона. Точність оцінки визначається коефіцієнтом посилення , за допомогою якої можна оцінити сплески значень або як зміни стану мережі, або як випадкові коливання, пов'язані з особливостями функціонування технологій нижчих рівнів та мережних елементів.

6. Проведено дослідження ефективності модернізованого методу визначення тайм-ауту ПП, які показали, що верхня межа оптимального значення , при якому досягається максимальна пропускна спроможність з'єднання, не перевищується. Модернізований метод управління тайм-аутом ПП протоколу ТСР дозволяє збільшити швидкість передачі від модуля ТСР відправника на 3 – 5 %. Час простою при очікуванні скінчення тайм-ауту зменшується в середньому на 5 – 8 %.

7. Розроблено та проаналізовано аналітичні моделі раунду з'єднання ТСР з урахуванням ефекту ПП по тайм-ауту як СМО. Розробка моделі дозволила на основі визначення ймовірностей станів одержати характеристики раунду функціонування з'єднання ТСР. Як параметри моделей обираються фізичні характеристики з'єднання, а саме, пари пов'язаних величин і , які характеризують потоки первинних і повторних передач сегментів, а також їх обслуговування. Експериментально обґрунтовано, що величина часу простою між отриманням підтвердження сегмента та відправки наступного в з'єднанні ТСР як СМО з ПП залежить від прикладної програми, що використовується на вищому рівні, та для досліджуваних з'єднань прагне до нуля. Доведено, що функція наполегливості для даних моделей характеризується тільки ймовірністю повтору після першої втрати, яка дорівнює одиниці внаслідок особливостей протоколу ТСР. Таким чином, у рамках окремого раунду модуль ТСР відправника може розглядатися як абсолютно наполегливий. Проведений розрахунок СМО з повторами для досліджених експериментально з'єднань ТСР показав адекватність розроблених аналітичних моделей та їх застосування під час аналізу процесів у з'єднанні ТСР на практиці.

8. Розроблено рекомендації щодо впровадження модернізованого методу віизначення тайм-ауту ПП у протоколі ТСР. Показано основні чинники, які перешкоджають реалізації модернізацій у протоколі ТСР, причому найважливішим при цьому є необхідність зміни логіки функціонування модулів ТСР усіх елементів мережі. Розроблено структурну схему запропонованого модифікованого методу визначення , яка є розвитком методу Ван Джейкобсона. Запропоновано використовувати як метод аналізу ефекту ПП у з'єднаннях ТСР визначення показників якості раунду. Показано основні напрями модифікацій протоколу ТСР у мобільних мережах, причому застосування процедури ФКБ як оцінювання часу кругового обігу в даному випадку має значні переваги.

Таким чином, досягнуто мету дослідження, яка полягає в підвищенні продуктивності з`єднання ТСР за рахунок використання процедури оптимальної лінійної фільтрації Калмана-Б’юсі при модернізації методу управління тайм-аутом ПП протоколу ТСР.

Публікації автора:

1. Персиков А.В., Еременко А.С., Холод Л.Н. Разработка и исследование производительности анализаторов линий сигнализации // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. – №6. – Харьков. – 2003. – С. 41–46.

2. Персиков А.В., Еременко А.С. Фрактальные методы программной маршрутизации в 3G-сетях. // Всеукраинский межведомственный научно-технический сборник «Радиотехника». – Выпуск 138, Харьков. – 2004. – С. 44–50.

3. Еременко А.С., Персиков А.В. Оптимизация программных комплексов, использующих брокеры объектных запросов // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. – №2. – Харьков. – 2004. – С.19–23.

4. Персиков А.В., Еременко А.С. Создание масштабируемых распределенных хранилищ данных, предназначенных для использования в мультисервисных системах // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. – №4. – Харьков. – 2004. – С. 73–76.

5. Персиков А.В., Еременко А.С. Исследование методов балансировки вычислительной нагрузки инфраструктуры точек доступа к мультисервисным системам // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. – №.5 – Харьков. – 2004. – С.82–87.

6. Еременко А.С., Персиков А.В. Проектирование итерационных многоканальных систем управления в сетях на основе обмена HTTP/XML-сообщениями // Працi УНДIРТ. – №4, Одесса. – 2004. – С.12–16.

7. Еременко А.С. Учет повторных передач при анализе нагрузки сети с коммутацией пакетов системой предбиллинга // Всеукраинский межведомственный научно-технический сборник «Радиотехника». – Выпуск №144, Харьков. – 2006. – С. 117–122.

8. Еременко А.С. Оптимизация алгоритма установления значений адаптивного тайм-аута повторных передач протокола ТСР при помощи фильтрации Калмана. // Всеукраинский межведомственный научно-технический сборник «Радиотехника». – Выпуск № 148, Харьков. – 2007. – С.273–277.

9. Персиков А.В., Черный С.В., Еременко А.С. Некоторые общие вопросы разработки систем защиты авторского права на электронные документы, распространяемые в телекоммуникационных системах. // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. – №.4/2 (28) – Харьков. – 2007. – С.38–42.

10. Еременко А.С., Персиков А.В. Управление передачей трафика транспортной сетью NGN с учетом повторных передач. // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. – №.5/2 (29) – Харьков. – 2007. – С.4–12.

11. Персиков А.В., Еременко А.С. Описание распределенной мультисервисной системы с помощью тензоров состояний // 9-я Международная научная конференция “Теория и техника передачи, приема и обработки информации”: Сб. тезисов докладов по материалам Международной научной конференции. – Харьков: ХНУРЭ, 2003, С. 16–17.

12. Персиков А.В., Еременко А.С. Организация сети провайдеров телекоммуникационных услуг фрактальным методом // Зб. матеріалів Мiжнародної науково-технiчної конференції “Iнтегрованi комп`ютернi технології в машинобудуваннi”. – Харкiв: ХАI, 2003. – С. 151.

13. Еременко А.С. Управление ресурсами в разнотипных сотовых сетях // 10-я Юбилейная международная научная конференция “Теория и техника передачи, приема и обработки информации”: Сб. тезисов докладов по материалам Международной научной конференции. – Харьков: ХНУРЭ, 2004, С. 109–110.

14. Еременко А.С. Особенности моделирования сетей связи фрактальным методом // 8-й Международный молодежный форум “Радиоэлектроника и молодежь в ХХІ веке”: Сб. научных трудов. Ч. 1. – Харьков: ХНУРЭ, 2004. – С. 69.

15. Еременко А.С. Исследование технических аспектов функциони-рования мультисервисных сетей в приложении к задачам маркетинга ТКС // Мiжнародна науково-технiчна конференція “Iнтегрованi комп`ютернi технології в машинобудуваннi ІКТМ-2004”. Тези доповідей. – Харкiв: ХАI, 2004. – С. 263.

16. Еременко А.С. Исследование вопросов интеграции сетей хранения данных в мультисервисные ТКС // 9-й Міжнародний молодіжний форум «Радіоелектроніка і молодь в ХХІ столітті»: Зб. матеріалів форуму. – Харків, ХНУРЕ, 2005. – С. 74.

17. Еременко А.С. Создание системы учета сетевых ресурсов в рамках биллинговой системы IP-сети // II-й Международный радиоэлектронный форум «Прикладная радиоэлектроника. Состояние и перспективы развития» МРФ-2005. Сборник научных трудов. Том IV. Международная конференция «Телекоммуникационные технологии и сети». – Харьков: АНПРЭ, ХНУРЭ. 2005. – С. 86–89.

18. Еременко А.С. Особенности применения методов data mining при анализе мультисервисных сетей // 1-а Мiжнародна конференція “Глобальні інформаційні системи. Проблеми та тенденції розвитку”: Зб. матеріалів конференції – Харків: ХНУРЕ, 2006. – С. 354–355.

19. Еременко А.С. Интеллектульное управление информацией в объединенных сетях // 10-й Ювілейний міжнародний молодіжний форум «Радіоелектроніка і молодь в ХХІ ст.»: Зб. матеріалів форуму. – Харків: ХНУРЕ, 2006. – С. 83.

20. Еременко А.С. Расчет тайм-аута повторных передач протокола ТСР с помощью сетей массового обслуживания // 11-й міжнародний молодіжний форум «Радіоелектроніка і молодь в ХХІ ст.»: Зб. матеріалів форуму. – Харків: ХНУРЕ, 2007. ч.1. – С. 95.

21. Еременко А.С., Персиков А.В. Методика исследования влияния повторных передач на показатели сети следующего поколения // Зб. тез доповідей Науково-технічної конференції «Проблеми телекомунікацій». – Київ: Інститут телекомунікаційних систем НТУУ «КПІ», 2007. – С. 202–203.

22. Еременко А.С., Персиков А.В. Моделирование повторных передач блоков данных в рамках ТСР-соединения // 2-а Мiжнародна наукова конференція “Сучасні інформаційні системи. Проблеми та тенденції розвитку”: Зб. матеріалів конференції – Харьков: ХНУРЕ, 2007. – С. 127–128.

23. Персиков А.В., Еременко А.С. Вопросы обеспечения безопасности пользователей в динамических операционных средах на основе беспроводных технологий // Праці науково-практичної конференції «Перспективні технологічні та ринкові напрями розвитку телекомунікаційних послуг у новітніх безпроводових системах зв`язку». – Одеса: УНДІРТ, 2007. – С. 81–84.