Харківський національний університет радіоелектроніки Рвачова Наталія Володимирівна УДК 621.395 МЕТОД ВИБОРУ МІЖСЕГМЕНТНОГО ІНТЕРВАЛУ В ТРАНСПОРТНОМУ ПРОТОКОЛІ ТЕЛЕКОМУНІКАЦІЙНОЇ МЕРЕЖІ НА ОСНОВІ СИСТЕМИ НЕЧІТКОГО ВИВОДУ Спеціальність 05.12.02 – телекомунікаційні системи та мережі Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наукХарків – 2011Дисертацією є рукопис.Робота виконана у Військовому інституті телекомунікацій та інформатизації Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут» Міністерства оборони України. Науковий керівник кандидат технічних наук, доцент^ Польщиков Костянтин Олександрович,Військовий коледж сержантського складу Військового інституту телекомунікацій та інформатизації Національного технічного університету України „Київський політехнічний інститут”, заступник начальника коледжу з навчальної роботи – начальник навчальної частини Офіційні опоненти: доктор технічних наук, доцент^ Приходько Сергій Іванович,Українська державна академія залізничного транспорту, завідувач кафедри транспортного зв’язку кандидат технічних наук, доцент^ Бохан Костянтин ОлександровичНаціональний аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуковського «ХАІ», доцент кафедри комп’ютерних систем і мереж Захист відбудеться 18 травня 2011 р. о 15 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.052.09 при Харківському національному університеті радіоелектроніки за адресою: 61166, м. Харків, пр. Леніна, 14.З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Харківського національного університету радіоелектроніки за адресою: 61166 м. Харків, пр. Леніна, 14.Автореферат розісланий 13 квітня 2011 р.Вчений секретарспеціалізованої вченої ради Є. В. ДуравкінПідп. до друку 06.04.11. Формат 60х841/16. Спосіб друку – ризографія.Умов. друк. арк. 1,2. Ціна договірна. Тираж 100 прим.Зам. № 2-45. ХНУРЕ, 61166, Харків, просп. Леніна, 14 Віддруковано в навчально-науковомувидавничо-поліграфічному центрі ХНУРЕХарків, просп. Леніна, 14^ ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИАктуальність теми. Інформаційні повідомлення, що передаються в сучасних телекомунікаційних мережах з комутацією пакетів, утворюють мультимедійний трафік (мовні повідомлення, відео) та трафік даних (сигнали управління, текстові повідомленні, різні зображення, інша графічна та таблична інформація). Інтенсивність передачі інформації, що ініційована роботою в реальному часі будь-якого мультимедійного додатку, достатньо висока та близька до постійного значення, тому такий вид трафіка часто називають потоковим трафіком або трафіком реального часу. Для якісної передачі потокового трафіка необхідно мінімізувати затримку пакетів та її дисперсію (джитер), що вимагає гарантованого надання відповідної пропускної здатності мережі. Під час передачі даних в телекомунікаційній мережі необхідно використовувати засоби, спрямовані на забезпечення достовірності та оперативності доставки інформаційних повідомлень. Безпомилкова доставка даних досягається шляхом використання квитанцій та здійснення повторних передач втраченої або спотвореної інформації. Щоб підвищити оперативність доставки повідомлень, необхідно раціонально використовувати доступну для відповідного трафіка пропускну здатність мережі. Для досягнення цієї мети в телекомунікаційних мережах застосовуються різні методи управління інтенсивністю відправки даних джерелом, наприклад, уповільнений старт, попередження перевантаження, мультиплікативне скидання, швидка повторна передача, які передбачені протоколом транспортного рівня ТСР (Transmission Control Protocol). Усі перераховані методи засновані на використанні концепції ковзного вікна. Основний недолік цієї концепції полягає в тому, що її реалізація не дозволяє усунути невідповідність між поточними значеннями інтенсивності відправки даних джерелом і пропускною здатністю мережі, доступною для передачі відповідних даних. Крім того, будь-яке ТСР-джерело розцінює втрату сегменту (блоку даних транспортного рівня) як ознаку перевантаження мережі та реагує на цю подію різким зменшенням інтенсивності відправки даних. В результаті спостерігаються пульсації (сплески) трафіка даних, які призводять до виникнення та підсилення мережних перевантажень, збільшення кількості втрачених сегментів, уповільнення процесу доставки повідомлень. Для усунення недоліків, властивих концепції ковзного вікна, було розроблено метод адаптивної швидкості. У відповідності з цим методом управління інтенсивністю відправки даних запропоновано здійснювати шляхом зміни поточних значень інтервалу часу між відправкою сусідніх сегментів (міжсегментний інтервал). В основі методу адаптивної швидкості покладено розрахунок значень міжсегментного інтервалу з використанням аналітичних виразів, отриманих евристичним шляхом. Дослідження показали, що в результаті застосування вказаного методу в умовах динамічної зміни доступної пропускної здатності мережі управління інтенсивністю відправки даних джерелом здійснюється із суттєвим запізненням, що уповільнює доставку повідомлень. Управління інтенсивністю відправки даних джерелом здійснюється в умовах неповної, неточної інформації про стан елементів телекомунікаційної мережі. Адекватних моделей, що можуть точно описати стан мережі в будь-який момент часу, на жаль, не існує, а застосування наближених моделей в процесі прийняття управляючих рішень не дає задовільних результатів. В таких умовах забезпечити ефективність доставки даних дозволяє використання систем нечіткого виводу. Необхідність підвищення оперативності доставки даних в телекомунікаційних мережах обумовлює актуальність досліджень, спрямованих на вирішення наукової задачі, яка полягає в розробці методу вибору міжсегментного інтервалу в транспортному протоколі телекомунікаційної мережі на основі системи нечіткого виводу.^ Зв’язок роботи з науковими програмами, планами і темами. Робота над дисертацією виконувалася автором у Військовому інституті телекомунікацій та інформатизації Національного технічного університету України „Київський політехнічний інститут” згідно з планами наукової та науково-технічної діяльності цієї установи. Крім того, дисертаційні дослідження здійснювалися в рамках науково-дослідної роботи «Методи і моделі забезпечення якості обслуговування, надійності та безпеки в інформаційно-телекомунікаційних мережах» (Полтавський національний технічний університет ім. Юрія Кондратюка, №ДР 0110U004619, 2010 р.), у якій дисертант була безпосереднім виконавцем. Роль автора у зазначеній науково-дослідній роботі полягає у розробці імітаційної моделі управління міжсегментним інтервалом, що здійснюється в телекомунікаційній мережі згідно з методом адаптивної швидкості.^ Мета і задачі досліджень. Метою дисертаційної роботи є зменшення середнього часу доставки даних в телекомунікаційній мережі. Для досягнення поставленої мети в роботі розв’язані такі завдання: 1) аналіз існуючих методів управління інтенсивністю відправки даних джерелом в телекомунікаційній мережі; 2) розробка методики моделювання доступної для трафіку даних пропускної здатності телекомунікаційної мережі; 3) створення та використання імітаційних моделей для оцінки імовірнісно-часових характеристик процесу управління інтенсивністю відправки даних джерелом в телекомунікаційній мережі; 4) розробка методу вибору міжсегментного інтервалу в транспортному протоколі телекомунікаційної мережі на основі системи нечіткого виводу; 5) застосування аналітичного моделювання для оцінки оперативності доставки інформаційного повідомлення в телекомунікаційній мережі.^ Об’єкт дослідження – процес управління інтенсивністю відправки даних джерелом в телекомунікаційній мережі.Предмет дослідження – методи і моделі вибору міжсегментного інтервалу на транспортному рівні телекомунікаційної мережі.^ Методи дослідження. Проведені в роботі дослідження ґрунтуються на використанні методів теорії імовірності, теорії масового обслуговування, математичного апарату імовірнісно-часових графів, нечіткого управління, імітаційного моделювання.^ Наукова новизна одержаних результатів: 1. Удосконалено методику моделювання доступної для трафіку даних пропускної здатності телекомунікаційної мережі, яка, на відміну від відомих, заснована на розрахунку миттєвого значення інтенсивності потоків реального часу з урахуванням заданих характеристик процесу надходження заявок, що дозволяє створювати адекватні імітаційні моделі передачі різних видів мережного трафіку. 2. Вперше розроблено метод вибору міжсегментного інтервалу в транспортному протоколі телекомунікаційної мережі, який, на відміну від існуючих, ґрунтується на створенні та застосуванні системи нечіткого виводу, що дозволяє знизити середній час доставки повідомлення та мінімізувати кількість повторних передач сегментів, які виникають внаслідок перевантажень. 3. Отримали подальший розвиток аналітичні моделі процесу доставки повідомлень в телекомунікаційній мережі, які базуються на використанні імовірнісно-часових графів, враховують значення середнього часу передачі повідомлення, встановлення та завершення віртуальних з’єднань, імовірності їх передчасних розривів та дозволяють розрахувати середній час доставки повідомлення від джерела до адресата.^ Практичне значення одержаних результатів полягає в тому, що вони можуть бути використані під час розробки та експлуатації рішень транспортного рівня телекомунікаційних мереж з комутацією пакетів. Реалізація на практиці результатів дисертаційних досліджень дозволить шляхом імітаційного моделювання визначити імовірнісно-часові характеристики процесу передачі потоків реального часу і трафіку даних, оцінити ефективність управління інтенсивністю відправки даних джерелом в телекомунікаційній мережі, підвищити оперативність доставки даних та мінімізувати кількість повторних передач пакетів даних, що викликані мережними перевантаженнями.^ Результати дисертаційних досліджень реалізовані в: СКБ ТОВ „Телекарт-прилад” при підвищенні оперативності доставки даних на етапі виконання дослідно-конструкторських робіт по розробці телекомунікаційних мереж (акт реалізації від 11.06.2010); навчальному процесі факультету засобів військового зв'язку Військового інституту телекомунікацій та інформатизації Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут» при вивченні дисциплін «Телекомунікаційні мережі, управління ними та комутація» і «Обладнання мереж з комутацією пакетів». Реалізація досліджень в навчальному процесі дозволила підвищити практичну спрямованість вивчення цих дисциплін (акт реалізації від 17.05.2010); навчальному процесі факультету інформаційних та телекомунікаційних технологій і систем Полтавського Національного технічного університету імені Юрія Кондратюка при вивченні дисциплін «Телекомунікаційні та інформаційні мережі» та «Сучасні технології телекомунікаційних систем». Реалізація досліджень в навчальному процесі дозволила підвищити практичну спрямованість вивчення цих дисциплін (акт реалізації від 10.10.2010). В рамках дисертаційних досліджень одержано патент на корисну модель: Пат. №48463 Україна. Спосіб управління таймером повторної передачі в телекомунікаційній мережі / Польщиков К.О., Рвачова Н.В., Чевардін В.Є. – u 200905787; заявл. 05.06.2009; опубл. 25.03.2010, Бюл. №6.Особистий внесок здобувача. Всі основні наукові результати, представлені до захисту, одержані автором самостійно та опубліковані у роботах [1, 3 – 5], що виконано одноосібно. У друкованих працях, опублікованих у співавторстві, здобувачу належать: аналіз режимів управління міжсегментним інтервалом та розробка блок-схеми алгоритму, що реалізує метод адаптивної швидкості [2], розробка алгоритму, який реалізує методику моделювання інтенсивності трафіка реального часу в каналі мережі з комутацією пакетів [6, 10, 14], аналіз особливостей роботи і перспектив застосування в телекомунікаційній мережі методу адаптивної швидкості [7], розробка функціональної схеми імітаційної моделі передачі інформаційних пакетів в телекомунікаційній мережі [8], аналіз управління інтенсивністю відправки даних як методу боротьби з мережними перевантаженнями [9, 12]^ Апробація результатів дисертації. Основні результати дисертації доповідалися і були схвалені на таких науково-технічних конференціях та семінарах: ІV науково-технічній конференції «Приоритетні напрямки розвитку телекомунікаційних систем та мереж спеціального призначення» (м. Київ, 2008 р.); міжнародній науково-технічній конференції «Комп’ютерні системи та мережні технології (CSNT-2009)» (м. Київ, 2009 р.); міжнародній науково-технічній конференції «Гарантоздатні системи, сервіси і технології (DESSERT’2009)» (м. Кіровоград, 2009 р.); міжнародній науково-технічній конференції «Информационные технологии и информационная безопасность в науке, технике и образовании (ИНФОТЕХ-2009)» (м. Севастополь, 2009 р.); Х міжнародній конференції «Modern problems of radio engineering, telecommunications and computer science (TCSET’2010)» (Львів-Славське, 2010 р.); міжнародній науково-технічній конференції «Гарантоздатні системи, сервіси і технології (DESSERT’2010)» (м. Кіровоград, 2010 р.); науково-технічних семінарах кафедри військових телекомунікаційних мереж і захисту інформації і кафедри бездротових технологій у військових телекомунікаційних системах та мережах факультету засобів військового зв'язку Військового інституту телекомунікацій та інформатизації Національного технічного університету України „Київський політехнічний інститут” (м. Полтава, 2008-2010 р.).Публікації. Основні положення дисертаційної роботи викладені у 14 друкованих працях, серед яких 6 статей в наукових журналах та збірниках наукових праць, включених до переліку спеціалізованих видань ВАК України, 2 статті у інших галузевих наукових журналах, а також 6 тез доповідей у збірниках праць наукових конференцій.^ Структура і обсяг дисертації. Дисертація має вступ, чотири розділи, висновки. Повний обсяг дисертації складає 147 сторінок, у тому числі: 45 рисунків, 10 таблиць, список із 102 використаних літературних джерел на 11 сторінках, 1 додаток на 3 сторінках.^ ЗМІСТ РОБОТИ У вступі обґрунтовано актуальність теми та наукових задач; сформульовано мету дисертаційної роботи; показані об’єкт, предмет, наукова новизна і практична значимість отриманих результатів; відображено особистий внесок здобувача, дані про реалізацію, апробації та публікації результатів досліджень. У першому розділі розглянуто вимоги, що пред’являються до доставки даних в телекомунікаційній мережі, особливості та методи управління відправкою даних. Аналіз статистичних даних вимірювань обсягів глобального трафіка різних додатків, проведених провідними телекомунікаційними компаніями світу, дозволив зробити висновок, що зростання обсягів інформації, яка передається мережами, вимагає більш ефективного перерозподілу мережних ресурсів між різними телекомунікаційними додатками. Такі дослідження зумовили формування концепції забезпечення якості обслуговування QoS (Quality of Service) у глобальних масштабах. Згідно з нормативними документами та рекомендаціями ITU-T щодо параметрів QoS для обслуговування різних типів трафіка, найвищий пріоритет мають додатки реального часу, тоді як обробка та передача трафіка даних здійснюється із затримками. Низький пріоритет додатків такого типу призводить до нерівномірності часу доставки пакетів даних, надмірного очікування черги на передачу даних в маршрутизаторі, повторної передачі сегментів даних внаслідок збігання таймерів, високої імовірності втрати окремих пакетів, втрати інформаційної цінності повідомлення. З метою запобігання названим вище явищам застосовують методи управління інтенсивністю відправки даних. Визначено, що найбільш ефективними з них є: управління вікном перевантаження, адаптивна зміна інтервалів між відправкою сегментів, явне повідомлення джерела про перевантаження в мережі, адаптивна зміна вікна прийому, збільшення розміру пакетів. Їх функціонування тісно пов’язане з протоколом транспортного рівня ТСР (Transmission Control Protocol). Класична версія протоколу ТСР передбачає використання методу ковзного вікна, тобто управління вікном перевантаження. У більш пізніх версіях цього протоколу реалізовано й інші механізми, спрямовані на підвищення якості обслуговування трафіку даних. Аналіз існуючих методів управління інтенсивністю відправки даних джерелом дозволив виявити їх недоліки. По-перше, жоден з методів не дозволяє визначити значення інтенсивності відправки даних, яке б відповідало миттєвим змінам доступної пропускної здатності мережі. По-друге, будь-яка втрата пакету інтерпретується протоколом транспортного рівня як мережне перевантаження. По-третє, аналітичні вирази для визначення величини інтенсивності відправки даних підібрані експериментально, а тому, враховують особливості передачі даних лише в окремих випадках. Виходячи з цього, обґрунтованим є створення такого методу вибору міжсегментного інтервалу, який дозволить оптимально використовувати доступну для трафіка даних пропускну здатність мережі, підвищить оперативність доставки даних та буде описаний аналітично. Процес передачі інформації сучасними телекомунікаційними мережами характеризується постійними змінами їх стану. Це пов’язано із використанням різних технологій побудови мереж, зміною потреб абонентів у передачі інформації, зовнішніми впливами та ін. Тому, відправник повідомлення не має достовірної, своєчасної інформації про завантаженість мережних пристроїв та про часові параметри мережі. Визначено, що отримати відомості про стан мережі в попередній момент часу можна на основі даних, що приходять з квитанцією. Проте, зараз відсутні аналітичні вирази для визначення взаємозв’язку між відомими відправнику параметрами мережі та значенням інтенсивності відправки даних. За таких умов, для управління інтервалом між відправкою сусідніх сегментів доцільно використовувати науковий апарат систем нечіткого виводу. Сформульована загальна науково-прикладна задача дисертації, яка декомпозується на сукупність часткових задач досліджень, пов’язаних з розробкою методу підвищення оперативності доставки даних в телекомунікаційній мережі.^ У другому розділі запропоновано удосконалену методику моделювання доступної для трафіка даних пропускної здатності телекомунікаційної мережі. Зміна у часі поточних значень доступної для трафіка даних пропускної здатності є випадковим процесом P(t), реалізації якого визначаються параметрами потоків реального часу, що передаються мережею. Під час розробки та дослідження методів управління інтенсивністю потоків даних та оцінці ефективності їх застосування виникає необхідність використання математичних моделей, які дозволяють отримати коректні реалізації випадкового процесу P(t). Аналіз існуючих підходів до моделювання доступної для трафіку даних пропускної здатності мережі показав, що вони не дозволяють отримати коректні значення цієї величини. Відзначено, що реалізація одних призводить до отримання грубих, неадекватних реальності результатів, а застосування інших є надмірно складним процесом. Як відомо, інтенсивність передачі інформації заданим маршрутом не може перевищувати пропускної здатності найбільш повільної ділянки в межах цього маршруту. Доступна для передачі даних пропускна здатність кожної окремо взятої ділянки (каналу) мережі визначається відомими значеннями його технічних характеристик, величиною його завантаженості, яка випадково змінюється у часі. Миттєве значення використовуваної пропускної здатності каналу визначається сумарною інтенсивністю потоків, що передаються по даний в поточний момент часу. Кожному потоку відповідає значення двох випадкових величин: моменту початку передачі і тривалості передачі. Щільність розподілу часового інтервалу між моментами початку передачі потоків реального часу, а також щільність розподілу тривалості їх передачі відповідають експоненціальному закону, так як значення цих величин ініціюється виключно користувачами і не пов’язане з технологічними особливостями передачі інформації в тій чи іншій мережі. Запропонована методика моделювання доступної для трафіку даних пропускної здатності мережі включає такі етапи: 1. Введення заданої множини значень пропускної здатності каналів мережі , необхідної інтенсивності передачі потоків реального часу , значень моментів часу, що відповідають початку передачі потоків реального часу . 2. Формування заявок на передачу потоків реального часу по каналам . На цьому етапі здійснюється послідовний розрахунок інтервалів часу між сусідніми моментами передачі потоків реального часу у відповідності з виразом:, (1) де – рівномірно розподілені випадкові величини; – математичне очікування величини . Визначаються значення моментів часу, що відповідають початку передачі потоку реального часу: (2) де – тривалість інтервалу між моментами часу та ; Визначається значення тривалості передачі потоку реального часу: (3) де – рівномірно розподілені випадкові числа;– необхідне значення інтенсивності передачі потоку реального часу. 3. Визначення необхідних значень інтенсивності передачі потоків реального часу в кожному каналі в поточний момент: (4) 4. Визначення сумарної інтенсивності потоків реального часу, які необхідно передавати в кожному каналі в поточний момент: (5) 5. Визначення сумарної інтенсивності потоків реального часу, що передаються в кожному каналі в поточний момент часу:. (6) 6. Розрахунок значення доступної для трафіка даних пропускної здатності телекомунікаційної мережі кожного каналу в поточний момент часу:. (7) 7. Визначення доступної для передачі потоку даних пропускної здатності телекомунікаційної мережі в поточний момент часу:. (8) Із застосуванням цієї методики розроблено імітаційну модель передачі потоків реального часу та трафіка даних в телекомунікаційній мережі. Для моделювання використана система комп’ютерної математики MATLAB + Simulink. Адекватність імітаційної моделі обґрунтована достатньою збіжністю результатів, отриманих в ході імітаційного та аналітичного моделювання. При цьому аналітична модель передачі по каналу мережі потоків реального часу заснована на застосуванні математичного апарату марківського випадкового процесу. Особливістю удосконаленої методики моделювання доступної для трафіку даних пропускної здатності телекомунікаційної мережі є можливість розрахунку поточного значення інтенсивності потоків реального часу з урахуванням заданих характеристик процесу надходження відповідних заявок. Застосування цієї методики дозволило створити імітаційну модель процесу передачі трафіку в телекомунікаційній мережі із різними методами управління інтенсивністю відправки даних джерелом.^ Третій розділ дисертації присвячений розробці імітаційних моделей управління інтенсивністю відправки даних джерелом в телекомунікаційній мережі. Розроблена модель передачі трафіка в телекомунікаційній мережі була використана для імітації процесу управління інтенсивністю відправки даних при фіксованому міжсегментному інтервалі, на основі адаптивної зміни вікна перевантаження та при використанні методу адаптивної швидкості. Застосування фіксованого міжсегментного інтервалу є найпростішим варіантом управління інтенсивністю відправки даних джерелом. Для імітації цього процесу розроблено модель джерела даних, яка забезпечує формування заданого постійного значення інтервалу часу між відправкою сусідніх сегментів. Результати, отримані під час експериментів із запропонованою імітаційною моделлю, підтвердили її коректність та відповідність особливостям досліджуваного процесу. Як відомо, в сучасних телекомунікаційних мережах для обміну даними поширеним є використання методу управління вікном перевантаження, що реалізований у протоколі TCP Reno. З метою дослідження процесу адаптивного управління вікном перевантаження в імітаційну модель передачі трафіка в телекомунікаційній мережі вбудовано відповідний елемент. Даний елемент моделює реалізацію в мережі методів уповільненого страту, попередження перевантаження, мультиплікативного скидання та швидкого відновлення, які є основою управління вікном перевантаження у протоколі TCP Reno. Метод адаптивної швидкості, заснований на управлінні міжсегментним інтервалом, передбачає виконання таких режимів, як: режим прискореного страту, перший режим мультиплікативного скидання, режим відновлення, режим тонкої настройки, режим другого варіанту мультиплікативного скидання. Розроблена імітаційна модель управління інтенсивністю відправки даних джерелом на основі використання методу адаптивної швидкості дозволила провести дослідження ефективності використання доступної для трафіку даних пропускної здатності телекомунікаційної мережі. Результати одного із імітаційних експериментів, виконаних із моделями, що реалізують фіксовану зміну міжсегментного інтервалу, управління вікном перевантаження та метод адаптивної швидкості переставлені на рис.1. Рис.1. Поточні значення доступної пропускної здатності R(t) та інтенсивності відправки даних H(t) при імітації управління: а) із фіксованою зміною міжсегментного інтервалу; б) вікном перевантаження; в) у відповідності з методом адаптивної швидкостіРезультати досліджень показали, що при застосуванні відомих методів управління інтенсивністю відправки даних джерелом в умовах динамічної зміни значень доступної пропускної здатності ресурси мережі використовуються нераціонально. Вказаний факт є причиною уповільнення процесу передачі і доставки даних в сучасних телекомунікаційних мережах. У четвертому розділі дисертації запропоновано новий метод вибору міжсегментного інтервалу в транспортному протоколі на основі системи нечіткого виводу та аналітичну модель процесу передачі інформаційного повідомлення в телекомунікаційній мережі. Представлений в цьому розділі метод передбачає визначення поточного значення міжсегментного інтервалу як вихідного параметру системи нечіткого виводу. Особливості побудови такої системи визначаються складом її вхідних сигналів, аналіз яких дозволяє розрахувати поточне значення вихідної змінної. З метою визначення вхідних змінних для системи нечіткого виводу, які дозволять оцінити поточний стан телекомунікаційної мережі, проведено серію імітаційних експериментів з моделлю передачі трафіку. В результаті визначено, що найбільш чутливими до зміни стану мережі є такі параметри: попереднє значення величини ковзного середнього часу очікування квитанції, поточне значення величини ковзного середнього часу очікування квитанції та попереднє значення міжсегментного інтервалу. Ці параметри використані в якості вхідних змінних системи нечіткого виводу. У відповідності до розробленого методу вибору міжсегментного інтервалу в якості алгоритму нечіткого виводу використовується алгоритм Мамдані, в основі якого лежить база знань, що представлена сукупністю нечітких правил:, (9) де – попереднє значення величини ковзного середнього часу очікування квитанції; – поточне значення величини ковзного середнього часу очікування квитанції; – попереднє значення міжсегментного інтервалу; – терм (нечітка множина) номер вхідної змінної , ; – терм номер вхідної змінної , ; – терм номер вхідної змінної , ; – терм номер вихідної змінної , . Синтез бази правил системи нечіткого виводу міжсегментного інтервалу здійснюється на основі численних даних, отриманих в результаті експериментальних досліджень. При цьому формування навчальної таблиці виконується із застосуванням різних варіантів спеціально створюваного в мережі тестового навантаження. Для автоматизації процесу побудови бази правил системи нечіткого виводу розроблено відповідний програмний модуль. Синтезована база правил використовується під час виконання процедур нечіткого виводу. Нечіткий вивід полягає у виконанні таких етапів: 1. Фазифікація – визначення значень функцій приналежності вхідних змінних відповідним нечітким множинам: , , …, , , , …, , , , …, . 2. Агрегування, в процесі якого визначаються ступені істинності умов кожного правила при конкретних значеннях вхідних змінних:, (10) де – номер нечіткого правила. 3. Активізація – обчислення результуючих ступіней істинності кожного нечіткого правила:. (11) 4. Композиція – визначається результуюча функція приналежності усієї сукупності нечітких правил:. (12) 5. Визначення чіткого значення вихідної змінної (поточного значення міжсегментного інтервалу):, (13) де – значення вихідної змінної на елементарній ділянці номер , на якому величина приймає максимальне значення. З метою дослідження процесу передачі інформаційного повідомлення, що здійснюється в мережі на основі застосування розробленого методу, створена модель, яка імітує процес вибору значення міжсегментного інтервалу в транспортному протоколі на основі нечіткого виводу. Із цією моделлю було проведено серію імітаційних експериментів. Результат одного з них представлено на рис.2.Рис.2. Поточні значення доступної пропускної здатності ^ H(t) та інтенсивності відправки даних R(t) при імітації вибору значення міжсегментного інтервалу на основі системи нечіткого виводуАналіз результатів досліджень показав, що при виборі міжсегментного інтервалу на основі системи нечіткого виводу інтенсивність відправки даних достатньо добре узгоджується з доступною пропускною здатністю телекомунікаційної мережі. Крім того, встановлено, що використання розробленого методу дозволяє мінімізувати кількість повторних передач сегментів внаслідок мережних перевантажень та зниження на 15,8% – 39% середнього часу передачі повідомлення заданого обсягу у порівнянні з іншими методами управління інтенсивністю відправки даних джерелом. Метою розробки нового методу вибору міжсегментного інтервалу в транспортному протоколі телекомунікаційної мережі є зменшення середнього часу доставки повідомлення . Для оцінки цього параметру потрібно обґрунтувати його залежність від середнього часу передачі повідомлення при заданій кількості спроб, необхідний для його доставки. Для вирішення цієї задачі в четвертому розділі дисертаційної роботи розроблено аналітичні моделі процесу доставки повідомлення в телекомунікаційній мережі. Вказані моделі засновані на використанні математичного апарату імовірнісно-часових графів та враховують значення таких величин: середнього часу передачі повідомлення, середнього часу встановлення віртуального з’єднання, середнього часу завершення віртуального з’єднання та імовірності передчасного розриву встановленого віртуального з’єднання. На рис. 3 представлено імовірнісно-часовий граф, що моделює процес доставки інформаційного повідомлення в телекомунікаційній мережі при максимальній кількості спроб, необхідних для його доставки – 4. Рис.3. Граф, що модулює процес доставки інформаційного повідомлення в телекомунікаційній мережі при кількості спроб n = 4Вершини цього графа відповідають таким станам досліджуваного процесу: - вершина «Поч» – початку доставки повідомлення, в цьому стані починається процедура встановлення віртуального з’єднання між джерелом та одержувачем повідомлення; - вершина «В» – стан процесу, в якому віртуальне з’єднання встановлено; - «Р1», «Р2», «Р3» – передчасний розрив віртуального з’єднання після передачі 1/3, 2/3 та 3/4 частин повідомлення відповідно; - «П1», «П2» та «П3» – повторне встановлення віртуального з’єднання після передчасного розриву та доставки 1/3, 2/3 та 3/4 частин повідомлення; - «З» – передачу повідомлення закінчено; - «Кін» – закінчення доставки повідомлення. Функції ребер графа, які відповідають переходам з одного стану в інший визначаються виразами:, (14), (15), (16), (17), (18), (19), (20) де – імовірність переходу з вершини «В» до вершини «Р1»; – імовірність переходу з вершини «В» до вершини «Р2»; – імовірність переходу з вершини «В» до вершини «Р3». Після еквівалентних перетворень та приведення графу до найпростішого вигляду визначено вираз для розрахунку середнього часу доставки повідомлення в телекомунікаційній мережі при максимальній кількості спроб – 4:. (21) Згідно з розробленою аналітичною моделлю розраховані значення середнього часу доставки повідомлення в телекомунікаційній мережі. За результатами цих розрахунків побудовано графіки залежності середнього часу доставки повідомлення від середнього часу його передачі при різній кількості спроб його доставки (рис.4). Аналіз цих графіків показав, що із збільшенням кількості спроб, необхідних для успішної доставки повідомлення, суттєво зростає середній час . Тому, чим більше кількість спроб доставки повідомлення, тим меншим повинен бути середній час його передачі для забезпечення своєчасної доставки. Розроблені аналітичні моделі доставки інформаційного повідомлення були використані для оцінки середнього часу доставки повідомлення при реалізації в мережі різних методів управління інтенсивністю відправки даних джерелом. Рис.4. Графіки залежності середнього часу доставки інформаційного повідомлення від середнього часу його передачі при кількості спроб доставки n = 1, 2, 3, 4Аналіз цих результатів показав, що метод вибору міжсегментного інтервалу в транспортному протоколі телекомунікаційної мережі забезпечує зниження середнього часу доставки повідомлення на 6,2% – 20,5% у порівнянні з результатами застосування інших методів управління інтенсивністю відправки даних джерелом. У додатках наведені акти впровадження результатів дисертаційного дослідження.^ ВИСНОВКИ ПО РОБОТІВ дисертаційній роботі вирішено актуальну наукову задачу, що полягає у розробці методів і моделей вибору міжсегментного інтервалу в транспортному протоколі телекомунікаційної мережі на основі системи нечіткого виводу. Реалізація отриманих рішень на практиці дозволить зменшити середній часу доставки даних в телекомунікаційній мережі та мінімізувати кількість повторних передач пакетів. 1. В сучасних телекомунікаційних мережах з комутацією пакетів висуваються суперечливі вимоги до доставки даних. З однієї сторони, адресат повинен отримувати дані без помилок, а з іншої, необхідною є оперативна доставка інформаційних повідомлень. Задоволенню цих потреб перешкоджає дефіцит мережних ресурсів, обумовлений стрімким збільшенням обсягів інформації, що передається. Результати досліджень показали, що застосування відомих методів управління інтенсивністю відправки даних джерелом не дозволяє забезпечити ефективну доставку даних телекомунікаційними мережами. 2. Управління інтенсивністю відправки даних джерелом в телекомунікаційній мережі здійснюється в умовах наявності неповної, неточної інформації про поточний стан елементів мережі та в майбутньому. Крім того, відсутні аналітичні моделі, які адекватно визначають взаємозв’язок мі