Обеспечение качества обслуживания путем управления сетевыми ресурсами

Предполагается, что сеть включает множество узлов коммутации (N). Узлы коммутации i и j соединены линиями связи длиной с пропускной способностью . Эти данные отображаются в матрицах длин и пропускных способностей . Известна матрица связности . Узлы характеризуются емкостью буферных запоминающих устройств , интенсивностью обслуживания поступающих заявок т-го типа и надежностью (коэффициент готовности)

На узел поступает входной поток заявок от источников, находящихся на этом узле и транзитивный поток . Интенсивность суммарного потока на узле равна . Этот поток распределяется по М маршрутам

Коэффициент для выполнения условия отсутствия перегрузки должны определяться как остаточная пропускная способность канала, которую можно выделить для передачи сообщения. Если транзитный поток занимает пропускной способности канала , то будет справедливо выражение .

Поскольку возможно переполнение буферных запоминающих устройств часть сообщений на узле может быть потеряно ( ).

Тогда интенсивность выходящего потока типа «Т» узла i будет определяться выражением

При этом путем управления сетевыми ресурсами необходимо обеспечить, чтобы для каждого канала выполнялись требования по вероятностно-временным характеристикам (время доставки, вероятность доставки и т.д.).

Сетевые ресурсы разделяют на две основные группы: аппаратные и информационные. К аппаратным сетевым ресурсам стоит относить канальные (пропускные способности каналов передачи и линий доступа) и буферные ресурсы (буферное пространство и очереди на отдельных интерфейсах сетевых узлов) транспортной сети. К информационным ресурсам относятся трафик отдельных пользователей, маршрутные таблицы, базы данных о состоянии ТКС и т.д.

Для решения задач по управлению теми или иными сетевыми ресурсами разработан ряд механизмов и технологий (рис. 1). Все эти механизмы направлены на обеспечение заданных показателей качества обслуживания. К основным задачам по управлению сетевыми ресурсами можно отнести управление параметрами абонентского трафика (интенсивностью, размером пакетов), управление процессами распределения информационных потоков (маршрутизация), а также управление приоритетами, атрибутами, которое напрямую связано с распределением канальных и буферных ресурсов.

Средства управления сетевыми ресурсами можно разделить по месту и способу решения на две группы:

средства локального управления и средства общесистемного управления. К средствам локального управления зачастую относят механизмы ограничения потока, управления окном передачи (на практике эта задача решается путем использования в качестве протокола транспортного уровня протокола TCP), дисциплины приоритетного обслуживания очередей. Данные средства управления используются исключительно в рамках отдельных узлов транспортной сети, что способствует повышению их производительности. В противоположность локальным средствам управления используются общесистемные средства, которые направлены в первую очередь на повышение производительности и эффективности функционирования отдельных участков сети (подсетей) или сети в целом. К средствам общесистемного управления относят маршрутизацию, распределение и в том числе резервирование канальных и буферных ресурсов в интересах трафиков абонентов.

Как показывает практика, ни один из приведенных механизмов и алгоритмов не способен в полной мере обеспечить заданное качество обслуживания QoS. Эта проблема в первую очередь связанна с несогласованным решением задач по управлению и распределению, например, канальных и буферных ресурсов, что на практике зачастую приводит к нерациональному использованию тех или иных сетевых ресурсов.

К численным характеристикам сетевых ресурсов зачастую относят технологические параметры, такие как пропускная способность трактов передачи, максимальный объем буферного пространства на узлах сети, а также производительность сетевых устройств.

С точки зрения того, что современные компьютерные сети строятся как сети, предоставляющие широкий перечень услуг, требования, предъявляемые к показателям качества обслуживания QoS, также носят разнородный характер. Классифицировать основные услуги, предоставляемые мультисервисной сетью в рамках обеспечения QoS целесообразно по трем основным характеристикам

- услуги, чувствительные к величине предоставляемой пропускной способности канала связи;

- услуги, чувствительные к задержкам прохождения пакета;

- услуги, чувствительные к потерям пакетов.

Количественно степень чувствительности приложений зачастую оценивается по выбранным показателям качества обслуживания пользовательского трафика. К основным показателям QoS относят (рис2) показатели производительности (скоростные показатели), показатели временной прозрачности (временные показатели) и показатели семантической прозрачности (показатели надежности доставки пакетов).