свойства динамических процессов в компьютерных сетях и

СВОЙСТВА ДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЯХ И МЕТОДЫ
УПРАВЛЕНИЯ
PROPERTIES OF THE DYNAMIC PROCESSES IN THE COMPUTER NETWORKS AND THE
ADMINISTRATION PROCEDURES
А.С.Понизовкин
ЦНИИ робототехники и технической кибернетики, Санкт-Петербург
E-mail: [email protected]
Современные компьютерные сети позволяют создавать мощные супервычислительные системы на базе комплекса
обычных настольных компьютеров, общаться с помощью видеоконференций, реализовывать системы виртуальной
реальности. Все это функционирует на сетях, использующих пакетную коммутацию, и как правило, на базе
универсального семейства протоколов TCP/IP.
Динамические процессы, происходящие в таких сетях, имеют сложную природу. Они существенно нестационарны и
стохастичны. Такие свойства трафика возникают из-за недетерминированности системы в целом, а также
невозможности долгосрочного прогнозирования действий, осуществляемых обрабатывающими трафик алгоритмами. К
таковым следует отнести алгоритмы, используемые в различных реализациях протоколов семейства TCP/IP: генерация
трафика протоколами транспортного уровня, управление трафиком на промежуточных сетевых устройствах,
динамическая маршрутизация и т.д. В результате, процессы в компьютерных сетях находятся под постоянным
влиянием регулирующих и возбуждающих стохастических воздействий, обуславливающих сложные флуктуации
исследуемых процессов.
Тем не менее, на сегодняшний день нет общей теории исследования, моделирования и методов создания систем
динамического управления в компьютерных сетях. Управление трафиком должно осуществляться на всех уровнях OSIмодели межсетевого взаимодействия, так использование на канальном уровне встроенных механизмов отслеживания
перегрузки канала серьезно повышает производительность. Сами приложения в случае наличия механизмов обратной
связи тоже могут управлять загрузкой. Все эти методы фактически являются встраиванием дополнительных
управляющих контуров. Следует заметить, что интеграция этих контуров в единую систему управления позволяет
эффективнее использовать возможности канала.
Изучение частотно-временных характеристик экспериментально полученного трафика единичного виртуального
канала TCP и агрегированного потока данных показало наличие ряда свойств в исследуемых процессах. Основное из
них – масштабная инвариантность (фрактальное самоподобие) статистических характеристик. Это свойство
связывается с наличием протяженных статистических зависимостей (ПСЗ). Одна из возможных моделей системы
динамического управления связывается именно с этим свойством. Учитывая предыдущее поведение процесса, можно
предсказать его будущее, и изменив соответственно определенные управляющие параметры, оказать положительное
воздействие.
Возможностями управления использованием сетевых ресурсов в наибольшей степени обладает транспортный
уровень OSI-модели, а точнее – протокол TCP. Выбор параметров этого транспортного протокола оказывает
непосредственное воздействие на эффективность работы виртуального канала TCP. Он должен осуществляться в
соответствии с характером протяженных статистических зависимостей трафика данного соединения.
При изучении свойств масштабной инвариантности возможно использование оценок статистических моментов
различных порядков агрегированного процесса. Анализ фрактальных свойств исследуемых процессов показывает, что
наличие свойств масштабной инвариантности может быть связано с использованием механизмов статистического
мультиплексирования при передаче информации.
В качестве инструмента исследования фрактальных свойств сетевых процессов возможно применение
преобразования всплесков. Функции базиса преобразования всплесков характеризуют определенные частотные
составляющие сигнала и их локализацию во временном пространстве.
Таким образом, оперативное динамическое управление в сетях с коммутацией пакетов может быть построено на
основе оценки текущих параметров трафика с учетом фрактальных свойств и протяженных временных зависимостей
как единичного виртуального канала TCP, так и агрегированного потока информации.
1