Підвищення ефективності методів динамічної маршрутизації в телекомунікаційних мережах

Abstract

Дисертаційна робота присвячена розробці та дослідженню методів підвищення ефективності динамічної маршрутизації в телекомунікаційних мережах. Розв’язано задачу ефективного використання мережевих ресурсів та забезпечення рівня якості сервісу потокам за допомогою динамічної маршрутизації. Запропоновано метод синтезу фізичної структури, який враховує особливості динамічної маршрутизації у виборі топології телекомунікаційної мережі, на основі критеріального показника, розрахованого за допомогою модифікованого аналізу ієрархій. Проведено експеримент по визначенню ефективності структур з 4, 5 і 6 вузлами, для яких найкращою топологією з мінімальною кількістю ребер є зіркоподібна. Показано, що при збільшенні зв’язності фізичної структури, існуюча множина варіацій логічної структури в межах еквівалентних маршрутів дозволяє підвищити ефективність мережі (7.3 %) на рівні, еквівалентному до зміни фізичної топології (10.9 %). Розроблено метод модифікації логічної структури шляхом пошуку та заміни маршрутів із вираженням завантаженості мережі як кількість потоків на ребро або їх агрегованій швидкості, розраховану через відносну класифікацію трафіку. Шляхом моделювання в мережі з 9-ма вузлами встановлено, що балансування навантаження між маршрутами пропорційно до їх метрики дає меншу ефективність згідно показника розподілу ресурсів, ніж його заміна. Маршрути, які обираються для заміни, проходять через найменш завантажені ребра мережі, тому зростання метрики не впливає на погіршення рівня якості сервісу, який у модельному експерименті визначався через затримку передавання даних (~85 мс). Водночас, замінені маршрути збалансовують інтенсивність потоків у кожному ребрі, уникаючи перевантаження окремих сегментів мережі. Вказані рекомендації та обмеження по застосуванні методу синтезу фізичної структури при побудові і модернізації телекомунікаційних мереж. Диссертационная работа посвящена разработке и исследованию методов повышения эффективности динамической маршрутизации в телекоммуникационных сетях. Решена задача эффективного использования сетевых ресурсов и обеспечения качества сервиса потокам с помощью динамической маршрутизации. Проведен анализ работы и эффективности динамической маршрутизации. Установлено, что алгоритмы маршрутизации выбирают оптимальные маршруты на основе метрик, которые учитывают ограниченное число параметров, но в большинстве случаев не учитывают загруженность сети. Анализ показал, что основными путями повышения эффективности динамической маршрутизации являются оптимизация протокола маршрутизации и замена алгоритма или метрики, которые обеспечивают быструю сходимость сети. В работе повышение эффективности динамической маршрутизации происходит через учет ее особенностей при проектировании физической структуры и модифицируя логическую структуру согласно загруженности сети. Для проектирования сетей, оптимизированных под особенности динамической маршрутизации, предложен метод синтеза физической структуры, который, согласно критериям интенсивности потоков и загруженности ребер, позволяет выбрать максимально согласованные структуры. Проведен эксперимент по определению эффективности структур с 4, 5 и 6 узлами, для которых лучшей топологией с минимальным количеством узлов является звездообразная, которая по эффективности может превышать структуры с большим количеством ребер. Показано, что при увеличении связности физической структуры, существующее множество вариаций логической структуры в пределах эквивалентных маршрутов, позволяет повысить эффективность сети на 7.3%, а изменение физической топологии на 10.9%. Разработан метод модификации логической структуры на основе алгоритма поиска минимального связного дерева, который позволяет найти множество путей через наименее загруженные сегменты сети и согласно предложенному показателю распределения ресурсов выбрать путь, который позволит максимально привлечь неиспользованный сетевой ресурс. Проведен эксперимент по определению эффективности замены маршрутов и балансировке нагрузки, который показывает, что предложенный метод дает лучший результат, балансируя нагрузку сети при неизменном уровне качества сервиса. Для подтверждения адекватности предложенного метода модификации логической структуры проведен модельный эксперимент в симуляторе Packet Tracer по определению качества сервиса. Исследование задержки передачи пакетов в загруженной сети показывает, что выбор маршрутов с большей метрикой, однако проходящих по незагруженным ребрам, не влияет на ее рост (~ 85 мс). Проведенное моделирование работы сети со случайным количеством потоков согласно относительной классификации трафика указывает на перегруженные сегменты в сети, которые с применением метода модификации логической структуры разгружаются, повышая эффективность распределения сетевых ресурсов и соблюдая качество сервиса. Рекомендуется применять метод модификации логической структуры как инструмент поиска статических маршрутов, которые будут оптимальными по критериям эффективности распределения сетевых ресурсов и соблюдения уровня качества сервиса для потоков. The thesis is devoted to developing and researching of the methods to increase the efficiency of dynamic routing in telecommunication networks. The problem network resources of efficient use and service quality assurance of flows is solved. The method of synthesis the physical structure is proposed that considers the dynamic routing in selecting telecommunication network topology based on the criteria of bandwidth and load using the modified method of analytic hierarchy process. The proposed method can be used at the design stage to determine the optimal topology of telecommunication network consistent with selected routes using dynamic routing protocols. An experiment to determine the effectiveness of the structures with 4, 5 and 6 nodes held and it show the best topology with minimum number of nodes is star-shaped. The method is effective for networks where the number of nodes is comparable with the number of edges. It is shown that with increasing the connectivity of the physical structure, the current set of logical structure variations within the equivalent routes can improve network efficiency (7.3%) at a level equivalent to the topology changes (10.9%). A method for modifying the logical structure is proposed by searching and replacing routes, considering the network load as the number of flows at an edge or Mbit/s calculated through the classification of traffic. Through experiments on the network with 9 nodes it is established that the load balancing between routes in proportion to their metric provides a lower efficiency, according to resource allocation index than its replacement. Routes are selected to replace pass through the least loaded edge network, so the growth metric has no effect on the deterioration of the service quality which is determined in the experiment as data transmission delay (~ 85 ms). However, the intensity replaced routs balance the flows in each edge avoiding overloading of individual network segments.