Цуркану Д Н, Олексій А С, Ністірюк П В, бережіть Е А, Бирзой О С Технічний університет Молдови пр Штефан чел Маре, 168, Кишинів, MD2004, Молдова Тел: +37322 235-458, факс: +37322 235-236, e-mail: dinutsurcanu@uniflux-linenet

Анотація – Розроблено методику аналізу функціонування мереж MPLS (Multiprotocol Label Switching) на основі апарату напівмарковських процесів з точки зору забезпечення гарантованого якість обслуговування QoS (Quality of Service) трафіку реального часу

I                                       Введення

У міру інтенсифікації спроб використовувати пакетні мережі для обслуговування трафіку реального часу зявилася необхідність якимось чином гарантувати якість обслуговування QoS, створити засоби для того, щоб в періоди перевантаження IP-мережі трафік нашого часу не був затронуг або, принаймні, отримав би вищий пріоритет, ніж інший трафік

Для забезпечення гарантованої якості обслуговування трафіку реального часу були створені найрізноманітніші механізми і протоколи IntServ (Integrated Services), DiffServ (Differentiated Services), RSVP (Resource Resen / ation Protocol), MPLS, серед яких найбільший розвиток отримала технологія багатопротокольної коммугаціі по мітках MPLS [1]

II                              Основна частина

Принцип комутації MPLS грунтується на обміні міток Будь переданий пакет асоціюється з тим чи іншим класом мережевого рівня FEC (Forwarding Equivalence Class), кожен з яких ідентифікується певною міткою Значення мітки унікально лише для ділянки пуги між сусідніми вузлами мережі MPLS, які називаються також маршругізаторамі, комутуючі-ські по мітках LSR (Label Switching Router) Обмін мітками може прозводится за допомогою як спеціального протоколу розподілу міток LDP (Label Distribution Protocol), так і модифікованих версій інших протоколів сигналізації в мережі

Послідовність маршругізаторов (LSRbx, LSR2, .. LSRn), через які проходять пакети, що належать одному FEC, утворює віртуальний тракт, комутіруемий по мітках LSP (Label Switching Path)

Вельми важливим достоїнством технології MPLS є можливість у рамках архітектури MPLS разом з пакетом передавати не одну мітку, а цілий стек міток Операція додавання / изьятия мітки визначені як операції на стеку Результат коммугаціі задає лише верхня мітка стека, нижні ж передаються прозоро до операції изьятия верхньої Такий підхід дозволяє створювати ієрархію потоків в мережі MPLS і організувати тунельні передачі Математична модель механізму тунелювання в MPLS являє собою мережу масового обслуговування з послідовними чергами

Відомо, що вимоги QoS прикладного і користувальницького рівнів відображається в QoS мережевого рівня Отже, мета даної роботи можна визначити як аналіз функціонування мережі MPLS для забезпечення заданого QoS мультисервисного трафіку на основі застосування апарату напівмарковських (ПМ) процесів [2]

Використання апарату ПМ процесів дозволяє описувати досить широкий клас систем, так як не містить обмежень на закони розподілу випадкових величин, а в ряді випадків дозволяє отримати більш просте рішення задачі, коли застосування інших методів зустрічає серйозні труднощі (наприклад, при дослідженні систем і мереж з апаратурним і тимчасовим резервуванням [3]) Водночас апарат ПМ процесів дозволяє створити досить просту і доступну методику отримання основних показників QoS досліджуваних мереж Виходячи зі сказаного вище зупинимося більш детально на питаннях опису ПМ процесами мереж MPLS, враховуючи модель мережі з послідовними чергами і послідовне в часі дію маршругізаторов, через які проходять пакети

Напівмарковських процеси використовуються в якості математичних моделей складних стохастичних систем з кінцевим або рахунковим безліччю можливих станів, переходи між якими відбуваються через випадкові моменти часу т, розподілені довільним чином [4]

Розрахунок показників мережі MPLS за допомогою ПМ процесів здійснюється відповідно до наступного алгоритму

По-перше, описується безліч можливих станів Е мережі MPLS Нехай працездатність мережі характеризується N рівнями зниження ефективності Тоді безлічі станів, в якому може знаходиться мережа, розбивається на кпасси станів, що відповідають певному

рівню зниження ефективності

безліч повністю працездатних станів Ек (к = 1, .. N-1) – безліч станів часткової відмови, відповідних до-му зниження ефективності Εν – стан повної відмови мережі

По-друге, будується граф можливих переходів в мережі, які можуть здійснюватися тільки між станами одного класу і в станах суміжних кпассов На цьому кроці для кожного сотояния у е £ визначається безліч станів мережі, в яке можливий перехід з позитивною ймовірністю

У третьому, на безлічі станів £ формується ПМ матриця, що описує функціонування мережі

У четвертих, вичитуються показники QoS досліджуваної мережі і при необхідності пуги підвищення QoS

Прагнення підвищити точність опису функціонування мережі MPLS призводить до ускладнення їх математичних моделей і, як наслідок, до значного ускладнення апарату аналізу таких мереж або коли такий аналіз стає практично неможливим У таких ситуаціях знаходить застосування ідея фазового укрупнення ПМ системи [5] Фазовий простір £ досліджуваної мережі S являє собою сукупність кінцевого числа непересічних кпассов{R – некотрое

параметричне безліч) Стани кожного з кпассов Ег, reR, оедіняют в одне = г, reR У

новому укрупненому фазовому просторі Е = R будується укрупненная мережу S, функціонування якої спрощено, але в певному сенсі досить описує функціонування вихідної

реальної мережі S Укрупненная мережу S істотно простіше вихідної мережі S, так як сукупність фазових станів Ег реальної системи відповідає одному станом г укрупненої, а різноманіття звязків між кпассамі укрупнюється у взаємозвязок укрупнених стані

III                                  Висновок

в даний час не припиняються пошуки аналітичних методів, що дозволяють отримувати більш точні оцінки показників та імовірносного-часових характеристик складних мереж при прийнятних витратах праці і часу Цим вимогам значною мірою відповідають ПМ процеси [2], які широко стали застосовується в інженерного завданнях і зарекомендували себе як досить потужний засіб при дослідженнях такого роду Одночасно, метод фазового укрупнення складних мереж MPLS передбачає при необхідності можливість ієрархії укрупнення Таким чином, може бути побудована ієрархія укрупнених мереж MPLS, більш- менш детально описують функціонування вихідної мережі MPLS

Ще однією важливою властивістю укрупнення є той факт, що функціонування укрупненої мережі MPLS описується ланцюгом Маркова з неперервним часом, в той час як функціонування вихідної мережі MPLS описується ПМ процесами Крім того, значення ймовірностей переходу між станами реальної мережі MPLS за один крок, а також значення середніх часів перебування в станах – це мінімальна кількісна інформація, за якою можна отримати достатньо достовірні та обєктивні висновки про функціонування мережі MPLS

IV                           Список літератури

[1]  Гольдштейн А Б, Гольдштейн Б С Технологія та

протоколи MPLS – Москва: Радіо і звязок, 2005 – 320 с

[2] Королюк В С, Турбін А Ф Процеси марковского

відновлення в задачах надійності систем – Київ: Наукова думка, 1982 – 236 с

[3] Креденцера Б П Оцінка надійності систем з

апаратної та часової надмірності і миттєвого виявлення відмов Известия АН СРСР

Технічна кібернетика, 1971, 4, с 47-54

[4] Королюк В С, Турбін А Ф напівмарковських процеси і

їх програми – Київ: Наукова думка, 1976 – 181 с

[5] Королюк В С, Турбін А Ф Фазове укрупнення

складних систем – Київ: Вища школа, 1978 – 112 с

USE OF THE SEMI-MARKOV APPARATUS TO ANALYSE MPLS NETWORKS

Tsurcanu D N, Alexei A S, Nistiriuk P V, Beregoi E A, Birzoi O S

Technical University of Moldova 168, bd Stefan cel Mare, Kishinev, MD2004, Moldova Tel: +37322 235-458 Fax: +37322 235-236

E-mail: dinutsurcanu@uniflux-linenet

Annotation – Development of the method of analysis of MPLS (Multiprotocol Label Switching) Networks on the basis of the semi-Markov apparatus in respect to guaranteed QoS (Quality of Service) real time traffic servicing quality is presented

I                                         Introduction

Diverse mechanisms and protocols like IntServ (Integrated Services), DiffServ (Differentiated Services), RSVP (Resource Reservation Protocol), MPLS have been created to provide guaranteed real time traffic servicing quality, with the widest spread being achieved by MPLS [1] multiprotocol commutation technology

II                                        Main Part

The purpose of the present work can be determined as MPLS network functioning analysis for specified QoS multiservice traffic on the basis of the semi-Markov apparatus (SM) [2] Calculation of MPLS network rates with the help of SM is carried out according to the following algorithm:

First of all, sets of all possible £ states of MPLS network are described Let the network operability be characterized by N degradation levels

Then the state sets may be divided into state classes corresponding to the definite degradation–         set of

utterly operable states (К = 1, .. N-1) – partial failure state sets corresponding to if degradation En-complete network failure state

Secondly, a graph of possible network transitions is built with all the transitions to be made only between states of the same and adjacent classes

Thirdly, on the E state sets SM matrix describing network functioning is formed

Fourthly, QoS observable network rates and, if necessary, QoS buildup ways are deducted

The tendency to enhance the accuracy of MPLS network functioning description results in their mathematical model meshing and consequently in considerable complication of the analysis apparatus or even in virtual impossibility of such analysis In similar situations the idea of phase SM system enhancement [5] is used

III                                       Conclusion

The method of phase enhancement of compound MPLS networks stipulates, when necessary, the possibility of enhancement hierarchy Thus, there can be built the MPLS enhanced networks’ hierarchy more or less minutely describing the functioning of the initial MPLS network

Another important enhancement characteristic is that the functioning of enhanced MPLS network is described by Markov equations with continuous time while SM processes describe the functioning of initial MPLS network Moreover, the rates of transition probability between real MPLS network states for one pitch as well as the rates of mean time of states provide minimum quantitative information giving sufficiently valid and objective conclusions on MPLS network functioning

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2006р