Методи підвищення сталості мережевої синхронізації в сучасній мультисервісній макромережі

Abstract

Єліссаві Камал Кхаліфа А. Методи підвищення сталості мережевої синхронізації в сучасній мультисервісній макромережі – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.06 “Інформаційні технології”. – Інститут телекомунікацій і глобального інформаційного простору Національної академії наук України, Київ, 2021. Дисертаційна робота, присвячена вирішенню науково-прикладної задачі підвищення сталості функціонування мережевої синхронізації шляхом розробки та удосконалення механізму динамічної адаптації дерева синхронізації, що дозволяє забезпечити працездатність мережевої синхронізації при збільшенні зв'язності мережі і значному збільшенні кількості аварійних ситуацій в мультисервісній макромережі. Активний еволюційний розвиток технологій веде до створення мультисервісних макромереж, метою яких буде вирішення принципово нових задач. Необхідність забезпечення сигналами точного часу вкрай важлива, а саме для забезпечення технологічності функціонування рівня послуг інформаційних технологій. Крім того, для узгодженої роботи білінгової системи з рівнем управління викликами також необхідно звірення шкал часу для коректного формування файлів CDR білінгу на вузлах мережі. Тому одним з головних завдань є побудова мережевої синхронізації, надійність якої має не поступатися надійності мережі передачі даних. Оскільки в мережах передачі даних існують механізми захисту трафіку від можливих аварій, то мережа синхронізації має бути спроектована з врахуванням можливих змін в маршрутах передачі даних. Для виконання такої вимоги в мережах синхронізації постає необхідність побудови оптимального “логічного” дерева синхронізації. Якість функціонування мережевої синхронізації в мультисервісній макромережі залежить від якості планування дерева синхронізації. Розробка та застосування механізму динамічної адаптації “логічного” дерева синхронізації суттєво сприяє підвищенню сталості мережевої синхронізації. Цей механізм дозволяє залежно від зміни ситуації на мережі формувати оптимальне для даної ситуації дерево синхронізації. У вступі наведено загальну характеристику роботи, обґрунтовано актуальність теми, сформовано мету, основні завдання досліджень, визначено наукову новизну та практичне значення основних результатів, наведено відомості про їхню апробацію та реалізацію. В першому розділі розглянуто загальні властивості, основні принципи побудови й функціонування мережевої синхронізації в мережах синхронної цифрової ієрархії та в мережах пакетних технологій IP/MPLS. Проведено аналіз існуючих типів мережних елементів мережевої синхронізації в мережах синхронної цифрової ієрархії та в мережах пакетної технології IP/MPLS. Для формування сигналів синхронізації в мережі тактової синхронізації використовують первинні джерела та пристрої сигналів синхронізації. Другий розділ дисертації присвячено оцінці впливу сигналів синхронізації на навантаження мережі на ієрархічних рівнях доступу, розподілення та ядра мультисервісної макромережі. Розглянуто основні принципи реалізації мережі синхронізації в пакетних мережах IP/MPLS та методи синхронізації. Розглянуто трирівневу ієрархічну структуру мережі передачі даних. Запропоновано рекомендації щодо планування мережі синхронізації в пакетних мережах IP / MPLS. Проведено вимірювання параметрів стабільності сигналів синхронізації в пакетних мережах. Третій розділ дисертації присвячений розробці методів підвищення сталості функціонування мережевої синхронізації в мультисервісній макромережі, які полягаютьє в: - визначенні сукупності параметрів, що впливають на сталість функціонування мережевої синхронізації; - розробці рекомендацій щодо оптимальної побудови мережевої синхронізації на основі комбінацій топологічних структур, які складаються з досліджуваних фрагментів; - дослідженні залежності сталості функціонування фрагмента мережевої синхронізації від інтенсивності відмов, інтенсивності відновлень й обраної топології; - в виборі оптимальної топології, яка забезпечує максимальну сталість мережевої синхронізації при заданих інтенсивностях потоків відмов і відновлень; - в дослідженні можливості використання типових фрагментів мережі синхронізації для побудови дерева синхронізації, що динамічно адаптується. Четвертий розділ дисертації присвячений оцінці ефективності запропонованих методів підвищення сталості функціонування мережевої синхронізації в мультисервісній макромережі. Шляхом математичного моделювання була проведена оцінка введення методу динамічної адаптації дерева синхронізації при плануванні мережевої синхронізації в мультисервісній макромережі. Основні положення та зміст дисертації відображено в 19 наукових публікаціях: 11 наукових статях (3 з яких одноосібні [3, 12,13]), одна опублікована у виданні, що індексується в наукометричній базі Scopus [16], одна у зарубіжному виданні [14], одна у виданні держави, яка входить до Організації економічного співробітництва та розвитку [18] та у фахових виданнях ДАК України [2,10,11,15,17] та в 8 тезах і матеріалах доповідей на конференціях. В роботі: – вперше розроблено метод визначення сталості функціонування мережевої синхронізації з врахуванням інтенсивностей потоків відмов і відновлень, топології мережі й алгоритмів функціонування мережевих елементів з врахуванням імовірнісних характеристик подій, що відбуваються в мережі синхронізації; удосконалено метод аналізу працездатності фрагмента мережі синхронізації довільної топології і протоколів взаємодії між мережевими елементами для формування дерева синхронізації, що дозволяє запобігати появі часових петель в замкнутих топологічних структурах шляхом зміни пріоритетів і введення механізму програмованої затримки в алгоритм формування повідомлень про статус синхронізації; - встановлено, що використання удосконаленого методу динамічної адаптації дерева синхронізації на основі замкнутої топології є доцільнішим, ніж використання існуючих алгоритмів на даній топології та дозволить на 25% збільшити надійність та сталість мережі при виникненні аварійних ситуацій під час надання послуг; - удосконалено метод переконфігурування мережевої синхронізації в мережах IP/MPLS, який дозволить збільшити ефективність планування та використання алгоритмів функціонування мережевих елементів з урахуванням імовірнісних характеристик подій, що відбуваються в мережі синхронізації на 10-13%. Якість функціонування фрагмента мережі синхронізації, в якому мережні елементи функціонують за алгоритмом з динамічною адаптацією дерева синхронізації може досягати якості функціонування фрагмента з ідеальним алгоритмом, тобто може бути досягнута теоретична межа якості функціонування.