Презентация по магистерской диссертации 0-10 Защита магистерской диссертации



Скачать 141.63 Kb.
Дата20.05.2016
Размер141.63 Kb.


РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ДРУЖБЫ НАРОДОВ

Факультет физико-математических и естественных наук

Кафедра «Систем телекоммуникаций»
Утверждаю

Заведующий кафедрой


д.т.н., профессор
____________ К.Е. Самуйлов

« » 20 г.



Петров Иван Иванович
Тема диссертации
Направление: 010500 «Прикладная математика и информатика»

Магистерская программа: «Управление инфокоммуникациями и интеллектуальные системы»


Диссертация

на соискание степени магистра прикладной математики и информатики

Научный руководитель

доктор технических наук

профессор

Сергеев Анатолий Иванович


МОСКВА

20__

Утверждаю

Заведующий кафедрой
д.т.н., профессор
____________ К.Е. Самуйлов

« » 20 г.




Вид задания

Кол-во баллов

Сумма баллов

1. Текст магистерской диссертации

0-40




2. Презентация по магистерской диссертации

0-10




3. Защита магистерской диссертации

0-50




Итого







Студент

Петров Иван Иванович

Группа

НП-603

Научный руководитель

д.т.н., профессор
___________ А.И. Сергеев

« » 20 г.




Оглавление

Список сокращений 4

Список обозначений 5

Введение 6

Глава 1. Характеристика технологии Bluetooth 10

1.1. История возникновения технологии Bluetooth 10

1.2. Принципы построения сети Bluetooth 11

1.3. Уровень радиосвязи и уровень немодулированной передачи стека протоколов Bluetooth 13

Глава 2. Вероятность потери пакета в сети Bluetooth 14

2.1. Коллизии и потери пакетов в Bluetooth 14

2.2. Анализ эффективности формулы вероятности потери пакета 16

Глава 3. Реализация измерений и численного анализа 17

Заключение 19

Литература 20

Приложение 1. Графики зависимости вероятности блокировки от нагрузки 21





Список сокращений


Русскоязычные сокращения

ЛВС

Локальная вычислительная сеть


Англоязычные сокращения

IEEE

Institute of Electrical and Electronics Engineers

PAN

Personal Area Network

WLAN

Wireless Local Area Network



Список обозначений


G(V,E)

Граф (орграф) с множеством вершин V и множеством ребер (дуг) E.

f(u,v)

Поток по дуге (u,v), или нагрузка на сигнальное отношение (u,v)

w(u,v)

Пропускная способность дуги или пучка ЗС.



Введение


Качество функционирования современных сетей телекоммуникаций существенно зависит от своевременной доставки и надежности передачи сигнальной информации. Системы сигнализации применяются не только для управления процессом установления соединений пользователей в традиционной телефонии, но также обеспечивают возможность предоставления новых услуг, таких, как услуги интеллектуальных сетей и сетей сотовой подвижной связи.

За последние два десятилетия общеканальная система сигнализации №7 (ОКС7) [4] стала преобладающей системой передачи управляющей информации в телекоммуникационных сетях. Качество большинства существующих телекоммуникационных услуг и пользовательских приложений в существенной мере определяется качеством функционирования ОКС7, которое в первую очередь зависит от эффективности функционирования подсистемы передачи сигнальных сообщений (MTP – Message Transfer Part). Сеть сигнализации логически отделена от инфраструктуры базовой информационной сети связи и лишь разделяет с ней некоторые физические сетевые ресурсы, например системы передачи.

Передача сигнального трафика по IP-сетям – задача, возникшая в процессе объединения сетей передачи голоса и данных в результате необходимости расширения существующей инфраструктуры сетей сигнализации для удовлетворения потребностей в новых услугах связи. Сети IP предоставляют практически неограниченные транспортные возможности. Однако, протоколы транспортного уровня TCP (Transmission Control Protocol) и UDP (User Datagram Protocol) не обеспечивают требований, предъявляемых к передаче сигнального трафика. Для решения данной задачи была создана рабочая группа SIGTRAN (SIGnalling TRANsport) организации IETF [13], которая разработала архитектуру передачи сигнальных сообщений по IP-сетям. Транспортным компонентом данной системы является протокол управления потоковой передачей SCTP (Stream Control Transmission Protocol). Следовательно, возникает задача анализа оценки производительности и показателей качества обслуживания протокола SCTP, таких как задержки передачи – как наиболее критичному показателю процесса установления соединений в современных сетях связи.

Цель диссертационной работы

Разработка модели функционирования протокола SCTP и ее приложение к анализу задержек передачи сигнальных сообщений.



Методы исследования

В работе применен комплексный подход, заключающийся в использовании методов теории массового обслуживания, математической теории телетрафика, имитационного моделирования и измерений на экспериментально-программном комплексе.



Научная новизна

Построена модель функционирования протокола SCTP в виде СМО с групповым обслуживанием заявок, предложен метод построения имитационной модели для вычисления вероятностно-временных характеристик, разработан экспериментально-программный комплекс для измерения задержек передачи по протоколу SCTP.



Практическая ценность работы

Адекватная модель протокола управления потоковой передачей позволит проектировщику наилучшим образом определить структурные характеристики системы, предназначенной для передачи сигнальных сообщений по IP-сети, в частности, параметры протокола SCTP.



Структура диссертации

Диссертация состоит из трех глав. В первой главе рассмотрена архитектуры передачи сигнальных сообщений ОКС7 по IP-сетям.

В разделе 1.1 описаны функциональные особенности ОКС7 и перечислены основные требования к показателям качества обслуживания подсистемы MTP, выполнение которых зависит от функционирования протокола SCTP при передаче сигнальных сообщений по IP-сетям. В разделе 1.2 представлена архитектура сигнального транспорта, рассмотрены стек протоколов SIGTRAN и функции протокола управления потоковой передачей, существенные для обеспечения показателей качества ОКС7 при передаче сигнальных сообщений по IP-сетям. Раздел 1.3 посвящен описанию протокола SCTP, функциональных характеристик в сравнении с протоколом TCP. В разделе 1.4 формулируется постановка задачи диссертационной работы, которая заключается в построении и исследовании модели функционирования протокола SCTP в применении к задаче передачи сигнальных сообщений по IP-сетям.

Глава 2 посвящена анализу функционирования протокола SCTP. В разделе 2.1 представлена упрощенная функциональная схема протокола. В разделе 2.2 на основе упрощенной функциональной схемы предложена модель протокола в виде СМО с групповым обслуживанием заявок. В разделе 2.3 разработана имитационная модель протокола SCTP для анализа вероятностно-временных характеристик для произвольных распределений, характеризующих входящий поток заявок и процедуру обслуживания.

В заключительной третьей главе представлены результаты измерений и численного анализа построенной модели. Раздел 3.1 посвящен описанию экспериментально-программного комплекса. В разделе 3.2 проведен анализ измерений, полученных при функционировании экспериментально-программного комплекса, в сравнении с результатами имитационного моделирования. В заключительном разделе определены задачи дальнейших исследований.

В диссертационной работе решаются перечисленные ниже задачи.



  1. Исследование технологий передачи сигнальной информации по IP-сетям. Анализ функционирования стека протоколов SIGTRAN и протокола SCTP.

  2. Разработка и анализ математической модели функционирования протокола SCTP в терминах ТМО. Разработка имитационной модели для анализа задержек передачи по протоколу SCTP.

  3. Разработка экспериментально-программного комплекса для измерения задержек передачи по протоколу SCTP. Реализация измерений, проведение численного анализа показателей качества обслуживания передачи сигнальных сообщений.

Апробация работы

По теме диссертации выполнена работа [8].




Глава 1.Характеристика технологии Bluetooth


В данном разделе описана краткая характеристика технологии Bluetooth, необходимая для дальнейшего рассмотрения возникновения коллизий и потерь пакетов в сетях Bluetooth.

1.1.История возникновения технологии Bluetooth


В 1994 году компания Ericsson заинтересовалась вопросом создания беспроводной связи между мобильными телефонами и другими устройствами. В 1998 году Ericsson совместно с компаниями Nokia, IBM, Toshiba и Intel сформировали группу для создания беспроводной технологии, служившей для замены кабелей беспроводными устройствами (например, соединения принтера с компьютером). Технология получила название Bluetooth, в честь короля Гаральда Синего Зуба II (XX век), который объединил враждующие племена викингов (он сделал это без помощи проводов).

В дальнейшем технология Bluetooth стала развиваться в направлении создания беспроводных самоорганизующихся (ad hoc) сетей небольшого размера (PAN). PAN стали конкурентом WLAN (Wireless Local Area Network) на базе стандарта IEEE 802.11.

В 1999 году группой Bluetooth была выпущена первая спецификация Bluetooth V1.0, в которой были описаны уровни стека протоколов от физического до прикладного. В 2001 году появилась вторая спецификация V1.1 [3]. На прикладном уровне в данной спецификации описываются 13 конкретных приложений, называемых профилями.

В 2002 IEEE утвердил первый стандарт персональных сетей 802.15.1. В нем, как и в остальных документах 802.x рассматриваются только физический уровень и подуровень управления доступом к среде. Существуют различия между стандартами группы Bluetooth и 802.15, но в дальнейшем ожидается объединение этих двух стандартов.

Можно выделить три основных области применения технологии Bluetooth [1]: использование технологии Bluetooth для замены проводов (точка-точка приложения); создание точек доступа (AP, Access Point) для подсоединения к Internet или другим внешним сетям; PAN.

Использование Bluetooth вместо проводов создает простоту соединения устройств. Bluetooth может быть использован для соединения мобильных телефонов с наушниками; принтера, клавиатуры и мыши с компьютером. Использование беспроводных соединений решает многие проблемы, связанные со стандартизацией кабелей.

Bluetooth может быть использован для создания дешевых точек доступа, обеспечивающих безопасные каналы, которые могут использоваться для различных транзакций (поиск информации, произведение оплат и т.д.). Точки доступа также используются для доступа к другим сетям.

Технология Bluetooth позволяет создавать недорогие (микросхема Bluetooth стоит менее $5) и эффективные персональные вычислительные сети. Типичный сценарий применения PAN – конференц-зал, где видео проектор соединяется с PC выступающего, и презентация записывается на PC присутствующих слушателей. PAN может найти широкое применение как дома, так и в офисе.


1.2.Принципы построения сети Bluetooth


Базовой единицей сети Bluetooth является пикосеть (piconet), состоящая из одного главного узла (master) и нескольких подчиненных узлов (slave). Пикосеть может содержать до семи подчиненных узлов. Радиус пикосети (с главным узлом в центре) составляет 10 м. Подчиненные узлы могут взаимодействовать только через главный узел.

В одном помещении (достаточно большом) могут находится несколько пикосетей, которые могут взаимодействовать, образуя рассеянную сеть (scatternet). Пикосети связываются посредством узлов-мостов, которые принадлежат всем связываемым пикосетям. Мост может являтся главным узлом только в одной пикосети, а может быть подчиненным во всех пикосетях.

Помимо семи активных узлов главный узел может поддерживать до 255 отдыхающих (приостановленных) узлов. Это узлы, переведенные в режим пониженного энергопотребления. Существуют три вида режимов пониженного энергопотребления:


  • удерживающий режим (hold mode) используется, когда узел должен «заснуть» на указанный промежуток времени (все узлы пикосети переводятся в этот режим, когда главный узел ищет новые узлы,

  • sniff режим (sniff mode). В этом режиме узлы периодически обращаются к главному узлу,

  • приостанавливающий режим (park mode) аналогичен sniff режиму, но в нем подчиненные узлы синхронизированы с главным узлом.

Пример рассеянной сети, состоящей из двух пикосетей изображен на Рис. 1 .1.

Рис. 1.1. Рассеянная сеть



1.3.Уровень радиосвязи и уровень немодулированной передачи стека протоколов Bluetooth


В Bluetooth используется маломощная приемопередающая система с радиусом действия порядка 10 м. Она работает в нелицензируемом диапазоне 2,4 ГГц. Поскольку сети 802.11b работают в том же диапазоне, пакеты Bluetooth и WLAN интерферируют. Весь диапазон делится на 79 каналов по 1 МГц. В качестве модуляции используется частотная манипуляция с 1 битом на герц, т.о. скорость канала составляет 1 Мбит/с.

Кадры между узлами передаются по логическому соединению. Существует два типа соединений: ACL (Asynchronous Connectionless – асинхронное без установления связи) и SCO (Synchronous Connection Oriented – синхронное с установлением связи). Первый тип используется для коммутации пакетов данных, второй – для передачи данных в реальном масштабе времени (например, телефонный разговор).



Глава 2.Вероятность потери пакета в сети Bluetooth

2.1.Коллизии и потери пакетов в Bluetooth


На Рис. 2 .2 изображен пример возникновения коллизии.

Рис. 2.2. Возникновение коллизии

Введем событие PL (Packet Loss) обозначающее факт потери пакета в сети, т.е. PL={потеря пакета, принимающегося RR}.

Для возникновения коллизии необходимо, чтобы сигналы «мешающие» принимать нужный пакет имели достаточную мощность. Поэтому потеря пакета обычно рассматривают как падение отношения мощности приходящего сигнала к сумме мощности интерференции и шума в радиоканале на RR ниже определенного порога (зависящего от используемого оборудования).

Мы рассмотрим рассеянную сеть, состоящую из M+1 пикосети. Одна пикосеть содержит RR, т.о. имеются M пикосетей с исходящими сигналами которых возможна интерференция.

В рассматриваемом случае событие PL можно описать следующей формулой:

, 

через C обозначается мощность принимаемого RR сигнала, N – мощность шума, – порог возникновения коллизии. – суммарная мощность интерференции, где – мощность сигнала, приходящего от m-ой пикосети (замеренная на RR). – с.в. имеющая распределение Бернулли с параметром pm. С. в. равна 1, если m-ая пикосеть осуществляет передачу на частоте RR, и 0 в противном случае.

Пример таблицы:

Табл. 2.1. Формат заполнения входного и выходного файлов



Входной файл для примера

Файл с результатами работы программы для примера

0 2 2 0

0 0 0 3


0 0 0 1

0 0 0 0
0 0 0 0

0 0 0 0

0 0 0 0


0 0 0 0
0

3


0 2 2 0

0 0 0 3


0 0 0 1

0 0 0 0
0 2 1 0

0 0 0 2

0 0 0 1


0 0 0 0
0

3


Рассмотрев событие потери пакета в сети, можно перейти к рассмотрению вероятности этого события. Анализ формулы вероятности потери пакета

Обозначим вероятности потери пакета в рассеянной сети, состоящей из M пикосетей, через PLP(M). Тогда PLP(M)=P(PL(М)) и из :



. 

Мы рассматриваем двумерное пространство. C и Y – случайные величины, с плотностями распределения и соответственно.


2.2.Анализ эффективности формулы вероятности потери пакета


Для демонстрации эффективности формулы (2.5) ниже приведены результаты опубликованные в [1]. Были проведены испытания для сравнения результатов, полученных по формуле (2.5), с результатами полученными на практике. В каждом испытании M главных узлов случайно располагались в прямоугольной области. Каждый из M узлов формирует пикосеть с Ns активными подчиненными узлами (в радиусе 10 метров). Следуя [3] WT устанавливается равной 0 dBm (дБ/мВт).

На Рис. 2 .2 [1] представлено сравнение результатов, полученных по формуле (2.2), и из проведенных испытаний для разных положений RR. Для получения коэффициентов использовалось дискретное приближение функций и [4]. Шаг переменной x указан на Рис. 2 .2. Из графика видно результаты опыта ближе к теоретическим с уменьшением Δ (при этом повышается время вычисления). Также из графиков видно, что вероятность потери пакета существенно зависит от положения RR.


Глава 3.Реализация измерений и численного анализа


Таким образом, задавая параметры точности доверительного интервала, можно получить количество циклов, которые были сгенерированы, а также величину среднего времени ожидания начала обслуживания.

Рис. 3.3. Алгоритм расчета доверительного интервала

Рассмотрим систему, в которой в моменты времени поступают заявки. Параметр определяет длительность интервала между моментами поступлений n-ой и (n+1)-ой заявок. Заявки поступают на обслуживающее устройство группами по в каждой группе, на обслуживание группы необходимо затратить время , где s – номер группы.

Рис. 3.4. Временная диаграмма СВ времени ожидания начала обслуживания



Для наглядности на Рис. 3 .4 представлена временная диаграмма, из которой следует, что для расчета времени ожидания начала обслуживания необходимо учитывать, что -ая заявка, поступая в систему, может застать обслуживающий прибор пустым, тогда ее время ожидания будет зависеть только от количества заявок в группе, поступивших после нее, т.е. и , если заявка является последней в группе. Если же -ая заявка поступает в систему, когда обслуживающий прибор занят, то время ожидания начала обслуживания будет зависеть от времени ожидания начала обслуживания последней заявки предыдущей группы, от номера заявки в группе и от времени обслуживания предыдущей группы.

Заключение


Текст заключения.


Литература


  1. Бочаров П.П., Печинкин А.В. Теория массового обслуживания. – М.: РУДН, 1995.

  2. Крэйн М., Леуман О. Введение в регенеративный метод анализа моделей. – М.: Наука, 1982.

  3. Саати Т.Л. Элементы теории массового обслуживания и ее приложения. – М.: Советское Радио, 1971.

  4. Самуйлов К.Е. Методы анализа и расчета сетей ОКС7. – М.: РУДН, 2002.

  5. Башарин Г.П. Лекции по математической теории телетрафика. – М.: РУДН, 2004.

  6. Скитович В.П. Элементы теории массового обслуживания. – М.: Ленинградский университет, 1976.

  7. Штойян Д. Качественные свойства и оценки стохастических моделей. – М.: Мир, 1979.

  8. Сергеев А.И., Чукарин А.В., Петров И.И. Разработка модели функционирования протокола управления потоковой передачей // Вестник РУДН. Серия «Прикладная и компьютерная математика». – 2005. – Т. 3, № 1. – С. 33-39.

  9. ITU-T Recommendation Q.704: Signaling System No.7 – Message Transfer Part, Signaling Network Functions and Messages // Geneva, Jul. 1996.

Приложение 1. Графики зависимости вероятности блокировки от нагрузки


Здесь должен быть текст приложения.





База данных защищена авторским правом ©refedu.ru 2016
обратиться к администрации

    Главная страница