Методи адаптивного формування трафіку комп’ютерних мереж за умов граничного навантаження

Скрипніченко А. А. Методи адаптивного формування трафіку комп’ютерних мереж за умов граничного навантаження : дис. ... доктора філософії : 126 Інформаційні системи та технології. Київ, 2025. 167 с.

Скрипніченко А. А. Методи адаптивного формування трафіку комп’ютерних мереж за умов граничного навантаження – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 126 - інформаційні системи та технології (галузь знань 12 - інформаційні технології). – Київський національний університет імені Тараса Шевченка МОН України. - Київський національний університет імені Тараса Шевченка МОН України. - Київ, 2025.
Розглядається корпоративна мережа критичного застосування як велика інформаційно-керуюча система жорсткого реального часу. Трафік таких мереж
є різнорідним за визначенням, а статистика його інтенсивності не є пуасонівською.
Інтенсивний прогрес інформаційних та телекомунікаційних технологій, їх впровадження в усі галузі людської діяльності пов’язані з розробкою та побудовою складних та розвинених інформаційно-обчислювальних систем. Вони стали невід’ємною частиною інформаційно-управляючих систем будь-якого призначення. Це стосується, у першу чергу, корпоративних мереж установ, підприємств та організацій. Такі мережі є складеними гетерогенними мережами з різнорідним трафіком типу Triple Play (мова – відео – дані) або Quadruple Play (мова – відео – дані плюс мобільні абоненти). Водночас з розширенням меж застосування технологій взаємодії відкритих систем і міжнародних стандартів функціонування інформаційно-обчислювальних структур зростають і вимоги до їх швидкодії та надійності.
Перспективи розвитку методів маршрутизації у складених гетерогенних мережах з різнорідним трафіком лежать у рамках таких напрямів досліджень:
- обрання структури й топології мережі за критеріями продуктивності, надійності та безпеки, розширюваності та масштабованості, прозорості, гнучкості та підтримки різних видів трафіку, керованості та сумісності;
- розробка та впровадження гетерогенних мереж із різними фізичними середовищами передавання даних (мідний кабель – оптоволокно – вільний простір);
- обрання оптимального числа маршрутів доставки даних за комплексним критерієм "ефективність – вартість";
- аналіз та вибір протоколів маршрутизації на стеку протоколів TCP/IP для "чистих" ІР-мереж та комбінованих мереж типу "ІР-мережа – телефонна мережа загального призначення" або "ІР-мережа – спеціалізована мережа передавання даних", "ІР-мережа – мережа з толерантністю до затримок та розривів з'єднань (Delay/Disruption Tolerant Networks)" тощо;
- розробка методів маршрутизації у комп'ютерних мережах з граничним навантаженням, при якому інтенсивність мережного трафіку практично зрівнюється з пропускною спроможністю каналів передачі даних;
- дослідження та розробка загальних методів оптимальної маршрутизації та математичних моделей процесів маршрутизації у перевантажених мережах, зокрема динамічних моделей маршрутизаторів;
- застосування моделей трафіку для моніторингу комп'ютерних мереж та розробка методів адаптивного формування трафіку вдосконаленими багатошвидкісними формувачами "маркерне відро";
- вивчення та побудова математичних моделей комп'ютерних мереж як стохастичних систем з різними типами апріорної невизначеності тощо;
- обґрунтування рекомендацій з вибору структури та вигляду мережі зі сплесками навантаження, розробка методів усунення надлишковості мережних застосунків для підвищення якості сервісу.
Основні наукові та практичні результати опубліковано в наукових статтях (у тому числі у міжнародному журналі Європейського Союзу) та апробовано на міжнародних науково-технічних конференціях, одну з яких індексовано у наукометричній базі Scopus.
Серед умов оптимізації і ухвалення концептуальних проєктних рішень у формальному відношенні розглянуто такі різновиди: умови повної визначеності, умови частинної (імовірнісної параметричної) невизначеності та умови повної (імовірнісної непараметричної) невизначеності. Основну увагу приділено розгляду умов частинної та повної невизначеності, тому що умови повної визначеності є деякою ідеальною побудовою, яка має чисто умоглядний характер і не зустрічається на практиці.
Набагато більш реалістичним представляється розподіл на параметричну і непараметричну невизначеність. У першому випадку можна зробити достатньо обґрунтовані припущення про апріорні параметри і параметри спостереження. Стосовно інформаційних мереж, наприклад, можна говорити про статистику мережного трафіку, зокрема про його самоподібність (фрактальність). Коло апріорних розподілів значно звужується і зводиться до неекспоненціального сімейства (розподілів з так званими "важкими"). При цьому широко застосовується байесівській підхід. При непараметричній невизначеності доводиться задаватися якнайменше сприятливими розподілами типу розподілів з максимальною ентропією і одержувати деякі асимптотичні оцінки очікуваної ефективності. Для синтезу системи з оптимальною структурою можна застосовувати мінімаксний або адаптивний байесівській підхід. Вибір того або іншого конкретного методу залежить не тільки від масштабу інформаційної системи, але й від кола вирішуваних з її допомогою задач.
Завданням сьогодення є розробка системи аналізу і прогнозування якості обслуговування (Quality of Service – QoS). Одним із ключових показників QoS є оптимальний розподіл навантаження комп'ютерної мережі в цілому, окремих сегментів мережі і окремих маршрутів. Це дасть можливість вибирати якнайкращі маршрути за різними критеріями, наперед виявляти можливі вузькі місця і вживати заходи з їх завчасної ліквідації. Тому завдання удосконалення методів маршрутизації на основі більш повного урахування інформації про стан мережі в цілому і окремих маршрутів є, безумовно, актуальним.