Скрипніченко, Андрій АнатолійовичАндрій АнатолійовичСкрипніченкоПампуха Ігор Володимирович2025-09-172025-09-172025-07-16Скрипніченко 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.УДК 336.1:355.6https://ir.library.knu.ua/handle/15071834/7737Скрипніченко 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.Skrypnichenko A.A. – Methods of adaptive traffic formation of computer networks under conditions of limit load – Qualified Doctor of Philosophy research on the rights of a manuscript. Dissertation for the degree of Doctor of Philosophy in the specialty 126 Information Systems and Technologies – (Field of Study 12 Information Technologies ). Taras Shevchenko National University of Kyiv.– Taras Shevchenko National University of Kyiv, Kyiv, 2025. The corporate network of critical application is considered as a large information and control system of hard real time. The traffic of such networks is heterogeneous by definition, and its intensity statistics are not Poisson. The intensive progress of information and telecommunication technologies, their implementation in all areas of human activity are associated with the development and construction of complex and advanced information and computing systems. They have become an integral part of information and management systems of any purpose. This applies, first of all, to corporate networks of institutions, enterprises and organizations. Such networks are complex heterogeneous networks with heterogeneous traffic such as Triple Play (voice – video – data) or Quadruple Play (voice – video – data plus mobile subscribers). At the same time, with the expansion of the application limits of open systems interaction technologies and international standards for the functioning of information and computing structures, the requirements for their speed and reliability are also increasing. Prospects for the development of routing methods in complex heterogeneous networks with heterogeneous traffic lie within the framework of the following areas of research: - choosing the structure and topology of the network according to the criteria of performance, reliability and security, extensibility and scalability, transparency and security, flexibility and support of various types of traffic, controllability and compatibility; - development and implementation of heterogeneous networks with different physical media for data transmission (copper cable – optical fiber – free space); - choosing the optimal number of data delivery routes according to the complex criterion "efficiency – cost"; - analysis and selection of routing protocols on the TCP/IP protocol stack for "pure" IP networks and combined networks such as "IP network – general purpose telephone network" or "IP network – specialized data transmission network", "IP network – delay/disruption tolerant networks" etc.; - development of routing methods in computer networks with limited load, when the intensity of network traffic is practically equal to the bandwidth of data transmission channels; - research and development of general methods of optimal routing and mathematical models of routing processes in congested networks, in particular, dynamic models of routers; - application of traffic models for monitoring computer networks and development of methods of adaptive traffic formation with advanced multi-speed "marker bucket" shapers; - study and construction of mathematical models of computer networks as stochastic systems with various types of a priori uncertainty, etc.; - the recommendations for choosing the structure and appearance of the network with bursts of load are substantiated, the method of eliminating the redundancy of network applications to improve the quality of service is developed. The main scientific and practical results have been published in scientific articles (including in the international journal of the European Union) and tested at international scientific and technical conferences, one of which is indexed in the Scopus scientometric database. Among the conditions of optimization and adoption of conceptual design decisions, the following varieties are formally considered: conditions of full certainty, conditions of partial (probabilistic parametric) certainty, and conditions of full (probabilistic non-parametric) certainty. The main attention is paid to consideration of the conditions of partial and complete uncertainty, because the conditions of complete certainty are some ideal construction, which is purely hypothetical and does not occur in practice. The division into parametric and non-parametric uncertainty seems much more realistic. In the first case, it is possible to make sufficiently justified assumptions about a priori parameters and parameters of observation. Regarding information networks, for example, we can talk about the statistics of network traffic, in particular, about its self-similarity (fractality). The circle of a priori distributions narrows considerably and is reduced to a non-exponential family (distributions with "heavy" tails). At the same time, the Bayesian approach is widely used. With non-parametric uncertainty, it is necessary to set the least favorable distributions of the type of distributions with maximum entropy and to obtain some asymptotic estimates of the expected efficiency. A minimax or adaptive Bayesian approach can be used to synthesize a system with an optimal structure. The choice of one or another specific method depends not only on the scale of the information system, but also on the range of tasks solved with its help. An urgent task is the development of a system of analysis and forecasting of the quality of service (Quality of Service – QoS). One of the key indicators of QoS is the optimal load distribution of the computer network as a whole, individual network segments and individual routes. This will make it possible to choose the best possible routes based on various criteria, identify possible bottlenecks in advance and take measures to eliminate them in advance. Therefore, the task of improving routing methods based on more complete consideration of information about the state of the network as a whole and individual routes is certainly relevant.ukкомп'ютерна мережамережне навантаженняякість обслуговуваннярізнорідний самоподібний (фрактальний) трафікадаптивне формування трафікубагатошвидкісний формувач трафікуусунення надлишковості програмних додатків.computer networknetwork loadquality of serviceheterogeneous self-similar (fractal) trafficadaptive traffic shapingmulti-rate traffic shaperelimination of redundancy of software applicationsДисертація