- •А.В.Тимофеев, а.В.Сырцев Модели и методы маршрутизации потоков данных в телекоммуникационных системах с изменяющейся динамикой
- •Содержание
- •1. Эволюция глобальных ткс и принципов управления потоками данных
- •1.1. Рост объема и изменение структуры трафика в глобальных ткс
- •1.2. Современные тенденции развития глобальных ткс
- •1.3. Pазвитие ip-технологий маршрутизации и передачи потоков данных
- •1.4. Архитектура глобальных ткс и роль сетевой системы управления
- •1.5. Принципы построения адаптивных и интеллектуальных систем сетевого управления
- •1.6. Анализ ткс как информационного объекта управления
- •1.6.1. Графовые модели ткс
- •1.6.2. Матричные модели ткс и их взаимосвязь
- •1.6.3. Критерии коммуникабельности ткс
- •2. Методы статической маршрутизации потоков данных в мульти-агентных ткс
- •2.1. Задачи маршрутизации потоков данных и их роль в сетевом управлении ткс
- •2.2. Постановка задачи оптимальной статической маршрутизации
- •2.3. Модели и алгоритмы статической маршрутизации
- •2.3.1. Дерево кратчайших маршрутов для ткс с односторонними связями
- •2.3.2. Каталог узлов и оптимальных маршрутов для статических ткс
- •2.3.3. Метод статической лавинной маршрутизации
- •2.3.4. Методы вероятностной маршрутизации
- •2.3.5. Метод оптимальной маршрутизации, основанный на построении остова минимальной стоимости графовой модели ткс
- •2.4. Групповая маршрутизация в статических ткс
- •2.6. Оптимальная статическая маршрутизация в глобальных мульти-агентных ткс
- •3. Методы и средства динамической маршрутизации в глобальных ткс
- •3.1. Постановка задачи динамической маршрутизации
- •3.2. Основные алгоритмы динамической маршрутизации
- •3.2.1. Алгоритм Беллмана-Форда и его модификации
- •3.2.2. Алгоритм Дейкстры
- •3.3. Критерии существования оптимальных маршрутов передачи данных в динамических ткс на основе простых карт и таблиц маршрутизации
- •3.3.1. Критерий маршрутизируемости
- •3.3.2. Оптимальные таблицы и карты маршрутизации и вычисление оптимальных маршрутов
- •3.5. Много-адресная маршрутизация в динамических ткс
- •3.6. Многопотоковая маршрутизация в динамических ткс
- •3.7. Алгоритм 2-потоковой динамической маршрутизации
- •4. Модели и методы адаптивной и нейросетевой маршрутизации в мульти-агентных ткс
- •4.1. Особенности адаптивной маршрутизации в ткс с неопределённой днамикой
- •4.2. Принципы и модели централизованной, децентрализованной и мульти-агентной маршрутизации
- •4.3. Особенности организации распределительных таблиц и карт для адаптивной маршрутизации
- •4.4. Критерии корректности распределяющих карт маршрутизации
- •4.5. Расширение карт маршрутизации и интенсивность потоков данных
- •4.6. Централизованная и распределённая маршрутизации в мульти-агентных ткс
- •4.7. Нейросетевая маршрутизация в мульти-агентных ткс
- •Список литературы
- •Сведения об авторах
1.5. Принципы построения адаптивных и интеллектуальных систем сетевого управления
Начавшийся в ХХ веке переход к современному информационному обществу с распределёнными ресурсами невозможен без разработки и внедрения глобальных ТКС нового поколения, интегрирующих эти ТКС и связанные с ними глобальные компьютерные сети (КС) в единую инфотелекоммуникационную сетевую среду, предоставляющую необходимые услуги многочисленным пользователям по всему миру. Развитие и интеллектуализация таких инфотелекоммуникационных сетей, обеспечивающих хранение, обработку и передачу информации, направлено на улучшение качества, увеличение быстродействия (производительности) и расширение объема информационных и вычислительных услуг, предоставляемых пользователям глобальных ТКС и КС.
Расширение круга (номенклатуры) и качества информационных услуг при максимальной скорости передачи потоков данных с учётом возможных перегрузок и сетевых конфликтов порождают новые требования к сетевым системам управления (ССУ). На современном этапе эти ССУ должны не только обеспечить доступ пользователей к коммуникационным ресурсам глобальной ТКС, но и организовать надёжный доступ и быстрое использование информационных и вычислительных ресурсов, которые аккумулируются в КС в виде распределённых БД, БЗ, разного рода приложений, общедоступных вычислительных программ и т.п..
Основными функциями ССУ являются следующие управляющие операции:
- организация взаимодействия пользователей с оборудованием ТКС;
- целенаправленная обработка запросов (вызовов, команд и т.п.) пользователей;
- адресное использование коммуникационных и информационных сетевых ресурсов;
- одно- и мульти-агентное использование сетевых услуг и приложений;
- регулируемое установление или разрыв каналов связей;
- регулирование полосы пропускания передаваемых сигналов и т.п..
ССУ должна управлять информационными потоками и телекоммуникационным оборудованием в реальном времени, обеспечивая целостность передаваемых данных. При этом главная задача ССУ заключается в управлении процессами предоставления информационных, вычислительных и коммуникационных услуг, обеспечивающем высококачественное удовлетворение потребностей пользователей ТКС и КС.
ССУ глобальных ТКС нового поколения должны быть адаптивными и интеллектуальными [29,44,51,52]. Это означает, что ССУ должны обладать способностями к:
- адаптации (автоматической самонастройке) по отношению к изменяющемуся количеству пользователей, их запросов и требований к качеству предоставляемых услуг, изменяющимся структуре (топологии) ТКС и параметрам узлов и каналов связи и т.п.;
- обучению и самообучению новым функциям и правилам функционирования ТКС;
- самоорганизации структуры и функций сетевого управления в зависимости от изменений компонент глобальной ТКС;
- предсказанию (предвидению) последствий сетевого управления, возможностей появления сетевых конфликтов и т.п.
Таким образом, адаптивность и интеллектуальность являются важнейшими отличительными чертами перспективных ССУ, предназначенных для глобальных ТКС нового поколения.
Адаптивные и интеллектуальные ССУ с мульти-агентной архитектурой имеют иерархический и распределённый характер. На верхних уровнях таких ССУ осуществляется адаптивная и интеллектуальная обработка информации, а на нижнем уровне формируется управление коммуникационным оборудованием, обеспечивающее целенаправленную (адресную) транспортировку потоков данных.
Распределённость архитектуры адаптивных и интеллектуальных ССУ проявляется в распределённости их компонент и децентрализации (распараллеливании) выполняемых ими функций обработки информации и управления. Исходя из этого, ССУ можно разделить на три взаимодействующие подсистемы, обеспечивающие следующие функции:
- управляемый доступ к коммуникационным и информационным ресурсам;
- управление информационными потоками данных по запросам пользователей ТКС;
- управляемое предоставление запрошенных коммуникационных и информационных ресурсов с требуемым качеством обслуживания.
Масштабируемость глобальных ТКС порождает множество возможных вариантов распределения функций обработки информации и управления между компонентами ССУ.
Методы и алгоритмы маршрутизации потоков данных по запросам пользователей, используемые в адаптивных и интеллектуальных ССУ, должны обеспечивать асинхронный характер доступа к сетевым ресурсам и высокую надёжность такого доступа за счёт многопотоковой маршрутизации и резервирования соответствующих каналов связи.
Важным принципом построения адаптивных и интеллектуальных ССУ является открытость. Реализация этого принципа в ССУ основывается на их способности к обучению, адаптации и самоорганизации, использовании стандартных и новых протоколов сигнализации и передачи потоков данных, пользовательских интерфейсов для получения информационных услуг и приложений и т.п.