Управление качеством обслуживания с учетом приоритетности сообщений

При управлении ТКС, актуальной является задача не только восстановления работоспособности сети, но и обеспечение необходимого качества обслуживания.

Механизмы обеспечения качества обслуживания должны учитывать все многообразие требований, предъявляемых абонентами к сети, и предоставляющих каждому абоненту тот уровень качества обслуживания, который ему необходим [3].

Качество обслуживания – это способность сетевых средств обеспечить требуемый сервис для определенных классов трафика.

Основное назначение этой технологии состоит в том, чтобы обеспечить приоритет, контролируемую задержку и вариацию этой задержки для определенного вида трафика. При этом важно обеспечить приоритетность обслуживания для какого-либо потока с возможностью передачи других потоков данных.

Данная технология включает широкий спектр средств, которые при правильном их применении могут повысить эффективность использования выделенных каналов.

Некоторые современные технологии такие, как АТМ, Frame Relay, изначально предусматривают использование приоритетности. Поэтому органы стандартизации большое внимание уделяют IP, Ethernet и другим технологиям, требующим поддержки качества сервиса.

Базовая архитектура приоритетности обслуживания включает в себя механизмы идентификации и маркировки, предназначенные для координирования приоритетности как между оконечными сетевыми элементами, так и в пределах одного элемента сети (например, для организации очереди обслуживания). В этом случае трафик может быть идентифицирован по значениям полей заголовка передаваемого сообщения. Такой способ присвоения приоритета называется явным.

При неявном присвоении приоритетов обслуживающий прибор автоматически присваивает пакетам приоритет исходя из некоторых показателей, например, адресов отправителя и получателя.

При обслуживании пакетов с разными приоритетами организуется очередь, представляющая собой области буферного запоминающего устройства (БЗУ), в которых группируются заявки с одинаковыми приоритетами. Необходимо обеспечить наилучшее обслуживание трафика с более высокими приоритетами при условии, что пакету с низким приоритетом гарантируется обслуживание.

В таких условиях более эффективной является дисциплина пропорционального обслуживания. При этом каждому потоку присваивается некоторый вес, определяющий порядок его передачи. В случае отсутствия очереди с высоким приоритетом обслуживаются малоприоритетные пакеты. Пакеты одного приоритета обслуживаются в порядке поступления.

Однако при наличии высокоприоритетного трафика возникает так называемая проблема отсечения конца очереди. Когда очередь полна, ни один вновь поступивший пакет туда уже не помещается, а потому отбрасывается. Чтобы обеспечить целостность высокоприоритетного трафика, необходимо, во-первых, следить за тем, чтобы очередь, по возможности, не переполнялась (в ней должно оставаться место для высокоприоритетных пакетов); во-вторых, используя некоторый критерий, отбрасывать пакеты с меньшим приоритетом, прежде чем будут отброшены пакеты с более высоким приоритетом. Оба этих механизма реализует алгоритм взвешенного случайного раннего обнаружения (weight random early detection, WRED). WRED избирательно отбрасывает пакеты с меньшим приоритетом, если в интерфейсе возникает угроза затора, и обеспечивает дифференцированные передаточные характеристики для различных классов сервиса.

Поддержка качества обслуживания требует взаимодействия всех сетевых уровней, а также всех сетевых элементов на пути следования пакетов от отправителя к получателю. Поэтому несогласованная работа одного узла может свести на нет усилия всех остальных звеньев этой цепочки. Отсюда вытекает необходимость централизованного управления средствами, особенно в крупных сетях.

Следует иметь в виду, что в изменяющейся сетевой среде, что характерно для ТКС, включающей в себя мобильные элементы, поддержка приоритетности обслуживания это не разовая процедура, а неотъемлемая часть сетевого сопровождения. Постоянный контроль сетевого трафика поможет выявить намечающиеся тенденции и позволит сетевым администраторам оперативно отреагировать на изменение требований к сетевым ресурсам.

Следует отметить, что приведенная выше технология приоритетности обеспечивает существенное улучшение качества обслуживания. Разработана и внедрена эта технология иностранными специалистами, реализована в виде пакета программ, описания сущности, которых нет. Не исключен вариант, когда по определенному сигналу эта технология полностью прекратит обмен информацией в сети. Поэтому при управлении ТКС специального назначения, используя описанные выше общие принципы, необходимо разрабатывать свои методы улучшения качества обслуживания и его программного обеспечения. При этом необходимо знать, как определять приоритет того или иного трафика.

Ряд методов уже описан выше. В этих методах присвоение приоритетности осуществляется без какой-либо численной оценки. Для разработки метода присвоения приоритетности с учетом численной оценки предположим, что обслуживается N потоков информации. Сообщения каждого потока могут обслуживаться сразу при поступлении или с некоторой задержкой. Если i-ый поток не обслуживается, то происходит потеря количества ценной информации. При задержке в обслуживании ценная информация также теряется за счет ее старения.

Следовательно, среднее количество потерянной ценной информации будет вычисляться по формуле:

(8.1)

где – интенсивность i-го потока сообщений;

– количество информации в i-ом сообщении,

– параметр постановки сообщения на передачу ( , если сообщение не передается; , если сообщение передается),

– количество информации в i-ом сообщении в зависимости от времени ожидания его передачи.

Под ценностью информации будем понимать пользу, которую данное количество информации может принести для решения поставленной задачи, т.е. ценность информации должна определяться численным значением увеличения вероятности выполнения поставленной задачи.

Обозначим через и соответственно вероятности решения задачи при отсутствии и при наличии сообщений i-того типа. Тогда в соответствии с (4.1) количество полученной ценной информации будет равно:

.

Понятие старение информации неразрывно связано с понятием ее ценности. Под старением информации понимают уменьшение со временем ее ценности. Поэтому старение информации можно определить, если известна зависимость от времени вероятности решения поставленной задачи . Эта зависимость определяется содержанием конкретной задачи. Однако можно указать и некоторые общие требования, которым должна удовлетворять функция . Это следующие требования:

1) при , где – допустимое время, в течение которого ценность передаваемой информации не уменьшается;

2) при , где – интервал времени, по истечении которого информация, содержащаяся в сообщении считается полностью устаревшей;

3) при вероятность должна уменьшаться по некоторой функции от до . С некоторым приближением для многих информационных процессов эта функция может быть линейной.

Перечисленным требованиям отвечает функция вида:

(8.2)

Тогда ценность информации в сообщении i-того типа в зависимости от времени его задержки при передаче будет определяться следующим соотношением:

(8.3)

при .

Количество потерянной ценной информации за счет ожидания обслуживания i-того сообщения будет равно:

(8.4)

Среднее же значение потерянной ценной информации определяется выражением (8.1).

Необходимо обеспечить такое приоритетное обслуживание, чтобы ее величина была минимальной. При небольшом числе разнообразных потоков такая задача может быть решена методом перебора.